DE10149025C1 - Zusammenlegbarer Netzstrumpf-Treibanker - Google Patents

Abstract

Treibanker mit einem Gewebezylinder können zur nachfolgenden Positionierung einer markierenden Oberflächenboje relativ zu einer tiefergelegenen Strömung, in der beispielsweise ein Feldversuch durchgeführt werden soll, eingesetzt werden. Der Strömungswiderstand bekannter Treibanker wird hauptsächlich unter reiner Umströmung durch einen Staudruck vor dem aus einem festen, glatten Gewebetuch bestehenden Gewebezylinder erzeugt. Insbesondere bei größeren Differenzen zwischen Strömung und Wind- und Wellenwirkung auf die Oberflächenboje reicht der Strömungswiderstand jedoch in der Regel nicht aus, sodass die Oberflächenboje aus der Strömung herausdriftet. Der erfindungsgemäße Treibanker hingegen ist als Netzstrumpf-Treibanker (3) ausgebildet, der aus einem rauen Netzmaterial (9) mit einer Maschenweite (12) besteht, die im Bereich vom einfachen bis zum zehnfachen Wert der eingesetzten Netzfadenstärke (11) liegt. Dadurch wird das Netzmaterial (9) selbst gezielt dem Strömungsangriff ausgesetzt, sodass sich an allen Netzfäden (14) Strömungsgrenzschichten (13) ausbilden. Der Strömungswiderstand weist daher bei dem erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker (3) noch eine zweite Komponente in Form eines resultierenden Reibungswiderstandes auf und wird dadurch bedeutend erhöht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zusammenlegbaren Treibanker zur fortlaufenden Positionierung einer positionsmeldenden Oberflächenboje relativ zur Strömung eines unter der Wasseroberfläche strömenden Wasservolumens aus einem reusenartig mit Spreizringen verstärkten Gewebezylinder.

Ein derartiger Treibanker, der im Englischen auch als "holey sock drogue" bezeichnet wird, soll dafür sorgen, dass sich eine daran befestigte Oberflächenboje mit der Wasserströmung in der Tiefe des Treibankers weiterbewegt. Einziger Zweck der Oberflächenboje ist es, eine nahezu kontinuierliche Positionsinformation über die Horizontalbewegung des tiefergelegenen Wasservolumens zu liefern. Eine Strömungsverfolgung ist immer dann erforderlich, wenn man physikalische, biologische und/oder chemische Veränderungen in einem bestimmten Wasservolumen verfolgen will. Ein Beispiel aus der modernen experimentellen Ozeanographie sind Düngungsversuche im Meer, mit denen sich unter anderem der Einfluss von Eisenzugaben auf Photosynthese und Wachstum von Plankton-Algen und die damit verbundene klima-relevante CO₂-Aufnahme untersuchen lässt. Eine Boje an der Oberfläche hat aber den Nachteil, dass diese auch dem Wind und Oberflächenwellen ausgesetzt ist, die eine Bojenverlagerung abweichend von der tieferen Wasserströmung bewirken können. Um diese Abweichung möglichst gering zu halten, muss der die Boje stationierende Treibanker einen Strömungswiderstand haben, der sehr viel größer als der Wind- und Wellenwiderstand der Oberflächenboje ist.

Ein gattungsgemäßer Treibanker für Oberflächenbojen ist aus der Beschrei­ bung "Data buoy co-operation panel" bekannt ("SVP Barometer drifter", Internetseite http:/ / dbcp.nos.noaa.gov/dbcp/4sbd.html, Stand 29.09.2001), der als "Holey Sock Drogue" bezeichnet wird und von dem die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Hierbei handelt es sich um einen an seinen Stirnseiten offenen, durch einzelne Spreizringe reusenartig aufgebauten Zylinder, der aus einem glatten und feinen Nylontuch gefertigt ist und axial einige kreisförmige Aussparungen aufweist. Aufgrund der Verwendung des strömungstechnisch relativ glatten Gewebes besteht die Treibankerwirkung des bekannten Treibankers darin, durch Umströmung einen reinen Druckwiderstand als Strömungswiderstand zu erzeugen. Dabei dienen die axialen Löcher der Einstellung des Staudrucks, wobei diese einmalig konstruktiv festgelegt werden. Beim Einsatz des bekannten Treibankers ist jedoch festzustellen, dass sein Strömungswiderstand insbesondere bei größe­ ren Differenzen zwischen der Strömung und dem Wind- und Wellenangriff auf die Oberflächeboje nicht ausreicht, diese ausreichend genau in der Strömung zu halten. Ein Wegdriften der Boje aus der Strömung macht jedoch jedes zugehörige Experiment unbrauchbar. Ein ähnlicher Treibanker wird auch in der US 5.007.285 beschrieben. Hierbei handelt es sich ebenfalls um einen "Holey Sock Drogue" aus Nylon-Gewebe. Explizit wird in dieser Druckschrift darauf hingewiesen, dass die Löcher im Treibanker der Vermeidung von Oszillationen aufgrund von Wirbeln dienen.

Aus der US 5.394.817 ist ein zusammenlegbarer Treibanker für Boote zur Regulierung von deren Driftgeschwindigkeit in einer Strömung, beispielsweise zum Fischen, bekannt. Zur entsprechenden Veränderung des Strömungs­ widerstandes besteht dieser axial durchströmte Treibanker aus einem an beiden Seiten offenen Gewebezylinder, wobei das untere Ende des Gewebezylinders durch eine Schnürung veränderlich zugezogen werden kann. Der bekannte Treibanker besteht aus einem engmaschigen Nylongewebe oder einem anderen festen Material. Der Strömungswiderstand wird in der Haupt­ sache durch die Erzeugung eines Staudruckes im Innern des Gewebezylinders an dessen größenveränderlicher Auslassöffnung festgelegt. Dies kann jedoch insbesondere bei starken Strömungen dazu führen, dass selbst die angestrebte Relativbewegung zur Strömung nicht eingehalten werden kann.

Eine stationäre Positionierung in der Strömung wird mit diesem bekannten Treibanker von vorne herein nicht angestrebt.

Aus der EP 0 202 860 A1 ist ein ähnlicher zusammenlegbarer Treibanker in konischer Form mit einem großen, radialen Einströmquerschnitt bekannt, der aus radial und axial verlaufenden Bändern zusammen gesetzt ist. Die von den Bändern gebildeten Maschen, deren Gesamtfläche bis zu 75% der Konusoberfläche betragen kann, können ein axial ausgerichtetes Seitenver­ hältnis von 2 : 1 aufweisen. Die Erhöhung des Strömungswiderstandes wird bei diesem Treibanker über eine Erhöhung des Staudrucks in seinem Innern durch eine über seine Erstreckung gestaffelte, axial-radiale Umlenkung der Strömung vom Einströmquerschnitt her an den radialen Bändern bewirkt, die gemeinschaftlich bei einer Betrachtung in axialer Richtung eine Radialfläche bilden. Dieser bekannte Treibanker dient ebenfalls nur einer Driftverlang­ samung, die Einhaltung einer konstanten Position eines mit dem Treibanker verbundenen Oberflächenobjekts in einer insbesondere stärkeren Strömung kann nicht gewährleistet werden.

Die Aufgabe für die Erfindung ist daher darin zu sehen, einen Treibanker der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass dieser durch einen erhöhten Strömungswiderstand auch in bei größeren Differenzen zwischen der Strömung und dem Angriff auf die Oberflächenboje durch Wind und Wellen seine Funktion erfüllen kann. Dabei soll der erfindungsgemäße Treibanker trotzdem einfach in seinem Aufbau und damit in seiner Handhabung sowie kostengünstig herstellbar sein.

Als Lösung für diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Treibanker der oben beschriebenen Art erfindungsgemäß deshalb vorgesehen, dass eine Ausprägung als Netzstrumpf-Treibanker gegeben ist, bei der der Gewebe­ zylinder aus einem rauen Netzmaterial mit einer Maschenweite im Bereich vom einfachen bis zum zehnfachen Wert der Netzfadenstärke besteht, wobei sich bei der gewählten Netzfadenstärke in der Strömung um jeden Netzfaden eine lokale Strömungsgrenzschicht ausbildet.

Den erfindungsgemäßen zusammenlegbaren Treibanker kann man in Analogie zu dem bekannten Treibanker, der - wie weiter oben bereits ausgeführt - auch als "holey sock drogue" bezeichnet wird, mit dem Begriff "Netzstrumpf- Treibanker" sehr treffend charakterisieren. In Anlehnung an den englischen Begriff kann die englische Begriffsbestimmung dann "net stocking drogue" lauten. Im Folgenden wird also bei dem zusammenlegbaren Treibanker nach der Erfindung immer von einem "Netzstrumpf-Treibanker" gesprochen. Bei diesem wird neben dem Druckwiderstand des Gewebezylinders auch ein Reibungswiderstand dadurch erzeugt, dass jeder einzelne Netzfaden angeströmt wird. Damit setzt sich der resultierend erzeugbare Strömungs­ widerstand des erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibankers aus zwei Komponenten zusammen und ist gegenüber dem Strömungswiderstand eines herkömmlichen Treibankers mit nur einer Widerstandskomponente deutlich erhöht. Der Gewebezylinder wird nunmehr nicht nur umströmt, sondern durch die speziell gewählte Maschenweite des verwendeten Netzmaterials auch gezielt durchströmt, sodass sich auch im Innern des Netzstrumpf-Treibankers ein Strömungsprofil ausbildet. Zur Erreichung der maschenweite-bezogenen Grenzschichten beim erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker ist eine Maschenweite des verwendeten Netzmaterials mit einer Maschenweite erforderlich, die minimal der Netzfadenstärke und maximal dem Zehnfachen davon entsprechen kann. Damit ist das verwendete Netzmaterial bei dem erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker zwar eher feinmaschig, aber aus grobem Material gefertigt. Welche Maschenweite im Einzelnen zu wählen ist, hängt von den allgemein angenommenen Strömungsverhältnissen im jeweiligen Einsatzfall ab. Da es sich bei dem einzusetzenden Netzmaterial um handelsübliches Netzmaterial für Fischereizwecke handeln kann, sind hier der Netzauswahl kaum Grenzen gesetzt. Eine Optimierung des Strömungsverhal­ tens des erfindungsgemäßen Treibankers durch das günstigste Verhältnis von Maschenweite zu Netzfadenstärke kann jeweils von den Ergebnissen einzelner Einsatzversuche abhängig gemacht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker wird jede Masche auf Vorder- und Rückseite des Netzzylinders angeströmt und umspült, sodass sich an jeder Masche je nach Grad der Anströmung eine laminare und/oder eine turbulente lokale Strömungsgrenzschicht ausbildet, die den Reibungswider­ stand des Netzstrumpf-Treibankers erhöht. Aufgrund seiner hohen Reibung bewegt sich der Netzstrumpf-Treibanker sehr langsam durch das Wasser. Erfolgt diese Bewegung ohne wesentliche Beschleunigungen durch stehendes Wasser - beispielsweise in einem Schlepptank -, werden die Netzfäden in der Regel laminar umströmt. Im offenen Ozean, wo der Netzstrumpf-Treibanker bei starkem Wind auch vergleichsweise schnellen Vertikalbewegungen durch die dem Seegang folgende Oberflächenboje unterworfen ist und das Wasser in der Ozean-Deckschicht in der Regel turbulent ist, wird im Allgemeinen auch die Umströmung der Netzfäden turbulent sein. Letztendlich ist die Ausbildung der Strömungsgrenzschicht um die einzelnen Netzfäden aber auch stark von den Wetter- und Wellenverhältnissen abhängig. Mischformen im Strömungsprofil können dabei ebenfalls auftreten.

Der resultierende Strömungswiderstand des Netzstrumpf-Treibankers nach der Erfindung wird zusätzlich zum Staudruck von dessen Reibungswiderstand bestimmt, der dadurch bewirkt wird, dass das Netzmaterial selbst dem Strömungsangriff gezielt ausgesetzt wird. Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibankers ist es deshalb vorteilhaft, wenn durch die Ausbildung des Netzmaterials bezüglich seiner Maschenweite die lokalen Strömungsgrenzschichten benachbarter Netzfäden einander gerade berühren. Dadurch können größtmögliche laminare und/oder turbulente Grenz­ schichten für einen größtmöglichen Reibungswiderstand erzeugt werden. Gleichzeitig werden Überlagerungen benachbarter Grenzschichten verhindert, die zu Störungen und damit zu Verringerungen des Reibungswiderstandes führen. Zur weiteren Erhöhung des Reibungswiderstandes ist es außerdem vorteilhaft, wenn nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung der Gewebezylinder auch an seinen Stirnseiten durch Netzmaterial bedeckt ist. Da der Gewebezylinder zumindest teilweise radial durchspült wird und die Strömung auch axial wieder austritt, können auch die Stirnflächen zur Erhöhung des Reibungswiderstandes wirksam eingesetzt werden. Eine weitere Erhöhung des resultierenden Reibungswiderstandes durch eine Verdrillung ergibt sich, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung das Netzmaterial aus gedoppeltem Garn besteht. Zusätzlich kann vorteilhaft als Netzmaterial ein grobes Nylongarn eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um ein handelsübliches Garn, dass beste Materialeigenschaften, insbesondere eine hohe Reißfestigkeit, auch zur Bewältigung härterer Einsatzbedingungen aufweist.

Eine günstige Dimensionierung nach den oben erläuterten Verhältnissen zur Erzeugung möglichst ausgeprägter Strömungsprofile liegt vor, wenn beispiels­ weise gemäß einer weiteren Erfindungsausgestaltung vorgesehen ist, dass das Netzmaterial eine Maschenweite in einem Bereich von 20 mm × 20 mm und das Garn eine Netzfadenstärke von mehr als 2 mm aufweist. Damit wird ein Material als Grundlage für den erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker gewählt, dass handelsüblich ohne Weiteres beziehbar ist. Durch den Wegfall der Anfertigung spezieller Gewebe können die Herstellungskosten für den erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibanker gering gehalten werden. Dies ist auch zu erreichen durch eine moderate Gesamtdimensionierung des erfindungsgemäßen Netzstrumpf-Treibankers, beispielsweise gemäß einer weiteren Fortführung der Erfindungsidee in der Form, dass der Gewebezylinder bei einer Anzahl von 8 Spreizringen eine Länge in einem Bereich von 7,5 m und einen Durchmesser in einem Bereich von 1,2 m aufweist. Eine derartige Größe ist einfach zu handhaben, im zusammen­ gelegten Zustand unauffällig klein, was insbesondere für Meeresexpeditionen von großer Bedeutung ist. Trotzdem kann mit einem derartig dimensionierten Treibanker bereits ein in den meisten Fällen ausreichender Gesamtströmungs­ widerstand erzeugt werden, der eine Oberflächenboje auch bei größeren Differenzen zwischen der Strömung und der Wirkung von Wind und Wellen an der Boje an der Meeresoberfläche zuverlässig in der Strömung hält.

Eine Ausbildungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Figur beispielhaft näher erläutert, dabei sind Details in verzerrtem Maßstab dargestellt. Gezeigt ist ein Feldversuch mit Datenan­ bindungen an Satelliten und ein Forschungsschiff. Zur nachfolgenden Positionierung relativ zu einer tiefergelegenen Strömung (Pfeile) ist eine Oberflächenboje 1 über eine Kopplung 2 mit einem zusammenlegbaren Netzstrumpf-Treibanker 3 nach der Erfindung fest verbunden. In die Kopplung 2 sind außerdem mehrere Drehwirbel 4 und Ruckdämpfer 5 sowie ein Grundgewicht 6 zur vertikalen Ausrichtung der Kopplung 2 integriert. Außerdem können einzelne Messgeräte vorgesehen sein. Insgesamt hat die im Ausführungsbeispiel dargestellte Kopplung 2 eine Gesamtlänge von ca. 40 m.

Der gezeigte zusammenlegbare Netzstrumpf-Treibanker 3 besteht aus einem reusenartig ausgebildeten Gewebezylinder 7, der mit acht Spreizringen 8 verstärkt ist und bei einem Durchmesser von ca. 1,2 m eine Länge von ca. 7,5 m aufweist. Im zusammengelegten Zustand ist der Netzstrumpf-Treibanker 3 nahezu flach. Der Gewebezylinder 7 besteht aus einem rauen Netzmaterial 9, beispielsweise aus grobem, gedoppeltem Nylongarn. Auch die Stirnseiten 10 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Netzmaterial 9 bedeckt. In der Ausschnittsvergrößerung im rechten Teil der Figur ist eine im Verhältnis zur Netzfadenstärke 11 (beispielsweise 2 mm, gedoppelt 4 mm) relativ große Maschenweite 12 (beispielsweise 20 mm × 20 mm, Verhältnis in der Maschen­ weite 12 von 1 zu 5) im Netzmaterial 9 zu erkennen. Dadurch erzeugt der Netzstrumpf-Treibanker 3 nicht nur einen Staudruck als Strömungswiderstand, sondern auch einen starken Reibungswiderstand. Dieser wird hervorgerufen durch die Ausbildung von Strömungsgrenzschichten 13 um alle Netzfäden 14 herum, da diese relativ rau sind und einen ausreichend großen Abstand zueinander aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur turbulente Grenzschichten dargestellt, laminare Grenzschichten können sich aber ebenfalls ausbilden. Ein maximaler resultierender Reibungswiderstand wird mit dem Netzstrumpf-Treibanker 3 nach der Erfindung erreicht, wenn die Strömungsgrenzschichten 13 sich so breit ausbilden können, dass sie sich gerade in den Maschenmitten berühren.

Bezugszeichenliste

1

Oberflächenboje

2

Kopplung

3

Netzstrumpf-Treibanker

4

Drehwirbel

5

Ruckdämpfer

6

Grundgewicht

7

Gewebezylinder

8

Spreizring

9

Netzmaterial

10

Stirnseite

11

Netzfadenstärke

12

Maschenweite

13

Strömungsgrenzschicht

14

Netzfaden

Claims (7)

1. Zusammenlegbarer Treibanker zur fortlaufenden Positionierung einer positionsmeldenden Oberflächenboje (1) relativ zur Strömung eines unter des Wasseroberfläche gelegenen Wasservolumens aus einem reusenartig mit Spreizringen (8) verstärkten Gewebezylinder (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Treibanker als Netzstrumpf-Treibanker (3) ausgebildet ist, wobei der Gewebezylinder (7) aus einem rauen Netzmaterial (9) mit einer Maschenweite (12) im Bereich vom einfachen bis zum zehnfachen Wert der Netzfadenstärke (11) besteht, wobei sich bei der gewählten Netzfadenstärke in der Strömung um jeden Netzfaden (14) eine lokale Strömungsgrenzschicht (13) ausbildet.

2. Zusammenlegbarer Treibanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausbildung des Netzmaterials (9) bezüglich seiner Maschenweite (12) die lokalen Strömungsgrenzschichten (13) benachbarter Netzfäden (14) einander gerade berühren.

3. Zusammenlegbarer Treibanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebezylinder (7) auch an seinen Stirnseiten (10) durch Netzmaterial (9) bedeckt ist.

4. Zusammenlegbarer Treibanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmaterial (9) aus gedoppeltem Garn besteht.

5. Zusammenlegbarer Treibanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmaterial (9) ein grobes Nylongarn ist.

6. Zusammenlegbarer Treibanker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmaterial (9) eine Maschenweite (12) in einem Bereich von 20 mm × 20 mm und das Garn eine Netzfadenstärke (11) von mehr als 2 mm aufweist.

7. Zusammenlegbarer Treibanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebezylinder (7) bei einer Anzahl von 8 Spreizringen (8) eine Länge in einem Bereich von 7,5 m und einen Durchmesser in einem Bereich von 1,2 m aufweist.