DE102009009305A1

DE102009009305A1 - Tubekite mit Untersegel

Info

Publication number: DE102009009305A1
Application number: DE102009009305A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.Ing. Achilles; Felix RÜHLE; Hans Madreiter
Original assignee: Individual
Current assignee: ACHILLES, PETER, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: DE102009009305B4

Abstract

In der Sportart Keitesurfen werden lenkbare Tubekites als Vortrieb eingesetzt. Derzeit bestehen handelsübliche Tubekites aus einem aufblasbaren Frontrohr (1) sowie quer dazu verlaufenden, aufblasbaren Profilversteifungen (2), die gemeinsam das hieran angenähte Obersegel (3) stützen. Wegen des fehlenden Untersegels (4) enstehen Verwirbelungen hinter dem Frontrohr (1), die die Effizienz des Tubekites mindern. Bisher gelang es keinem Hersteller, einen serienreifen Tubekite mit Untersegel (4) zu entwickeln, da insbesondere Flattern des Untersegels (4) oder Wasser zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) Probleme bereiten. Die Erfindung beseitigt dieses Problem, indem das Untersegel (4) entlang seiner Hinterkante (8) nicht bzw. nur geringfügig mit dem Obersegel (3) vernäht wird, d. h. ein in seiner Ausdehnung zu optimierender Spalt offen gelassen wird. Der Hohlraum zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) wird durch den an der Hinterkante (8) des Untersegels (4) aus Strömungsabbremsung erzeugten Druck gespeichert. Dadurch wird das Untersegel (4) von innen nach außen in eine stabile Lage gedrückt, wobei Rippen aus Segeltuch zur Formerhaltung des Untersegels (4) beitragen. Da der Hohlraum zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) - abweichend vom Stand der Technik - an der Hinterkante (8) des Untersegels (4) offen ist, kann Wasser problemlos aus dem Hohlraum ablaufen. Die Erfindung ermöglicht den Einsatz strömungsgünstigerer Profilformen bei Tubekites.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tubekite (engl. Kite = Drachen, Tube = Röhre), der als Vortrieb vorwiegend in Sportarten wie Kitesurfen, Snowkiten, Landkiten, Buggysport oder auch für Boote und Kanus eingesetzt werden kann. Die heutigen Tubekites sind mit einem Leinensystem ausgestattet, das sowohl das Lenken, als auch die Veränderung des Anstellwinkels α ermöglicht.
Zur Beschreibung der Erfindung und Verdeutlichung der gestellten Ansprüche sind nachfolgende Zeichnungen beigefügt. Es zeigen:
1: Handelsüblicher Tubekite, perspektivische Ansicht
2: Verwirbelung hinter dem Frontrohr (1) bei einem handelsüblichen Tubekite, Schnittansicht
3: Tubekite gemäß Erfindung, perspektivische Ansicht
4: Tubekite gemäß Erfindung, Ansicht von unten
5: Öffnungen entlang der Hinterkante (8) des Untersegels (4), Schnittansicht
6 Wirbel im Strömungsschatten an der Hinterkante (8) des Untersegels (4), Schnittansicht
7: Aussparung (12) am Untersegel (4) zur Durchführung der aufblasbaren Profilversteifung (2), perspektivische Ansicht von hinten unten
8: Untersegel (4) erstreckt sich über die gesamte Profiltiefe des Kites, Schnittansicht
9: Untersegel (4) endet bei x% bzw. zwischen 20 und 70% der Profiltiefe, Schnittansicht
10: Rippen (7) verbinden Obersegel (3) mit Untersegel (4), perspektivische Ansicht von hinten unten
11: Spalte (9) zwischen Hinterkante (8) des Untersegels (4) und Obersegel (3), perspektivische Ansicht von hinten unten
12: Konkave Ausschnitte (11) an der Hinterkante (8) des Untersegels (4), Ansicht von unten
13: Nach außen gewölbte Lage des Untersegels (4) bei kleinen Anstellwinkeln α, Schnittansicht
14: Nach innen gewölbte Lage des Untersegels (4) bei großen Anstellwinkeln α, Schnittansicht

1: Aufblasbares Frontrohr
2: Aufblasbare Profilversteifung(en)
3: Obersegel
4: Untersegel
5: Hohlraum
6: Abströmkante
7: Rippe(n)
8: Hinterkante des Untersegels
9: Spalte(n) zwischen Obersegel und Hinterkante des Untersegels
10: In den Hohlraum einströmende Luft
11: Konkave(n) entlang der Hinterkante des Untersegels
12: Aussparung im Untersegel zur Durchführung einer aufblasbaren Profilversteifung

Die heutigen Serien-Tubekites sehen prinzipiell wie in 1 aus und setzen sich zusammen aus einem durch ein aufblasbares Frontrohr (1) verstärkten vorderen Bereich sowie in Strömungsrichtung verlaufenden, aufblasbaren Profilversteifungen (2), die gemeinsam das Stützgerüst bilden, an das das Obersegel (3) angenäht wird.
Derzeit produziert kein Hersteller Tubekites in Serie, welche mit einem Untersegel (4) beispielsweise wie in 3 und 4 ausgestattet sind. Dadurch weicht das Strömungsprofil entlang der Unterseite (Saugseite) sehr stark von der strömungsgünstigen Tropfenform ab. Die sich im Sogbereich des Frontrohrs (1) ausbildenden Verwirbelungen (2) erhöhen den Strömungswiderstand beträchtlich und reduzieren somit die mögliche Effizienz des Tubekites. Mit reduzierter Effizienz verschlechtert sich die Fluggeschwindigkeit und die Gleitzahl, was sich für den Fahrer als reduzierte Fahrgeschwindigkeit, geringere Flughöhe und Flugdauer bei Sprüngen, verschlechtertes Höhelaufen beim Aufkreuzen gegen den Wind, kleinerem Windeinsatzbereich und reduziertem Drosselungsvermögen (Depower) bemerkbar macht.
Es wurden bereits Tubekites mit Untersegel (4) versuchsweise von der Firma „Wipika” oder in Kleinserie von der Firma „Faction Kites” angefertigt. Beide Hersteller führten das Untersegel (4) nicht über die gesamte Profiltiefe wie in 8 aus, sondern nur über eine Teillänge x, wie in 9 dargestellt. Dadurch wird Gewicht eingespart. Bei der Konstruktion der Firma „Faction Kites” reicht das Untersegel (4) vom Frontrohr (1) bis zu etwa 30% der Profiltiefe und wurde ringsum mit dem Obersegel (3), dem Frontrohr (1) und den aufblasbaren Profilversteifungen (2) vernäht, d. h. es wurden keine Öffnungen gelassen, die dem Luftaustausch zwischen Hohlraum (5) und der den Kite im Flug umgebenden Luftströmung dienen. Auf diese Weise kann kein stabil stehendes Untersegel erzielt werden, da im Hohlraum (5) während des Fluges kein Druck erzeugt wird, der das Untersegel (4) in eine stabile Lage nach außen drückt.
Ein nicht flatterndes, stabil stehendes Untersegel (4) erhält man, wenn an geeigneter Stelle über geeignet dimensionierte Öffnungen Druck in den Hohlraum (5) zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) eingebracht wird. Ein Druckanstieg in einem strömendem Medium entsteht nach dem Gesetz von Bernoulli, wenn die Strömung abgebremst wird. Je stärker die Abbremsung, desto stärker der Druckanstieg. Im Staupunkt wird die Strömung auf null abgebremst (relativ zum bewegten Körper, in diesem Fall der Kite). Der Druck, der im Staupunkt vorliegt, wird als Staudruck bezeichnet.
Der Versuchskite der Firma „Wipika” wurde mit einem Untersegel (4) versehen, das bis etwa 75% der Profiltiefe reicht und Öffnungen im Bereich der Anströmkante aufweist, d. h. das Untersegel wurde nicht durchgehend mit dem aufblasbaren Frontrohr (1) vernäht, sondern stellenweise mit halbkreisförmigen Öffnungen versehen. Auf diese Weise wird ein strömungsbedingter Druck in den Hohlraum (5) eingebracht, der das Untersegel (4) in eine stabile Lage nach außen drückt. Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass in den Hohlraum (5) eingedrungenes Wasser im Flug oder beim Relaunch (Selbststarten des Kites aus dem Wasser) sehr schlecht abläuft und damit der Relaunch mitunter nicht mehr möglich ist, wordurch der Kitesurfer in eine Seenotlage gebracht werden kann. Außerdem können beim Relaunch erst recht viel Wasser und gegebenenfalls Algen über die Öffnungen in den Hohlraum (5) eindringen, wenn der Kite vor dem Abheben wie gewöhnlich auf einer Seite über das Wasser streift.
Gesucht wird also eine konstruktive, praktikable Lösung, die ein formstabiles, nicht flatterndes Untersegel (4) gewährleistet. Praktikabel bedeutet, dass durch die Konstruktion keine gravierenden Nachteile entstehen, die sich negativ auf das Flugverhalten oder auf die allgemeine Handhabung auswirken. Außerdem muss sie produzierbar sein und die Produktionskosten im Rahmen halten.
Bislang unentdeckt blieb die abwegig erscheinende Möglichkeit, Druck von hinten in den Hohlraum (5) gemäß 5 einzubringen. Bei dieser eleganten Lösung, deren Neuheit in dieser Patentanmeldung geschützt werden soll, wird das Untersegel (4) entlang seiner Hinterkante (8) nicht oder nur teilweise mit dem Obersegel (3) verbunden, jedoch maximal zu 50% der Hinterkantenlänge, damit in den Hohlraum (5) eindringendes Wasser problemlos wieder ablaufen kann. Damit ein schmaler Spalt (9) zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) vorhanden ist, wird das Untersegel nicht ganz an das Obersegel (3) herangeführt, wodurch eine Öffnung zum Hohlraum (5) gebildet wird. Zusätzlich entsteht hierdurch ein Absatz, an dem sich ein kleiner Wirbel vor dem im Strömungsschatten liegenden Öffnungsspalt (9) ausbildet (6). In dem vor dem Öffnungsspalt (9) liegenden Luftpolster herrscht ein höherer Druck, gegebenenfalls sogar Staudruck. Dieser Druck nährt den Hohlraum (5), weshalb das Untersegel (4) wie auch das Obersegel (3) nach außen gedrückt werden.
Idealerweise sollte der Hohlraum (5) nur Öffnungen zur Umgebung aufweisen, an denen im Flug strömungsbedingter Druck anliegt, z. B. im Bereich der Anströmkante oder an Stellen, die im Strömungsschatten liegen. Sind weitere Öffnungen vorhanden, senken diese den Druck im Hohlraum (5) ab, wodurch das Untersegel (4) nicht mehr in eine stabile Lage gedrückt wird. Daher sollten weitere Öffnungen mit Leckagewirkung einen Gesamtquerschnitt von 200 cm² nicht übersteigen.
Rippen (7) gemäß 10 (in der Regel aus Segeltuch gefertigt) oder funktionell gleichwertige Zugverbindungen zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) sind zur Profilstabilisierung des Untersegels (4) erforderlich und verhindern, dass das Untersegel (4) durch den im Hohlraum (5) vorliegenden Druck ballonartig aufgebläht wird. Die Rippen (7) werden in geeignetem Abstand jeweils mit dem Obersegel (3) und dem Untersegel (4) vernäht und stellen auf diese Weise eine linear ausgedehnte Zugverbindung zwischen beiden her. Die Rippen (7) können den Hohlraum (5) mehrfach in getrennte Kammern unterteilen. Zwecks Gewichtsreduktion sowie zum Druckausgleich zwischen den einzelnen Hohlraumkammern können die Rippen (7) mit Öffnungen versehen werden.
Wird das Untersegel (4) nicht über die gesamte Profiltiefe ausgeführt, sind die aufblasbaren Profilversteifungen (2) nur teilweise durch das Untersegel (4) verkleidet bzw. im Hohlraum (5) zwischen Obersegel (3) und Untersegel (4) eingeschlossen. Daher muss das Untersegel (4) eine Aussparung (12) wie beispielsweise in 7 aufweisen. Es stellte sich heraus, dass eine genau an die Form der aufblasbaren Profilversteifung (2) angepasste Aussparung (12) im Untersegel (4) offen gelassen werden kann, d. h das Untersegel (4) an der Aussparung (12) nicht mit der aufblasbaren Profilversteifung (2) vernäht werden muss. Stattdessen werden die beiden angrenzenden Rippen (7) dicht an die Profilversteifung platziert, wie in 10 zu sehen ist. Die Spalte (9) zwischen der aufblasbaren Profilversteifung (2) und dem Untersegel (4) versorgt den Hohlraum (5) ebenfalls zuverlässig mit Druck, sodass auch im Bereich der aufblasbaren Profilversteifungen (2) das Untersegel (4) stabil steht.
Bei nach hinten spitz zulaufenden Rippen (7) wird das Untersegel (4) bis an das Obersegel (3) herangeführt. Damit Spaltöffnungen (9) gemäß 11 enstehen, sollte daher das Untersegel (4) entlang seiner Hinterkante (8) jeweils zwischen den Rippen (7) konkav gemäß 12 ausgeschnitten sein. Die Konkaven (11) bieten zudem den Vorteil, dass die Hinterkante (8) des Untersegels (4) besser gespannt ist. Diese Lösung bietet einen sehr gut beherrschbaren Spalt (9), der zur Aufrechterhaltung des Druckes im Hohlraum (5) erforderlich ist. Sie gewährleistet ein formstabiles Untersegel (4) in sämtlichen Flugzuständen (Abstürze ausgenommen). Sie ist außerdem kostengünstig produzierbar.
Das zusätzliche Gewicht für das Untersegel (4), einschließlich Rippen (7), beträgt für einen 12 Quadrameter großen Tubekite ca. 250 Gramm, wenn sich das Untersegel bis etwa über die halbe Profiltiefe erstreckt. Das zusätzliche Gewicht, das ca. 6% vom Gesamtgewicht des Tubekites ausmacht, wird durch die extrem gesteigerte aerodynamische Effizienz mehr als kompensiert, sodass ein Tubekite mit Untersegel (4) bei noch weniger Wind als bisher fliegt, d. h. eine gesteigerte Leichtwindtauglichkeit aufweist.
Mit weiterer Optimierung der Öffnungsspalte (9) zum Hohlraum (5) lässt sich ein gezieltes Umklappen des Untersegels (4) ab einem bestimmten Anstellwinkel α erwirken (13 und 14). Bei niedrigen Anstellwinkeln α ist das Untersegel (4) nach außen gewölbt, was dem Schnellflug dienlich ist (13). Bei hohen Anstellwinkeln α ist das Untersegel (4) nach innen gewölbt, was für mehr Auftrieb sorgt und dem Langsamflug entgegenkommt (14). Das Umklappen des Untersegels (4) kann deshalb insbesondere zum Springen effektiv eingesetzt werden.
Desweiteren lässt sich die Öffnungsspalte (9) zum Hohlraum (5) so optimieren, dass im Kurvenflug nur der näher am Kurvenmittelpunkt liegende Teil des Untersegels (4) wegen des stärkeren lokalen Anstellwinkels α nach innen gewölbt ist, während der weiter vom Kurvenmittelpunkt entfernte Teil des Untersegels (4) nach außen gewölbt ist (zum Lenken wird der Kite auf einer Seite stärker angestellt). Hierdurch wird der Kurvenflug verstärkt.
Die Vorteile eines Tubekites mit Untersegel (4) liegen klar auf der Hand. Die gesteigerte aerodynamische Effizienz fahrt zu mehr Leistung, einem größeren Windeinsatzbereich, mehr Depower (Drosselungsvermögen), einer größeren Sprunghöhe, einer besseren Gleitzahl, besserem Drehvermögen und schnellerem Höhelaufen beim Aufkreuzen gegen den Wind. Zudem können deutlich tiefere Profile mit mehr Auftrieb als bisher verwendet werden.

Claims

Kite mit einem durch ein aufblasbares Frontrohr (1) verstärkten vorderen Bereich sowie in Strömungsrichtung verlaufenden Profilversteifungen, mit einem Obersegel (3) und einem Untersegel (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Frontrohr (1), dem Obersegel (3) und dem Untersegel (4) liegender Hohlraum (5) entlang der gesamten Hinterkante (8) des Untersegels (4) offen ist.
Kite mit einem durch ein aufblasbares Frontrohr (1) verstärkten vorderen Bereich sowie in Strömungsrichtung verlaufenden Profilversteifungen, mit einem Obersegel (3) und einem Untersegel (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Frontrohr (1), dem Obersegel (3) und dem Untersegel (4) liegender Hohlraum (5) entlang der Hinterkante (8) des Untersegels (4) zu mindestens 50% offen ist.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass keine zusätzlichen, den Hohlraum (5) mit der Umgebung verbindende Öffnungen vorhanden sind.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass keine zusätzlichen, den Hohlraum (5) mit der Umgebung verbindende Öffnungen im vorderen Bereich von 0% bis 20% der Profiltiefe vorhanden sind, wenn 0% die Anströmkante und 100% die Abströmkante (6) darstellt.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche den Hohlraum (5) mit der Umgebung verbindende Öffnungen existieren, die in Summe eine Gesamtquerschnittsfläche von 200 cm² nicht übersteigen.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterkante (8) des Untersegels (4) mehrere konkave Ausschnitte (11) aufweist.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersegel (4) eine durchgehende, nicht unterbrochene Fläche darstellt.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilversteifungen aufblasbar sind (2).
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersegel (4) am Frontrohr (1) beginnt und an der Abströmkante (6) endet.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersegel (4) am Frontrohr (1) beginnt, aber bereits vor der Abströmkante (6) endet.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersegel (4) am Frontrohr (1) beginnt, aber zwischen 20% und 70% der Profiltiefe endet, wenn 0% die Anströmkante und 100% die Abströmkante (6) darstellt.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zugverbindungen zwischen dem Obersegel (3) und dem Untersegel (4) angebracht sind.
Kite nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung verlaufende Rippen (7) aus flexiblem Gewebe jeweils mit dem Obersegel (3) und dem Untersegel (4) verbunden sind.