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Die
Erfindung betrifft ein Ruderblatt mit Vorstehungen, die zumindest
an einer Seitenkante vorgesehen sind und ein Ruderblatt, das an
zumindest einer Seitenkante einen flächigen Fortsatz aufweist, wodurch
Verluste durch Wirbelbildung beim aktiven Schlag stark vermindert
werden.
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Schon
seit längerem
wird versucht, den Ruderwirkungsgrad von meist im Wettkampf eingesetzten
Rudern, Riemen, Skulls und Paddeln für Ruderboote oder Kanus, Kanadier
und Kajaks zu verbessern. Diese haben bisher noch nicht zu entsprechenden
Effektivitätserhöhungen durch
Wirbelunterdrückung
und damit einer Geschwindigkeitserhöhung geführt. Die bekannten Vorschläge hierzu
betreffen eine Veränderung
der Geometrie des Ruderblattes durch zusätzliche Rippen, Vertiefungen,
geschweifte Blattumrisse oder planare Variationen. Weiterhin sind Querschnittsverdickungen
und Kombinationen der vorstehend genannten Möglichkeiten vorgeschlagen worden.
Die derzeit am Markt befindlichen und vorgenannten Möglichkeiten
werden jedoch bei Regatten nicht als hilfreich zur Erzielung höherer Geschwindigkeiten
angesehen.
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Die
Bezeichnung Ruder wird in dieser Schrift auch für Riemen, Skulls und Paddel
verwendet.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blatt für ein Ruder,
Skull, Riemen oder Paddel zu schaffen, das Verluste durch Wirbelbildung
beim aktiven Schlag stark vermindert.
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Die
Aufgabe wird durch ein Blatt mit zumindest 3 Vorstehungen gelöst, die
zumindest an einer Seitenkante des Blattes vorgesehen sind.
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Weiterhin
wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
ein Blatt mit zumindest einem flächigen
Fortsatz in Form eines Winglets vorgesehen ist, der an zumindest
einer Seitenkante des Ruderblattes angeordnet ist.
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Durch
das Vorsehen von zumindest drei Vorstehungen an zumindest einer
Seitenkante des Ruderblattes kann gezielt der Wasserwiderstand bei
der Übertragung
von Muskelkraft des Ruderers zur Beschleunigung ruhenden Wassers
bei einem Durchzug des Ruders, Riemens, Skulls oder Paddels minimiert
werden. Diese Energieverluste entstehen durch eine Verwirbelung
der Strömung
hinter dem Blatt während
des aktiven Schlags, vom Wasserfassen bis zum Ausheben.
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Zum
besseren Verständnis
für die
physikalischen Gegebenheiten wird zunächst auf passende Parallelen
in der Aerodynamik/Hydrodynamik hingewiesen. Durch den Einsatz von
beispielsweise an den Schmalseiten des Blattes angeordneten zumindest
3 Vorstehungen, bevorzugt 4 bis 5 Vorstehungen, tritt bei einer
Wasseranströmung
des Blattes senkrecht zu seiner Fläche eine Verminderung des induzierten
Widerstands ein. An bewegten Flugzeugtragflächen, Vogelflügeln und
auch bspw. Ruderblättern
entsteht durch deren Formgebung ein Differenzdruck im jeweiligen
Medium zwischen Ober- und Unterseite, beim Blatt zwischen Vorder-
und Rückseite. Durch
die erfindungsgemäße Lösung, nämlich das Vorsehen von
entsprechenden Vorstehungen, wird eine Auffächerung (Dissipation) eines
großen,
kompakten Randwirbels in mehrere kleine erzielt, wodurch Verluste
an kinetischer Energie wirksam gemindert werden. Hinzu kommt, dass
die Erzeugung kleinerer sanfterer Wirbel für den Ruderer oder Kanuten
eine komfortablere, weil ruhigere, weichere und geschmeidigere Führung des
Ruderblattes beim Durchzug und einen schonenderen, weil vibrationsärmeren Einsatz
der Muskulatur bedeutet. Beide günstigen
Zusatzwirkungen sind im Regattaeinsatz und Training hochwillkommen.
Natürlich
können
die erfindungsgemäßen Blätter und
Ruder, Skulls, Riemen und Paddel auch im Freizeit- und Normalgebrauch
große
Vorteile bringen.
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Erfindungsgemäß können die
Vorstehungen zumindest an einer Außenkante, zumindest einer oberen
Seitenkante, einer unteren Seitenkante und/oder einer Innenkante
des Blattes vorgesehen sein. Der Querschnitt der Vorstehungen kann
zumindest auf einer Seite flach und/oder profiliert sein. Weiterhin
kann die Profilierung des Querschnitts beidseitig vorgesehen sein
und/oder einem Flugzeugtragflächenprofil
gleichen. Die Vorstehungen können
gleiche und/oder unterschiedliche Einstellwinkel bezüglich der
Blattebene des Blattes aufweisen. Insbesondere kann hierbei auf
unterschiedliche Dichten des Wassers, auf unterschiedliche Durchzugsgeschwindigkeiten
und auf unterschiedliche Ruderstile reagiert werden. Der Einstellwinkel
kann negativ sein und bevorzugt 4 bis 8° betragen. Dadurch kann eine
weitere Optimierung bzw. Verminderung der Wirbelbildung beim aktiven
Schlag erzielt werden.
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Darüber hinaus
kann zumindest eine Vorstehung zum Verändern des Einstellwinkels entlang
ihrer Längs-
oder Querachse justierbar sein. Dadurch kann eine weitere Optimierung
erfolgen.
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Die
Vorstehungen können
in Form einer Handschwinge mit Fingern gebildet werden, wobei die
Handschwinge abnehmbar oder fest mit dem Blatt verbunden sein kann.
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Die
Aufgabe kann weiterhin durch das Vorsehen von zumindest einem Winglet
realisiert werden. Das Winglet kann zwischen 0 und 90° bezogen
auf die Blattebene geneigt sein.
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Das
Blatt kann weiterhin zumindest 2 Winglets an zumindest 2 Kanten
aufweisen, wobei die Winglets jeweils in Durchzugsrichtung und/oder
entgegen der Durchzugsrichtung um 0 bis 90° geneigt sein können.
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Die
Winglets können
weiterhin einen Einstellwinkel bezüglich der Blattebene aufweisen.
Die Winglets können
weiterhin zum Verändern
des Einstellwinkels entlang ihrer Langsachse und/oder Querachse
justierbar sein.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Ruder, Riemen, Skull und/oder Paddel
mit einem Blatt mit den oben genannten Merkmalen.
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Die
vorgenannten Merkmale können
in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von schematischen Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Seitenansicht des Ruderblattes,
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2 eine
Ansicht des Ruderblattes von oben,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ruderblattes gemäß dem Stand der Technik,
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4 eine
Draufsicht des Ruderblattes gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
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5 eine
Seitenansicht des Ruderblattes gemäß der weiteren Ausführungsform
und
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6 eine
Ansicht des Ruderblattes auf eine Außenkante.
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Die 3 zeigt
eine Darstellung eines Ruderblattes 1 gemäß dem Stand
der Technik. An dem Ruderblatt 1 ist ein Holm 2 befestigt.
Die Bewegungsrichtung des Ruderblattes 1 ist mit dem Pfeil 3 (Durchzugsrichtung)
gekennzeichnet. Die sich dadurch ergebende Vorderseite des Blattes 1 ist
mit (f) gekennzeichnet und die sich dadurch ergebende Rückseite
des Blattes 1 ist mit (g) gekennzeichnet. Bei einem bewegten
Blatt 1 entsteht ein Differenzdruck im jeweiligen Medium
zwischen Vorder- (f) und Rückseite
(g) des Blattes 1. Dieser Differenzdruck sucht sich im
Falle des Blattes 1 rund um dessen Begrenzung und besonders
um die Kanten (Außenkante 4,
Innenkante 5) auszugleichen. Dieser Differenzdruck erzeugt
bei der Umströmung
der Außen-
und Innenkante 4, 5 während des Durchzugs zwei gegenläufige Wirbelschleppen
(c) und (d). Aus diesen löst sich
je ein alleinstehender, kompakt rotierender Solowirbel (e). Dieser
Solowirbel (e) ist eine sinnfällige Darstellung
eines unvermeidbaren in duzierten Widerstands. Die Energie für die Wirbelschleppen
und für
den Solowirbel (e) ist aus der Muskelleistung für den Blattdurchzug abgezweigt
und steht somit nicht für
den Vortrieb des Bootes zur Verfügung.
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Die
Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad des Blattes 1 zu
steigern. Da der größte Verlustfaktor
bei einem durch Muskelkraft erzeugten Bootsvortrieb der hydrodynamische
Widerstand des Blattes 1 ist, werden durch geeignete Vorrichtungen
die vom Blatt 1 erzeugten Wasserwirbel minimiert. Die Bewegung
eines Ruderbootes entsteht als actio = reactio-Vorgang durch Bewegung
einer Wassermasse, die vor dem Blatt hergeschoben und beschleunigt
wird. Die hierbei auftretenden hydrodynamischen Druckunterschiede
zwischen Blattvorder- (f) und Blattrückseite (g), die sich auszugleichen
suchen, erzeugen rundum Wasserwirbel, bevorzugt an der Außenkante 4 und
der Innenkante 5 des Blattes 1. In der Aerodynamik
(Flugzeugbau) sind diese Phänomene
als induzierter Widerstand bekannt.
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Durch
das beispielsweise in der 1 dargestellte
Blatt kann der bzw. die in 3 dargestellten
großen
Wirbel in mehrere kleinere aufgeteilt werden, wodurch sich die Energieverluste
stark reduzieren.
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In
der 1 sind Vorstehungen dargestellt, die sich an der
Außenkante 4 und
an der Innenkante 5 des Ruderblattes 1 befinden.
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Hierbei
sei ausdrücklich
erwähnt,
dass das in 1 dargestellte Blatt nur ein
mögliches
Beispiel darstellt. Die Anzahl der Vorstehun gen 6 kann
je nach Einsatzzweck variieren. Weiterhin kann die Dicke und Länge der
Vorstehungen 6 ebenfalls entsprechend dem notwendigen Einsatzzweck
variieren. So können
die Vorstehungen beispielsweise nur an der Außenkante 4 vorgesehen
sein oder beispielsweise an der Außenkante 4 und einer
oberen Seitenkante 7. Natürlich kann auch eine Anordnung
von Vorstehungen 6 an einer unteren Seitenkante 8 vorgesehen
werden.
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Es
hat sich gezeigt, dass folgende Abmessungen eines Blattes 1 möglich sind.
Das Ruderblatt hat hierbei eine Länge von 50–60 cm (A in 1), eine
Breite von 15–20
cm (B in 1), es sind 4–5 Vorstehungen 6 vorgesehen,
wobei die Länge
der Vorstehungen zwischen 10 cm und 5 cm (C und D in 1)
beträgt.
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In
der 6 ist eine Ansicht des Blattes 1 von
außen
dargestellt. An der Außenkante 4 des Blattes 1 sind
die Vorstehungen 6 angeordnet. Beispielhaft sind 3 Vorstehungen 6 dargestellt.
Die Vorstehung 6, welche sich am weitesten in Durchzugsrichtung
des Ruderblattes 1 befindet (Pfeil 3), ist mit einem
Einstellwinkel von α1 angeordnet. Die Vorstehung 6,
die sich an zweiter Stelle in Durchzugsrichtung des Blattes 1 befindet,
ist mit einem Einstellwinkel von α2 angeordnet. Natürlich können auch alle Vorstehungen 6 den
gleichen Einstellwinkel α aufweisen.
Es kann jedoch auch sinnvoll sein, dass jede Vorstehung 6 einen
unterschiedlichen Einstellwinkel α aufweist.
Die Einstellwinkel α können negativ
sein und zwischen ±4° und ±11° betragen
relativ zur Blattebene 16. Zudem ist in der Darstellung
in 6 ersichtlich, dass die Vorstehungen 6 eine
Profilierung des Querschnitts aufweisen können, wobei in dieser beispiel haften
Darstellung der Vorstehungen 6 ein Flugzeugtragflächenprofil
vorgesehen ist.
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Die
Vorstehungen 6 der Querschnitte mit Flugzeugtragflächenprofil
können
auch mit anderen Profilen kombiniert werden, beispielsweise mit
Vorstehungen 6, die zumindest einseitig ein flaches Profil
auf weisen. Natürlich
können
auch ausschließlich Vorstehungen 6 eingesetzt
werden, die beidseitig ein flaches Profil aufweisen.
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Die
Form und Ausbildung der Vorstehungen 6 kann sich an der
Form von Handschwingen orientieren.
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In
der 6 ist die Fahrtrichtung eines Bootes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Weiterhin sind eine Wasseroberfläche 9 und
die Bewegungsrichtung 3 des Blattes 1 dargestellt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist in den 4 und 5 dargestellt.
An dem Blatt 1 ist an der Außenkante 4 und an
der Innenkante 5 ein Winglet 11 vorgesehen. Dieses
Winglet 11 ist in dem Beispiel in 4 mit 45° zur Blattebene 16 in Durchzugsrichtung 3 eingestellt.
In der 4 ist ebenfalls dargestellt (strichpunktiert),
dass das Winglet 11 an der Innenkante 5 des Blattes 1 auch
entgegen der Durchzugsrichtung (3) eingestellt sein kann.
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Die 5 zeigt
eine Seitenansicht des Blattes 1 mit den entsprechenden
Winglets 11. Hierbei ist ersichtlich, dass die Winglets 11 in
einem unteren Bereich der Außenkante 4 und
der Innenkante 5 angeordnet sein können. Weiterhin ist die Oberkante
der Winglets beispielsweise angeschrägt oder besteht aus zwei schrägen Kanten, einer
ersten schrägen Kante 12 und
einer zweiten schrägen
Kante 13. Die schrägen
Kanten 12, 13 haben unterschiedliche Winkel bezüglich der
Längsachse 17 des
Blattes 1, wobei die erste schräge Kante 12 einen
geringeren Winkel zur Längsachse 17 des
Blattes 1 aufweist als die zweite schräge Kante 13.
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Das
Winglet 11 an der Innenkante 5 des Blattes 1 kann
eine dritte und eine vierte schräge
Kante 14, 15 aufweisen, wobei die dritte schräge Kante 14 an
der Oberseite des Winglets 11 angeordnet ist und die vierte
schräge
Kante 15 an der Unterseite des Winglets 11 angeordnet
ist. Die Winkel der dritten und vierten schrägen Kanten 14, 15 zur
Längsachse 17 des
Blattes 1 können
symmetrisch zu derselben sein (gleicher Winkel zur Langsachse 17 des
Blattes 1, wie dargestellt).
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Winglets
können
also in der Ansicht jedes geometrische Vieleck darstellen, oder
eine Umgrenzung aus beliebig gebogenen Linien, evtl. kombiniert mit
geraden Linien, aufweisen.
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Winglets
an einem Blatt, oder auch an 2 Blättern von Skulls müssen nicht
spiegelbildlich kongruent sein.
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Das
Vorsehen von Vorstehungen 6 und Winglets 11 kann
auch an zumindest einer Kante 4, 5, 7, 8 des
Blattes kombiniert werden. Es können
auch an einer Kante 4, 5, 7, 8 zumindest
eine Vorstehung 6 vorgesehen sein und an einer anderen
Kante 4, 5, 7, 8 zumindest ein
Winglet 11.
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Die
voranstehend geschilderte Erfindung kann bei sämtlichen Strömungskörpern Anwendung finden,
bspw. Kiele von Schiffen, die bspw. an der stromabwärtigen Kante
entsprechende zumindest 3 Vorstehungen aufweisen können.