DE10002431A1

DE10002431A1 - Fußflosse mit Tragflügelblatt für Schwimmer und Taucher

Info

Publication number: DE10002431A1
Application number: DE2000102431
Authority: DE
Original assignee: KLUDSZUWEIT ALFRED
Current assignee: KLUDSZUWEIT, ALFRED, DIPL.-ING., 06118 HALLE, DE
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2002-02-07

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Optimierung der Fußflossen für Schwimmer und Taucher hinsichtlich des Wirkungsgrades und des Gewichtes (Bild 6 und Bild 7). DOLLAR A Bisher wurden Fußflossen aus homogenen Werkstoffen hergestellt, wobei die Flossen im Prinzip aus einer an den Rändern und z. T. im Inneren verstärkten Platte (Membrane) mit nach dem Flossenende verringertem Biegequerschnitt bestand und zur Vergrößerung des Biegewiderstandes zum Fußteil hin mit erhöhten seitlichen Stegen versehen war. DOLLAR A Nachteilig für den Wirkungsgrad haben sich dabei ausgewirkt, daß große Flächen im Mittelteil der Flossen vorhanden waren, die beim Flossenschlag einen großen Staudruck verursachten, der noch durch die in diesem Bereich vorhandenen seitlichen Stege vergrößert wurde und praktisch keinen Beitrag zum Vortrieb leisteten, während am Flossenende wirksame Leiteinrichtungen zur Verminderung der Querströmung fehlten. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Erhöhung des Wirkungsgrades durch folgende technische Maßnahmen erreicht (Bild 6 und Bild 7): DOLLAR A - Minimierung des Staudruckes infolge des Flossenschlages senkrecht zur Schwimmrichtung im Mittelteil der Flosse durch Wegfall des größten Teiles der Staufläche (Schadfläche). DOLLAR A Die Übertragung der Längs- und Querkräfte sowie der Biegemomente zwischen Fußteil und Tragflügelblatt erfolgt durch stabartige Bauelemente mit einem zu vernachlässigenden Staudruck (beispielsweise reicht ein Mittelteil aus Federstahl mit einem maximalen Querschnitt von ca. 0,3 cm·2· ...

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion von Fußflossen für Schwimmer und Taucher, bei der die Bewegung der Gliedmaßen (Schlagbewegung) zur Fort bewegung genutzt wird.

Eine Konstruktion dieser Art ist nicht bekannt.

Nach dem Stand der Technik werden Schwimmflossen aus einem breiten Blatt (Membrane), das z. T. mit Strukturen zur Wasserführung versehen ist, mit kontinuierlich nach dem Blattende verringertem Biegewiderstand hergestellt, wobei Stabilisatoren am Flossenblatt eine Stabilisierung der Flosse beim Flossenschlag bewirken und offene Längskanäle die Vortriebs leistung verbessern. Ein Beispiel dafür ist die Plana-Avanti-Quattro-Flosse der Firma MARES, Italien (Marktführer).

Der positive Vortrieb der Flosse beim Schlagen senkrecht zur Schwimm richtung wird grundsätzlich nur an den Flächen der Flosse erzeugt, die optimal

- zur Schlagrichtung

und

- zur Schwimmrichtung

eingestellt sind. Das trifft praktisch nur für Flächenteile zu, die in Bereichen zwischen 20° und 60° zur Schwimmrichtung liegen und sich am Flossen ende befinden (

Bild

8). Alle anderen Flächen, die nahezu senkrecht bzw. nahezu parallel zur Schwimmrichtung liegen, tragen nur sehr wenig zum Vortrieb bei, setzen jedoch der Schlagbewegung entsprechend ihrer Größe einen erheblichen Bewegungswiderstand entgegen (Strömungs-Formwider stand). Zusätzlich wird durch die Flächen mit einem negativen Anstell winkel (Blattflächen in Fußnähe) auch ein negativer Vortrieb erzeugt (

Bild

8 - Blattstellung e). Die dadurch bedingte Verlustleistung führt zu einem insgesamt geringen Wirkungsgrad der Flossen konventioneller Bau art.

Durch die erfindungsgemäße Lösung (Bild 1) nach Anspruch 1 - Verbindung des Fußteiles der Flosse durch ein stabförmiges Bauelement (Bild 1, Ziffer 2.0 und Bild 6 und Bild 7) (Mittelteil) mit dem Tragflügel (Bild 1, Ziffer 1.0)
wird die Flossenfläche, die nicht zum Vortrieb beiträgt, minimiert. Dadurch wird der Bewegungwiderstand dieses Flossenteiles (ausge nommen die Fußfläche) praktisch vernachlässigbar klein.

Durch die Länge und Formgebung der Bauteile des Mittelteiles - Feder teil und Hebelteil (Bild 1, Ziffer 2.0) - können die elastischen Eigenschaf ten und somit auch der Anstellwinkel des Flügelblattes beeinflußt und stark wechselnden Anforderungen angepaßt werden.

Mit der Formgebung des Flügelblattes (Bild 1, Ziffer 1.1 bis 1.4 und Ziffer 1.5) können Vortrieb und Auftrieb beeinflußt werden.

Die Leiteinrichtungen (Stabilisatoren) (Bild 2, Ziffer 2.1 und Ziffer 2.2) an den Enden der Flügelblätter verhindern die Querströmung (Druckaus gleich) an den Flügelblättern und tragen wesentlich zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei.

Paßstücke zwischen Mittelteil/Fußteil und Mittelteil/Flügelblatt (Bild 3 und Bild 4) gestatten die Kombination unterschiedlicher Mittelteile und Flügelblätter.

Anspruch 2 beinhaltet die Änderungen an Flossen konventioneller Bau art (Bild 6), im wesentlichen die Entfernung der Membrane im Mittelteil sowie die Anbringung von Leiteinrichtungen am Flossenende. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Flossen erhöht, ohne daß die äußere Form grundsätzlich geändert werden muß.

Anspruch 3 betrifft Flossenkonstruktionen (Bild 2), bei denen die Verbindung zwischen Mittelteil und Tragflügelblatt durch Gelenke hergestellt wird. Dadurch wird ein schnelles Wenden der Tragflügel blätter erreicht (kleiner "toter Winkel").

Durch Verwendung korrosionsbeständiger metallischer Werkstoffe und zusätzlich zu bisher eingesetzten Werkstoffen, hochfester nicht metallischer Werkstoffe nach Anspruch 4 wird das Gewicht der Flossen erheblich reduziert.

Die Trennung der Baugruppen Fußteil, Mittelteil und Tragflügel er möglicht die Optimierung des Werkstoffeinsatzes für jede Baugruppe. Der Einsatz auch von höherfesten Werkstoffen und Werkstoff komponenten wie Stahl, Kohlenstofffaser, GFP, Kevlar usw. gestattet eine Opitmierung hinsichtlich

- Gewicht sowie
- strömungstechnischen Parametern.

Insgesamt werden durch die Effekte das Gewicht der Flossen um ca. 50% verringert und Strömungsverluste durch die Form der Flossen erheblich vermindert. Dadurch ergeben sich höhere Wirkungsgrade und verbesserte Gebrauchseigenschaften der Flossen für unterschied lichste Anwendungen.

Bemerkung

Die in Bild 8 dargestellten Kraftgrößen an den linearisierten Flossen teilen wurden unter der Annahme einer an allen Angriffspunkten gleich großen Reaktionskraft Pa1 bis Pe1 und Pa2 bis Pe2 ermittelt. Die wirk samen Kraftgrößen sind durch die Berechnung des jeweiligen Stau druckes zu ermitteln! Dabei würde sich z. B. ergeben, daß die Kraft Pa1 im Verhältnis zur Kraft Pc1 wegen der wesentlich geringeren Relativ geschwindigkeit zum umgebenden Wasser viel kleiner ist (ca. 1/3). Durch die an sich unzulässige formale Addition der ermittelten Horizontalkräfte (Bild 9) sollte nur veranschaulicht werden, daß der Einfluß des Mittelteiles der Flosse auf den Vortrieb trotz des großen Kraftaufwandes zur Überwindung des großen Strömungs-Formwiderstandes in Schlagrichtung, beim Schlagen sehr gering ist (Kurve P(a-e)r - resultierende Vortriebskraft mit Mittelteil, Kurve P(a-e)n - Vortriebskraft ohne Mittelteil). Zu beachten ist dabei noch, daß der Vortrieb mit Mittelteil in der oberen Stellung (Bild 8: e) sogar negativ wird.

Claims

1. Fußflosse mit Tragflügelblatt für Schwimmer und Taucher (Bild 1 und Bild 6), bei der die Bewegung der Gliedmaßen, im wesentlichen eine Schlagbewegung, zur Fortbewegung im Wasser benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelblatt (Bild 1, Ziffer 1.0), bestehend aus einer
ebenen Platte (Bild 1, Ziffer 1.1) (symmetrisches Tragflügelblatt), einer
gewölbten bzw. gebogenen Platte (Bild 1, Ziffer 1.2) oder einer
Platte mit Tragflügelprofil und gleicher oder verschiedener Wölbung (Bild 1, Ziffer 1.3) (unsymmetrisches Tragflügelblatt)
mit hoher Gleitzahl grundsätzlich starr ist bzw. aus relativ ebenen Bauteilen geringer Elastizität (Bild 1, Ziffer 1.4), die elastisch miteinander verbunden sind, besteht, oder
Teil einer Flosse konventioneller Bauart im Bereich bis etwa 20% der Flossenlänge vom Flossenende entfernt, ist,
wobei das o. g. Tragflügelblatt eine beliebige Form (Bild 1, Ziffer 1.5), jedoch vor zugsweise bestehend aus Elementen wie Rechtecken, Trapezen oder Drei ecken, haben kann und mittels eines stabförmigen Bauelementes oder mehrer stabförmiger Bauelemente (Bild 1, Ziffer 2.0) mit beliebigem Querschnitt und einem im Verhältnis zum Tragflügelblatt geringen Strömungs-Formwiderstand quer zur Schwimmrichtung (in Schlagrichtung), die auch in den Ebenen parallel zur Schwimmrichtung gebogen sein können - im folgenden Mittelteil genannt - mit dem Schuhteil (Bild 1, Ziffer 3.0) verbunden ist, der die Verbindung zum Fuß herstellt,
wobei das Mittelteil (Bild 1, Ziffer 2.0 und Bild 7, Ziffer 2.0) grundsätzlich aus einem hochelastischen Teil (Bild 1, Ziffer 2.1 und Bild 7, Ziffer 2.1) - im folgenden Federteil genannt - z. B. aus einer Blattfeder, Gummifeder oder einer Torsionsfeder bestehend, an dessen einem Ende das Tragflügelblatt befestigt und dadurch schnell wendend ist und aus einem weniger elastischen hochfesten Teil bestehend (Bild 1, Ziffer 2.2 und Bild 7, Ziffer 2.2.) - im folgenden Hebelteil genannt - an dessen Ende sich die biegesteife Befestigung für den Schuhteil befindet, sowie mit den weiteren Merkmalen:

A) daß am Tragflügelblatt (Bild 2, Ziffer 1.0), bzw. im Bereich des Flossen endes, optimal etwa 20% der Flossenlänge mit Fußteil vom Flossenende entfernt und weniger, auch an Flossen konventioneller Bauart, parallel zur Schwimmrichtung vorzugsweise an den seitlichen Enden und senkrecht zu den Flügelblattflächen stehend, flächenförmige (Bild 2.1) oder räumliche (Bild 2.2.) Leiteinrichtungen zur Minimierung der Querströmung am Trag flügelblatt angebracht sind, die auch vorne und/oder hinten überstehen und optimal ca. 5 bis 10% der Flügel- bzw. Flossenbreite oder höher nach oben und/oder unten über die Flügelfläche hinausragen können,
B) daß das Mittelteil (Bild 1, Ziffer 2.0) mit Paßstücken (Bild 3)zum unver wechselbaren und formschlüssigen Zusammenfügen mit dem Tragflügel blatt (Bild 2, Ziffer 1.0) und/oder mit dem Schuhteil (Bild 1, Ziffer 3.0) sowie bei unsymmetrischen Tragflügelblättern, mit einer Vorrichtung zum Wenden des Tragflügelblattes (Bild 4) z. B. zur Optimierung des Auftriebes des Tragflügels zum Rücken- bzw. Brustschwimmen, beim Wechsel der Schwimmart, auch während des Schwimmens, versehen ist,
C) daß die Federkonstante des elastischen Teiles des Mittelstückes (Bild 5, Ziffer 1.0) durch Verschieben eines Schiebeteiles zum Beispiel einer Hülse (Bild 5, Ziffer 2.0) mit Rastelement und einer Rasterung am Mittelteil, auch beim Schwimmen geändert werden kann,
D) daß zwischen Tragflügelblatt und Schuhteil im Bereich des Mittelteiles Abweiser, zum Beispiel für Plankton, angebracht sind.

2. Fußflosse mit Tragflügelblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelblatt elastisch ist oder Teile des Tragflügelblattes (Bild 6) elastisch sind (Bild 6, Ziffer 1.1) oder starre Teile des Tragflügelblattes mittels elastischer oder elastisch wirkender Elemente miteinander verbunden sind (Bild 1, Ziffer 1.4) und das Mittelteil (Bild 6) aus einem (Bild 6, Ziffer 2.1) oder mehreren stabförmigen Elementen (Bild 6, Ziffer 2.0) mit geringem Strömungs-Formwiderstand gegen die Bewegung quer zur Schwimmrichtung (in Schlagrichtung) besteht, wobei sich zwischen den tragenden Bauteilen des Mittelteiles auch Strukturen mit geringem Strömungs-Formwiderstand in Schlagrichtung befinden können, wie zum Beispiel bei Fußflossen konventioneller Bauart, bei denen die Flächenteile (Membrane) zwischen Fußteil und Tragflügelblatt am Flossenende, teilweise oder ganz fehlen und das Tragflügelblatt quer zur Schwimmrichtung biegesteif ausgebildet bzw. biegesteif verstärkt ist (Bild 6, Ziffer 1.2).

3. Fußflosse mit Tragflügelblatt nach Anspruch 1 und Anspruch 2 (Bild 7), dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelblatt (Bild 7, Ziffer 1.0) ohne Anschlag gelenkig mit dem Hebelteil des Mittelteiles (Bild 7, Ziffer 2.0) verbunden ist und sich zwischen dem Hebelteil und dem Tragflügelblatt auch noch ein federndes oder federnd wirkendes Element (Bild 7, Ziffer 2.1), wie zum Beispiel ein Bauteil aus Elaste oder eine Blattfeder befindet oder mehrere Federn befinden, die unterschiedlich stark sein und auch einen Leerhub haben können, und der jeweilige Ausschlag des Tragflügelblattes beim Schlagen mit Beginn der Federwirkung durch die jeweiligen Federkonstanten bestimmt wird, sowie mit den weitem Merkmalen,

A) daß die Federn oder federnd wirkenden Bauelemente sehr schwach sind und nur der Zentrierung oder der anderweitigen Lagesicherung des Flügelblattes bei fehlender Belastung dienen oder ganz entfallen und der Ausschlag des Tragflügelblattes nur durch einen festen oder federnd beiderseitig wirkenden Anschlag begrenzt wird sowie,
B) daß der Anschlag des Flügelblattes verstellbar ist.

4. Fußflossen mit Tragflügelblatt nach Anspruch 1, Anspruch 2 und Anspruch 3, sowie Flossen konventioneller Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß tragende Teile mit großer mechanischer Beanspruchung wie
Tragflügelblätter (Bild 1, Ziffer 1.0)
Mittelteile (elastische und starre Teile) (Bild 1, Ziffer 2.0)
Befestigungs- und Verbindungsteile und Schiebeteile (Bild 3, 4 und 5)
sowie
Verstärkungen der Schuhteile
vorzugsweise aus
korrosionsbeständigen, seewasserfesten oder korrosionsgeschützten metallischen Werkstoffen wie
Leichtmetalllegierungen (Al Mg)
Eisenwerkstoffe (verzinktes und beschichtetes Stahlblech usw.)
Chrom-Nickel-Titanlegierungen
usw.,
schlagfesten nichtmetallischen Werkstoffen hoher Festigkeit und bei Er fordernis (z. B. bei Federn) großem E-Modul wie Polyethylen, Polyester, Epoxidharz, PVC, Karbon usw.
Verbundwerkstoffen mit
Kohlefasern bzw. Karbonfasern
Glasfasern
Kevlar
metallischen Fasern
usw.,
und auch Beschichtungen mit Teflon usw. oder oberflächenstruktur bildenden Beschichtungen z. B. mit Lotuseffekt haben können, bestehen,
wie
Tragflügelblätter aus
beschichtetem verzinktem Stahlblech, Blech aus Leichtmetalllegierungen
stranggepreßten seewasserfesten Al-Mg-Legierungen
Polyethylen, GFP, GFK, PVC usw.
Mittelteile aus
korrosionsgeschütztem Federstahl, hochfesten Leichtmetalllegierungen, federharter Bronze, Cr Ni Ti-Legierungen
GFP, GFK, Kevlar usw.
und
Fußteile aus
Gummi oder anderen weichen Kunststoffen mit Verstärkungen aus metallischen und höherfesten nichtmetallischen Werk stoffen und Werkstoffkombinationen mit großem E-Modul wie z. B. GFP, GFK, Kevlar usw.