DE102008053495B4 - Muscle powered scuba - Google Patents
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Abstract
Durch Muskelkraft betriebenes Tauchgerät, bestehend aus einem Bugteil {10} mit Handfixierungen, einem Mittelteil {30} mit Vorrichtungen zur Fixierung des Tauchers, einer elastisch biegbaren und verwindbaren Verbindung {20} zwischen Bugteil und Mittelteil, und einem Heckteil {40} mit beweglicher Schwanzkonstruktion {41} und beweglicher Schwanzflosse {42}, gekennzeichnet dadurch, dass der Vortrieb durch eine Kombination von s-förmiger Wellenbewegung entlang des Tauchgerätes und angeströmte Tragflächenprofile an der Schwanzflosse {40} erzeugt wird unter Ausnutzung zusammenhängender Muskelgruppen des Tauchers in der Form, dass auf der einen Seite des Tauchgerätes die Druckkraft aus Hand, Arm, Schulter und Rumpf in Schwimmrichtung, und die Druckkraft aus Hüfte, Oberschenkel, Wade und Fuß entgegengesetzt zur Schwimmrichtung wirken und auf der anderen Seite des Tauchgerätes die Zugkraft aus Hand, Arm, Schulter und Rumpf entgegengesetzt zur Schwimmrichtung und die Zugkraft aus Hüfte, Oberschenkel, Wade und Fuß in Schwimmrichtung wirkenMuscle-powered diving apparatus consisting of a bow part {10} with hand fixations, a middle part {30} with devices for fixing the diver, an elastically bendable and twistable connection {20} between front part and middle part, and a tail part {40} with movable tail construction {41} and movable caudal fin {42}, characterized in that the propulsion is generated by a combination of sigmoidal wave motion along the diving apparatus and inflated wing profiles on the caudal fin {40} utilizing contiguous muscle groups of the diver in the form that On one side of the diving device, the pressure force from the hand, arm, shoulder and torso in the direction of swimming, and the compressive force from the hip, thigh, calf and foot opposite to the direction of swimming act and on the other side of the diving machine, the traction of the hand, arm, shoulder and trunk opposite to the direction of swimming and the pulling force from the hip , Thigh, calf and foot in the direction of swimming
Description
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Gegenstand der Erfindung ist ein durch Muskelkraft betriebenes Tauchgerät, welches durch die kombinierte Nutzung von angeströmten Tragflächenprofilen und s-förmiger Wellenbewegung entlang seiner Längsachse eine fischartige Fortbewegung im Wasser mit hoher Geschwindigkeit und mit besonderer Manövrierfähigkeit ermöglicht.The invention relates to a powered by muscle power diving device, which allows a fish-like locomotion in the water at high speed and with special maneuverability through the combined use of impinged airfoils and S-shaped wave motion along its longitudinal axis.
Bei der Erfindung steht nicht der Gedanke eines Sport- und Freizeitgerätes im Vordergrund. Leitgedanke ist die Erhöhung der Geschwindigkeit und des Aktionsradius motorloser Unterwasserantriebe, sowie eine wesentliche Verbesserung von deren Handling und Wendigkeit. Die Konstruktion soll weiterhin Potential zum Transport von Ausrüstung, Messgeräten, Kameras und ähnlichen Gegenständen aufweisen. Als Zielgruppe stehen Forschungstaucher, Marinetaucher und Bergungstaucher im Vordergrund.In the invention is not the idea of a sports and leisure equipment in the foreground. The guiding principle is to increase the speed and the range of action of motorless underwater drives, as well as significantly improve their handling and maneuverability. The design should continue to have potential for transporting equipment, gauges, cameras and similar items. The target group are research divers, marine divers and salvage divers.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind motorlose Schwimm- und Tauchgeräte, bei welchen der Vortrieb durch Schrauben bzw. Propeller erzeugt wird. Bekannt sind weiterhin Antriebe mit Lamellenkonstruktionen, welche durch klappbare Flächen in einer Linearbewegung Schub erzeugen sollen. Diese Antriebsprinzipien werden von der vorliegenden Erfindung nicht genutzt.Motorless swimming and diving equipment are known in which the propulsion is generated by screws or propellers. Also known are drives with lamellar structures, which should produce thrust by folding surfaces in a linear motion. These drive principles are not used by the present invention.
Schwimm- und Tauchgeräte, welche sich zur Erzeugung von Vortrieb an den Bewegungen und der Beschaffenheit von Fischen/Meeressäugern und deren Flossen orientieren, werden u. a. in folgenden Schriften erläutert:
In
In
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik im Wesentlichen dadurch, dass sich mit ihr die Bewegung und Manövrierfähigkeit schnell schwimmender Fische (Raubfische) deutlich naturähnlicher und mit höherem Wirkungsgrad nachahmen lässt.The present invention differs from the prior art essentially in that it allows the movement and maneuverability of fast-swimming fish (predatory fish) to be imitated much more naturally and with greater efficiency.
BegriffserläuterungenDefinitions
In der Funktionsbeschreibung der Erfindung werden Begriffe verwendet, welche verschiedene Interpretationen erlauben. Diese Begriffe werden nachfolgend definiert.In the functional description of the invention terms are used which allow different interpretations. These terms are defined below.
„s-förmige Wellenbewegung” meint die fließende, sich wiederholende Auslenkbewegung oder Körperwelle entlang der Längsachse eines Fisches. Charakteristisch für diese Bewegung ist das Durchlaufen der Welle vom Kopf zum Schwanz. Vortrieb wird bei dieser Bewegungsart dadurch erzeugt, dass sich das Tier mit seinen Seitenflächen am Wasser abstößt. Die Körperwelle läuft dabei schneller nach hinten, als sich der Fisch vorwärts bewegt. Die Geschwindigkeitsdifferenz wird umso kleiner, je effizienter das Tier schwimmt."S-shaped wave motion" means the flowing, repeating deflection or body wave along the longitudinal axis of a fish. Characteristic of this movement is the passage of the wave from head to tail. Propulsion is generated in this type of movement that repels the animal with its side surfaces on the water. The body wave runs faster backwards as the fish moves forward. The speed difference will be smaller the more efficiently the animal is swimming.
„Auftriebsprofil” meint Auftrieb nicht im Sinne des Äquivalents der verdrängten Wassermenge, sondern im Sinne eines angeströmten Tragflächenprofils, mit welchem durch die Ausnutzung von Druckunterschieden Steigbewegungen, Sinkbewegungen und Vortrieb erzeugt werden können. Der Begriff wird in den nachfolgenden Beschreibungen sinngleich verwendet mit dem Begriff „Tragflächenprofil”."Buoyancy profile" means buoyancy not in the sense of the equivalent of the displaced water quantity, but in the sense of a flowed airfoil profile, with which by the use of pressure differences climbing movements, sinking movements and propulsion can be generated. The term is used in the following descriptions the same meaning with the term "wing profile".
„Anstellwinkel” meint den Winkel zwischen der Profilachse eines Tragflächenprofils und dem Richtungsvektor der anliegenden Strömung. Kleine Anstellwinkel bewirken einen geringen Strömungswiderstand und erzeugen nur geringe Druckunterschiede am Profil. Große Anstellwinkel vergrößern den Strömungswiderstand und bewirken große Druckunterschiede am Profil. Die Druckunterschiede lassen sich z. B. in Auftrieb oder Vortrieb umsetzen lassen. Ein weiteres Vergrößern des Anstellwinkels führt zur Bildung von Wirbeln zunächst im hinteren, dann auch im vorderen Bereich der umströmten Unterdruckseite des Profils, bis hin zum Strömungsabriss."Angle of attack" means the angle between the profile axis of an airfoil and the directional vector of the applied flow. Small angles of attack cause a low flow resistance and produce only slight pressure differences on the profile. Large angles increase the flow resistance and cause large pressure differences on the profile. The pressure differences can be z. B. can be implemented in buoyancy or propulsion. A further increase in the angle of attack leads to the formation of vortices first in the rear, then in the front region of the flow around the vacuum side of the profile, up to the stall.
„Schränkung” meint eine konstruktiv vorhandene oder hervorgerufene, zumeist fließende Änderung des Anstellwinkels an einem Tragflächenprofil über dessen Gesamtlänge. Sie wird äußerlich als eine „Verdrehung des Tragflächenprofils in sich” (entlang dessen Längsachse) wahrgenommen. Mit einer Profilschränkung kann der Geschwindigkeitsbereich zwischen Minimalgeschwindigkeit (Aufbau wirksamer Druckunterschiede am Profil) und Maximalgeschwindigkeit (Strömungsabriss) vergrößert werden. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Profils und damit die Stabilität und die Manövrierfähigkeit des Tauchgerätes."Schränkung" means a structurally existing or induced, mostly flowing change in the angle of attack on a wing profile over its entire length. It is externally perceived as a "twisting of the wing profile in itself" (along its longitudinal axis). With a profile restriction, the Speed range between minimum speed (build up of effective pressure differences on the profile) and maximum speed (stall) can be increased. This improves the efficiency of the profile and thus the stability and maneuverability of the scuba.
„Erzwungene Anlenkung” meint eine mechanisch über Zugseile, Hebel o. ä. erzwungene Stellung eines Tragflächenprofils, abweichend vom Richtungsvektor der anliegenden Strömung. Beispiel: Höhen-, Seiten- und Querruder von Flugzeugen werden in diesem Sinne durch „erzwungene Anlenkung” bewegt."Forced linkage" means a position of an airfoil that is mechanically forced by means of traction cables, levers or the like, deviating from the directional vector of the adjacent flow. Example: Aircraft elevators, ailerons and ailerons are moved in this sense by "forced linkage".
„Finne” meint ein spitz auslaufendes Tragflächenprofil, welches zur Erzeugung von Vortrieb und/oder zur Verbesserung der Richtungsstabilität genutzt wird. Finnen selbst können einzeln am Tauchgerät befestigt sein, sind dann jedoch nicht beweglich gelagert. Beweglich gelagerte Finnen einschließlich der Befestigungsmechanismen werden nachfolgend beschrieben als „Flossen”."Fin" means a tapered airfoil, which is used to generate propulsion and / or to improve the directional stability. Finns themselves can be individually attached to the diving equipment, but then are not movably mounted. Movably mounted fins including the attachment mechanisms are described below as "fins".
„Rollen” meint eine Drehbewegung des Tauchgerätes um seine Längsachse. „Nicken” meint eine Drehbewegung des Tauchgerätes um seine Querachse. „Aufstellen” meint eine Tendenz des Tauchgerätes zum Aufbäumen an seinem Bug."Rolling" means a rotary movement of the diving device about its longitudinal axis. "Nod" means a rotary movement of the diving device about its transverse axis. "Setup" means a tendency of the scuba to ruffle on its bow.
Zielstellunggoal
Erfindungsgemäßes Ziel ist die Entwicklung eines motorlosen Tauchgerätes, mit dem sich hohe Geschwindigkeiten erzielen lassen, und welches bei hoher wie niedriger Geschwindigkeit eine hervorragende Manövrierfähigkeit aufweist. Unter letzterem wird insbesondere die Fähigkeit verstanden, stabil auf der Stelle zu verharren, auf der Stelle oder in engen Radien zu wenden, und aus hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Richtungsänderung kontrolliert und wirkungsvoll zu verzögern (gebremste Ausweichmanöver).The aim of the invention is the development of a motorless diving device with which high speeds can be achieved, and which has excellent maneuverability at high and low speeds. The latter is understood in particular the ability to stably stay in place, turn on the spot or in tight radii, and controlled from high speed with simultaneous change of direction and delay effectively (braked evasive maneuvers).
Natürliches VorbildNatural role model
Als natürliche Vorbilder der Erfindung dienen schnell schwimmende Großfische, insbesondere Haie und Schwertfische. Diese Fischarten schwimmen und manövrieren, indem sie zwei Grundprinzipien zur Auftriebs- und Vortriebserzeugung kombinieren. Grundprinzip
Der Bewegungsablauf zur Aufnahme von Geschwindigkeit lässt sich einteilen in Ruhephase, Startphase und Reisephase.The movement sequence for recording speed can be divided into the resting phase, starting phase and travel phase.
In der Ruhephase befindet sich das Tier zunächst im hydrostatischen Gleichgewicht, ohne dass am Körper bzw. an den Flossen eine, Vortrieb erzeugende, Strömung anliegt.In the resting phase, the animal is initially in hydrostatic equilibrium, without on the body or on the fins, a vortrieb generating, flow is applied.
In der Startphase erzeugt das Tier eine Anströmung an den Brust- und Schwanzflossen, indem es gleichzeitig Kopf und Schwanz zu einer Seite hin auslenkt und dann kraftvoll und schnell zur anderen Seite bewegt. Der Ausgangs- und Drehpunkt für diese Bewegung liegt im Rumpfbereich, in der Hochachse der Brustflossen oder in deren Nähe. Das bei allen Fischen ausgewogene Verhältnis der Seitenflächen von Kopf, Rumpf, Schwanz und Flossen bewirkt dabei eine Aufhebung der Drehmomente und verhindert eine Gierbewegung des Tieres (Drehung um die Hochachse). Während der Schlagbewegung wird zum einen Wasser verdrängt, und zum anderen die Stellung der Schwanzflosse so verändert, dass sich gegenüber dem Richtungsvektor der anliegenden Strömung ein positiver Anstellwinkel ergibt. Der dadurch an der Flosse entstehende Druckunterschied erzeugt einen resultierenden Auftriebsvektor, dessen horizontale Komponente in Vortrieb umgesetzt wird.In the starting phase, the animal creates an influx of the thoracic and caudal fins by simultaneously deflecting the head and tail to one side and then moving quickly and powerfully to the other side. The starting and pivot point for this movement is in the trunk area, in the vertical axis of the pectoral fins or in their vicinity. The balanced ratio of the side surfaces of the head, trunk, tail and fins in all fish causes a cancellation of the torques and prevents a yaw movement of the animal (rotation about the vertical axis). On the one hand water is displaced during the impact movement, and on the other hand the position of the caudal fin is changed so that a positive angle of attack results opposite to the directional vector of the adjacent flow. The resulting pressure difference at the fin creates a resulting lift vector whose horizontal component is translated into propulsion.
Durch Kombination von Vortrieb durch Anströmung und Verdrängung von Wasser erreicht das Tier bereits nach ein bis zwei Schlagzyklen ausreichend Geschwindigkeit, um mit den Brustflossen steuern und in die Reisephase übergehen zu können.By combining propulsion through the flow and displacement of water, the animal already has enough speed after one or two beating cycles to be able to control its pectoral fins and move on to the journey phase.
Die Reisephase ist gekennzeichnet durch kleinere Ausschläge von Kopf und Schwanz, sowie durch eine geringe Veränderung des Bewegungsmusters. Die in der Startphase synchron erzeugten Ausschläge erfahren im Reisezustand eine Phasenverschiebung in der Form, dass die Kopfbewegung der Schwanzbewegung in die jeweilige Richtung etwas vorauseilt. Dadurch stellt sich die optimale s-förmige Wellenbewegung ein, welche das Tier in Kombination mit den Schwanzflossenschlägen (Vortrieb durch Tragflächenwirkung und Wasserverdrängung) in gleichmäßigen, sich wiederholenden Zyklen in ein Bewegungsgleichgewicht bringt.The travel phase is characterized by smaller rashes of the head and tail, as well as a slight change in the movement pattern. The rashes produced synchronously in the starting phase experience a phase shift in the travel state in the form that the head movement leads the tail movement somewhat in the respective direction. This results in the optimal s-shaped wave motion, which brings the animal in combination with the tail fin strokes (propulsion through wing effect and water displacement) in uniform, repetitive cycles in a motor balance.
Für Steuerbewegungen bei hoher Geschwindigkeit verwenden schnelle Großfische maßgeblich die Brustflossen, bei Manövern mit geringer Geschwindigkeit und auf engem Raum zusätzlich den Schwanz. Für Drehungen um die Hochachse auf der Stelle oder auf engem Raum wird der Schwanz um bis zu 90° und mehr ausgelenkt. Die Schwanzflosse und die Brustflossen unterstützen und stabilisieren diese Bewegung mit zumeist kleinen, fächelnden Ausschlägen und schnellen Wechseln der Anstellwinkel. Gleichartige Bewegungen nutzen die Fische auch, um stabil auf der Stelle zu verharren und Wasserbewegungen durch Wellen oder Strömung auszugleichen.For high-speed control movements, fast large fish use significantly the pectoral fins, in low-speed maneuvers and in a narrow space in addition to the tail. For turns around the vertical axis on the spot or in a small space, the tail is around deflected up to 90 ° and more. The caudal fin and pectoral fins support and stabilize this movement with mostly small, smiling rashes and quick changes of angle of attack. The fish also use similar movements to stably stay in place and compensate for water movement caused by waves or currents.
Zum Bremsen und Ausweichen können schnell schwimmende Fische aus der Klasse der Knorpelfische maßgeblich nur die Schwanzflosse und die in Schwanznähe befindlichen Rückenflossen einsetzen. Andere Fischarten nutzen effizienter dafür ihre Brustflossen, welche sie aufspreizen können. Dies ermöglicht eine wirkungsvolle Verzögerung durch die Bildung von Wirbeln hinter den Flossenflächen.For braking and avoidance, fast swimming fish from the genus of cartilaginous fish can only use the caudal fin and the dorsal fins near the tail. Other fish species use their pectoral fins more efficiently, which they can spread. This allows an effective delay through the formation of vortices behind the fin surfaces.
Technische LösungTechnical solution
Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Tauchgerätes ist so beschaffen, dass die vorstehend beschriebenen Bewegungen schnell schwimmender Fische von einem Menschen bzw. Taucher mit Muskelkraft und koordinierten Körperbewegungen vorbildnah nachempfunden werden können.The construction of the diving device according to the invention is such that the above-described movements of fast-swimming fish can be modeled close to the model by a human or a diver with muscular strength and coordinated body movements.
Grundlegende BestandteileBasic ingredients
Die Konstruktion des Tauchgerätes besteht aus einem Bugteil {
Das Bugteil dient zur Steuerung, zur Krafteinleitung aus Rumpf und Armen, sowie als Widerlager und Halt für die Hände des Tauchers. Es besteht aus einem starren Bugelement, an dem beidseitig Steuerflossen mit Bremsflächen und Griffe für die Hände des Tauchers befestigt sind.The bow section is used for control, the introduction of force from the hull and arms, and as an abutment and hold for the hands of the diver. It consists of a rigid bow element, on both sides of which control fins with braking surfaces and grips for the hands of the diver are attached.
Das starre Bugelement ist elastisch biegbar und verwindbar mit dem starren Mittelteil verbunden. Der Hauptdrehpunkt für Biegung und Verwindung ist in Höhe des Rumpfes des Tauchers angeordnet.The rigid bow element is elastically bendable and twistable connected to the rigid middle part. The main pivot point for bending and twisting is located at the level of the diver's hull.
Das Mittelteil dient der Fixierung des Tauchers am Tauchgerät, der Aufnahme von Druckkräften aus Hüfte und Beinen des Tauchers, sowie deren Weiterleitung zum Heckteil. Im hinteren Bereich des Mittelteils ist dafür eine Vorrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung wechselseitiger Tretbewegungen integriert. Diese nachfolgend als „Treteinheit” bezeichnete Vorrichtung enthält eine drehbare Traverse mit Halterungen für die Füße, sowie eine Konstruktion zur Umformung der Tretbewegungen. Am Mittelteil können zusätzliche Finnen zur Stabilisierung des Tauchgerätes angebracht sein.The middle part is used to fix the diver on the diving equipment, the recording of pressure forces from the hips and legs of the diver, as well as their forwarding to the tail section. In the rear region of the middle part for a device for receiving and forwarding mutual pedaling movements is integrated. This device, referred to below as the "pedal unit", comprises a rotatable cross-piece with supports for the feet, as well as a construction for transforming the pedaling movements. At the middle part additional fins may be attached to stabilize the diving device.
Das Heckteil schließt an das Mittelteil an und besteht aus einem beweglichen Schwanz und einer Schwanzflosse. Schwanz und Schwanzflosse sind mit der Treteinheit beweglich verbunden und werden durch diese ausgelenkt. Das Heckteil kann zusätzliche Finnen zur Stabilisierung des Tauchgerätes enthalten.The tail section adjoins the middle section and consists of a movable tail and a caudal fin. Tail and caudal fin are movably connected to the pedal unit and are deflected by this. The tail section may contain additional fins to stabilize the scuba.
Bedienungskonzeptoperating concept
Die Bedienung des Tauchgerätes erfolgt in Bauchlage, siehe
Als Widerlager und Halt für die Hände dienen die Griffe am Bugteil, von welchen aus auch die Bedienelemente der Steuerflossen erreichbar sind.As an abutment and hold for the hands serve the handles on the bow section, from which also the controls of the control fins are reachable.
Als Widerlager für die Füße dienen die Fußhalterungen, welche drehbar an der Traverse am Mittelteil befestigt sind.As an abutment for the feet serve the foot brackets, which are rotatably mounted on the cross member at the middle part.
Die gegensinnig gerichteten Druckkräfte aus Armen und Beinen bewirken einerseits eine seitliche Auslenkung des Bugteils, und andererseits eine seitliche Auslenkung des Schwanzes, siehe
Bugteil {
Die seitliche Auslenkung des Bugteils ermöglicht zum einen die Einleitung der s-förmigen Wellenbewegung, und sorgt andererseits, bei einem Start aus dem Ruhezustand heraus, für eine erste Anströmung der jeweils nach vorn eilenden Steuerflosse (Verbesserung der Stabilität und Steuerbarkeit).The lateral deflection of the bow portion allows on the one hand, the initiation of the S-shaped wave motion, and on the other hand, at a start from the hibernation out, for a first flow of each hurrying forward control fin (improvement of stability and controllability).
Die Steuerflossen {
Fest mit den Steuerflossen verbunden sind die Bremsflächen {
Die Steuerflossen mit den Bremsflächen werden jeweils gemeinsam über einen Hebel oder Griff bedient, sodass die Veränderung des Anstellwinkels jeder Flosse und die Einleitung der Bremswirkung kombiniert erfolgen können. Diese Konstruktion ermöglicht einerseits dosierte Verzögerungen bei gleichzeitigen Richtungsänderungen, und andererseits dynamische Manöver mit engen Kurvenradien.The control fins with the braking surfaces are each operated together via a lever or handle, so that the change in the angle of attack of each fin and the initiation of the braking effect can be combined. On the one hand, this design allows dosed delays with simultaneous changes of direction and, on the other hand, dynamic maneuvers with tight curve radii.
Elastische Verbindung von Bugteil und Mittelteil {
Die elastisch biegbare und verwindbare Verbindung zwischen Bugteil und Mittelteil ist erforderlich, um die s-förmige Wellenbewegung erzeugen zu können. Sie ist im Rumpfbereich des Tauchers angeordnet, weil sich an diesem der zentrale Ausgangs- und Drehpunkt aller Antriebsbewegungen des Tauchers (wechselseitige Streckbewegungen der Arme und Beine) befindet.The elastically bendable and twistable connection between the front part and middle part is required in order to produce the s-shaped wave motion. It is located in the body of the diver, because this is the central starting and pivot point of all driving movements of the diver (mutual stretching movements of the arms and legs).
Das elastische Verbindungsteil hat weiterhin die Funktion, vom Bugteil kommende, ggf. starke Steuerreaktionen um Quer- und Längsachse zu dämpfen und verzögert an Mittel- und Heckteil weiterzuleiten. Dies verbessert die Manövrierbarkeit und ermöglicht die Erzeugung fließender Bewegungen.The elastic connecting part further has the function of coming from the bow part, possibly strong control reactions to dampen transverse and longitudinal axis and delayed forward to the middle and tail section. This improves maneuverability and enables the generation of fluid movements.
Die Flexibilität um Längs- und Querachse durch die elastische Verbindung führt letztlich auf Kurvenbahnen zu einer verbesserten Anströmung und Wirkung aller Flossen und Finnen am Tauchgerät.The flexibility around longitudinal and transverse axis through the elastic connection ultimately leads to curved paths to improved flow and effect of all fins and fins on the diving equipment.
Eine starre Verbindung hätte zur Folge, dass bei einer Änderung des Anstellwinkels der Steuerflossen (Bugteil) gleichzeitig eine Änderung der Anstellwinkel aller dahinter liegenden Flossen bzw. Finnen (z. B. Stabilisierungsfinnen) erzwungen werden würde. Diese müssten damit ihre bisherige Strömungsebene verlassen, mit der Folge einer Verschlechterung der Strömungsverhältnisse am gesamten Tauchgerät. Durch eine flexible Verbindung zwischen Bugteil und Mittelteil wird dieser Effekt vermindert. Die Flossen und Finnen können dann eher einer Kreisbahn und damit ihrer ursprünglichen Strömungsebene folgen.A rigid connection would result in a change in the angle of attack of the control fins (front part) at the same time a change in the angle of attack of all fins or fins behind it (eg stabilizing fins) would be enforced. These would have to leave their previous flow level, with the result of a deterioration of the flow conditions on the entire diving equipment. By a flexible connection between the front part and middle part of this effect is reduced. The fins and fins can then follow a circular path and thus their original flow plane.
Mittelteil {
Das Mittelteil verfügt zur Fixierung des Tauchers über eine sitzartige Mulde {
Bestandteil des Mittelteils ist weiterhin die sogenannte Treteinheit {
Die Aufnahme der Tretbewegungen erfolgt über eine drehbare Traverse {
Die technische Realisierung der Umformung und Weiterleitung der Tretbewegungen kann mit einem Getriebe bzw. einer Übersetzung erfolgen, z. B. mit Zugseilen, Zahnriemen Zahnrädern und/oder Hebeln.The technical realization of the transformation and forwarding of pedaling can be done with a gear or a translation, z. B. with traction cables, timing belt gears and / or levers.
Die Treteinheit ist so beschaffen, dass mit einem relativen Fußhub von ca. 20 cm bis 30 cm (Abstand der Füße zueinander) der maximale Schwanzausschlag am Heckteil erzeugt werden kann. Für kleinere Schwanzausschläge im Reisebetrieb ist ein relativer Fußhub von ca. 5 cm bis ca. 15 cm erforderlich.The tread unit is designed so that with a relative Fußhub of about 20 cm to 30 cm (distance of the feet to each other), the maximum tail deflection can be generated at the rear part. For smaller tail rashes in the travel business, a relative foot lift of about 5 cm to about 15 cm is required.
Heckteil {
Das Heckteil besteht aus der Schwanzkonstruktion {
Die Schwanzkonstruktion ist drehbar am Mittelteil {
Die technische Realisierung kann z. B. mit drehbar gekoppelten Segmenten {
Die Schwanzflosse {
Die Flossenwurzel {
Die Schwanzfinnen bestehen aus Tragflächenprofilen {
Mindestens eine der Schwanzfinnen ist in rechtem oder schrägem Winkel um ihre Längsachse drehbar an der Flossenwurzel befestigt. Die Drehung bzw. Schwenkung der jeweiligen Schwanzfinne erfolgt durch erzwungene Anlenkung und/oder durch anströmendes Wasser.At least one of the tail fins is rotatably mounted at right or oblique angles about its longitudinal axis to the fins root. The rotation or pivoting of the respective tail fin is effected by forced articulation and / or by inflowing water.
Das Profil der Schwanzfinnen kann weiterhin so beschaffen sein, dass sich durch erzwungene Anlenkung, siehe
Durch die seitliche Auslenkung des Schwanzes beschreibt die Schwanzflosse um den Dreh- und Befestigungspunkt des Schwanzes am Mittelteil eine elliptische Bahn. Die drehbare Lagerung der Schwanzfinnen an der Flossenwurzel führt dabei zur Verdrehung dieser Tragflächenprofile mit der Profilnase in Richtung der Anströmung. Gegenüber dem resultierenden Strömungsvektor {
Am Wendepunkt des Schwanzausschlags ändern die Finnen der Schwanzflosse ihre Ausrichtung und erreichen, in Bezug auf die Längsachse des Tauchgerätes, gleichzeitig ihre größte seitliche Auslenkung. Aus dieser Bewegung heraus entsteht ein impulsartiger Flossenschlag mit großer seitlicher Wasserverdrängung, durch welchen ein wesentlicher Teil des Vortriebs erzeugt wird.At the turning point of the tail excursion, the fins of the caudal fin change their orientation and simultaneously reach their greatest lateral deflection with respect to the longitudinal axis of the diving device. The result of this movement is a pulse-like fin stroke with large lateral displacement of water, through which a substantial part of the propulsion is generated.
Physiologische AnwendbarkeitPhysiological applicability
Durch Kombination und Koordination der drei Bewegungskomponenten
- – „seitliche Auslenkung des Bugteils”
- – „seitliche Auslenkung des Schwanzes mit Änderung der Anstellwinkel an der Schwanzflosse”
- – „Änderung der Anstellwinkel der Steuerflossen” können Bewegungsmuster erzeugt werden, welche denen von schnell schwimmenden Großfischen sehr ähnlich sind.
- - "lateral deflection of the bow section"
- - "lateral deflection of the tail with change in the angle of attack on the caudal fin"
- - "Change the angle of attack of the control fins" motion patterns can be generated, which are very similar to those of fast-swimming large fish.
Es kann sowohl die Startphase als auch die Reisephase umgesetzt werden. Mit Hilfe der Steuerflossen können Roll-, Steig- und Sinkbewegungen sowie Bewegungen auf geneigten Kurvenbahnen erzeugt werden. Schwanzausschläge mit einem Winkel von ca. 90° können zum Manövrieren auf engem Raum sowie zum Verzögern und Wenden genutzt werden. Für das Verharren auf der Stelle können kleine, fächelnde Ausschläge der Schwanzfinnen und der Steuerflossen erzeugt werden.It can be implemented both the starting phase and the travel phase. With the help of the control fins rolling, climbing and sinking movements and movements can be generated on inclined curved paths. Tail deflections with an angle of about 90 ° can be used for maneuvering in confined spaces as well as for decelerating and turning. For perseverance on the spot, small, fanning rashes of tail fins and tax fins can be created.
Ebenfalls dem Vorbild mancher Fische nachempfunden und für ein schnelles Tauchgerät unerlässlich sind die Bremsflächen der Steuerflossen. Diese ermöglichen dosierte Verzögerungen ohne Beeinträchtigung der Richtungsstabilität des Tauchgerätes. Sie ermöglichen weiterhin dynamische Manöver mit Störungen der Strömung bis zum Strömungsabriss.Also modeled on the model of some fish and essential for a fast diving equipment are the braking surfaces of the control fins. These allow metered delays without compromising the directional stability of the scuba. They also allow dynamic maneuvers with flow disturbances to stall.
Die Länge des Tauchgerätes ist maßgeblich von der Größe des Tauchers und vom Bedarf an zusätzlicher Ausrüstung abhängig. Sie beträgt ca. 3 m bis 4 m.The length of the diving equipment depends largely on the size of the diver and the need for additional equipment. It is about 3 m to 4 m.
Eine solch große Länge des Tauchgerätes macht dieses für den Transport zwar unhandlicher, ist aus dem Blickwinkel der erforderlichen Schlagfrequenz jedoch von Vorteil.However, such a long length of the diving device makes this for the transport more cumbersome, but from the perspective of the required beating frequency is advantageous.
Bei Fischen wird die für eine bestimmte Geschwindigkeit erforderliche Schlagfrequenz des Schwanzes umso kleiner, je länger ein Fisch ist. Bei einer Länge von ca. 3 m bis 4 m ist eine zügige Fortbewegung bereits mit Bewegungszyklen im Bereich von ca. 1,0 Hz bis 0,5 Hz möglich. Dieser Frequenzbereich entspricht etwa den Tretzyklen beim Fahrradfahren. Ein Taucher mit guter körperlicher Konstitution kann diese Frequenz längere Zeit aufrechterhalten.In fish, the longer a fish is, the smaller the frequency of the tail required for a certain speed. With a length of approx. 3 m to 4 m, rapid locomotion is possible even with movement cycles in the range of approx. 1.0 Hz to 0.5 Hz. This frequency range corresponds approximately to the cycle cycles when cycling. A diver with good physical condition can sustain this frequency for a longer time.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Bugteilfront section
- 1111
- starres Bugelementrigid bow element
- 1212
- Griffe für die Hände des TauchersHand grips for the diver
- 1313
- Steuerflossencontrol fin
- 13a13a
- Bremsflächenbraking surfaces
- 13b13b
- Hebel zur Veränderung des Anstellwinkels der jeweiligen Steuerflosse und zur Bedienung der BremsflächeLever for changing the angle of attack of the respective control fin and for operating the braking surface
- 13c13c
- dreh- und klappbare FixierungRotatable and foldable fixation
- 2020
- elastisch biegbare und verwindbare Verbindung zwischen Bugteil und Mittelteilelastically bendable and twistable connection between front part and middle part
- 3030
- Mittelteilmidsection
- 3131
- „Treteinheit”, Vorrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung wechselseitiger Tretbewegungen"Treteinheit", device for receiving and forwarding mutual pedaling movements
- 31a31a
- drehbare Traverserotatable crossbeam
- 31b31b
- Halterungen für die FüßeBrackets for the feet
- 31c31c
- Konstruktion zur Umformung und Weiterleitung der TretbewegungenConstruction for forming and forwarding the pedaling movements
- 3232
- sitzartige Muldeseated hollow
- 3333
- Auflagefläche für Bauch und BeckenbereichSupport surface for abdomen and pelvic area
- 3434
- vertikale Stabilisierungsfinnenvertical stabilizing fins
- 4040
- Heckteiltail section
- 4141
- beweglicher Schwanz bzw. Schwanzkonstruktionmovable tail or tail construction
- 41a41a
- drehbar gekoppelte Segmenterotatably coupled segments
- 41b41b
- Zugseiletowing ropes
- 41c41c
- Gummibänderrubber bands
- 4242
- bewegliche Schwanzflossemovable caudal fin
- 42a42a
- Flossenwurzelfin root
- 42b42b
- Schwanzfinnentail fins
- 42c42c
- drehbar gelagerte Flossenwurzel mit erzwungener Anlenkungrotatably mounted fins root with forced linkage
- 42d42d
- Richtungsvektor der Anströmung bei seitlicher Auslenkung des SchwanzesDirection vector of the flow with lateral deflection of the tail
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