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Die Erfindung betrifft einen Deltaflügel zur Verwendung als Antrieb für ein Wasserfahrzeug sowie ein Wasserfahrzeug mit einem derartigen Deltaflügel der auch als Fotovoltaik-Flügel ausgelegt sein kann und Strom erzeugt.
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Ein Segelschiff wird vornehmlich durch zwei Effekte vorangetrieben. Beim Rahsegel durch den reinen Winddruck der auf die Segelfläche wirkt und beim Schratsegel durch den Winddruck und die Sogkräfte die dann entstehen, wenn die Luft durch die Wölbung des Segels abgelenkt wird und ein Unterdruck entsteht. Diese beiden Effekte überlagern und summieren sich, wenn der Anstellwinkel des Segels günstig zum Wind steht. Fährt ein Schiff über Grund bildet der Wasserwiderstand des Rumpfes im Wesentlichen die Gegenkraft. Beim Schratsegel wird der Vortrieb durch den Winddruck und die Sogkräfte gebildet, die über die segelführenden Masten und Schoten auf den Rumpf übertragen werden, der durch das Wasser gezogen wird.
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Vorwindsegeln mit dem Schratsegel ist uneffektiv, weil sich die Segelfläche mit zunehmender Höhe verkleinert und am Ober- und Unterliek störende Wirbel und Widerstände entstehen. Deshalb werden auf den Yachten mit einem Schratsegel, bei Vorwind- bis Halbwindkursen die bauchigen Spinnaker oder Gennaker gefahren. Ausschließlich mit Winddruck zu segeln bleibt somit den großen Segelschiffen mit den dafür ausgelegten Rahsegeln vorbehalten. Sie laufen auf Raumwindkursen schneller als auf Vorwindkursen, weil bei Letzteren die vorderen Segel im Windschatten stehen. Trifft der Wind von hinten oder schräg von hinten auf ein Rahsegel, so erfolgt der Vortrieb ausschließlich durch den Widerstand, den das Segel dem Wind entgegen setzt.
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Segelschiffe mit einem Schratsegel sind strömungstechnisch in der Lage, auch schräg gegen den Wind zu segeln. Somit können durch Aufkreuzen auch Ziele entgegen der Windrichtung erreicht werden. Dazu haben die Schratsegel eine gewölbte Segelfläche, ähnlich der Tragfläche eines Flugzeugs, die auch ähnlichen aerodynamischen Grundsätzen folgt. Wird die Luft durch die Wölbung des Segels abgelenkt, erhöht sich an der Stelle die Luftgeschwindigkeit und es entsteht ein Unterdruck beziehungsweise Sog. Zusammen mit dem Winddruck entsteht so der resultierende Vortrieb. Die dabei entstehende Abtrift nach Lee verhindert der Kiel oder Schwert unter dem Rumpf der Yacht und der Widerstand zeigt sich deutlich in der Schräglage beziehungsweise Krängung.
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Der Windeinfallwinkel wird nicht nur durch den Kurswinkel des Schiffes zum tatsächlichen Wind, sondern auch von seiner Geschwindigkeit geprägt. Der scheinbare Wind beim Segeln fällt immer vorlicher ein als der wahre Wind. Weil die Geschwindigkeit des scheinbaren Windes mit der Geschwindigkeit des Schiffes zunimmt, ist es möglich, schneller als der Wind zu segeln.
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Bei den modernen Segelyachten, besonders bei den Regattabooten, haben sich die Hoch-Riggs durchgesetzt. Ein derartiges, oft zum Einsatz kommendes Hoch-Rigg – auch Bermuda-Rigg genannt – reagiert äußerst empfindlich auf den Windeinfallwinkel. Wird dieser zu groß, reißt die Strömung ab und aus Vortrieb wird Widerstand. Physikalisch betrachtet entstehen dabei auf der Fläche des Segels, hinter der Windeintrittskante störende Wirbel, die den Vortrieb zusammenbrechen lassen, sobald die Wirbel die Hinterkante des Segels, das sogenannte Achterliek erreichen. Die gleichen physikalischen Abläufe kennt man auch aus der Luftfahrt. Deshalb werden beim Landeanflug einer Verkehrsmaschine sogenannte Vorflügel ausgefahren und Landeklappen gesetzt, die für das nachhaltige Anliegen der Strömung auf den Tragflächen sorgen und den Luftstrom nach unten ablenken um die Luftgeschwindigkeit zu erhöhen und mehr Auftrieb zu erzeugen.
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Dagegen verhält sich das Überschallflugzeug CONCORDE und der Raumgleiter der NASA mit dem Deltaflügel völlig anders, der bei einem ungleich steileren Landeanflugwinkel aus großer Höhe keine Profilveränderung benötigt. Der symmetrische Deltaflügel behält seine Wirksamkeit über einen ungleich größeren Anströmwinkel bei, weil hinter den beiden Windeintrittskanten die sogenannten VORTEX-WIRBEL entstehen, die auf der Delta-Tragfläche einen sehr starken Auftrieb und Sog entfalten.
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Die Eingeborenen aus Polynesien setzten auf ihren Auslegebooten schon vor über 100 Jahren deltaförmige Krebsscheren-Segel ein, mit denen sie weite Strecken zurücklegen konnten. Erst in der Neuzeit wurde das Krebsscheren-Segel im Windkanal erforscht und man stellte fest, dass auch bei dem deltaförmigen Krebsscheren-Segel VORTEX-WIRBEL entstehen, die beim Segeln die hohen Sogkräfte auslösen. Das Prinzip ist einfach anders wie beim Schratsegel und deutlich besser. Dass die Leistung des Deltasegels noch nicht bei den Entscheidungsträgern der Regatta-Yachten angekommen ist, liegt wohl an den alten festgefahrenen Strukturen der Formelbestimmungen und der vernachlässigten Entwicklung bei der Umsetzung des Deltasegels in der Praxis. Bei den Windkanalversuchen entdeckte man auch die störenden Wirbelschleppen, die immer dort entstehen, wo Auftrieb erzeugt wird.
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Besonders deutlich wird die unterschiedliche Segelleistung, wenn man das Schratsegel – das auch als Bermuda-Rigg bekannt ist, mit dem Deltasegel direkt verglichen wird. Während das Deltasegel eine wesentlich höhere Leistung entwickelt und diese bis zum Windanstellwinkel von 55° beibehält, ist die Leistung beim Schratsegel deutlich geringer, dessen Strömung bereits bei einem Windanstellwinkel von 40° abreißt und einen hohen Widerstand auslöst.
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Bei dem symmetrischen Deltaflügel, dem diese Erfindung zugrunde liegt, entstehen die sogenannten VORTEX-WIRBEL entlang der beiden Anströmkanten, die sich in der Mitte auf der Oberseite des Deltaflügels treffen und dort den extrem starken Unterdruck beziehungsweise Sog erzeugen. Dieser Sog beziehungsweise Auftrieb baut sich senkrecht zur Tragfläche auf, der das Wasserfahrzeug zieht. Zudem reagiert der Deltaflügel relativ unempfindlich gegenüber dem Windanstellwinkel.
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Weil beim Bermuda-Rigg am Top und Unterliek des Segels stets störende Wirbel entstehen, versucht man diese auf den Hochsee- und Regattayachten durch gekappte Segelköpfe und ein ausgestelltes Achterliek zu reduzieren. Deshalb haben Regattayachten auch ein hohes Rigg und ein niedriges Auftriebs-Höhenverhältnis, bei dem der Auftrieb durch eine geringe Wölbung des Segels niedrig gehalten wird.
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Die Art und Weise, wie man mit dem symmetrischen Deltaflügel auf Wasserfahrzeugen den Vortrieb erzeugen kann, ist gegenüber dem Bermuda-Rigg völlig anders und aufgrund dieser Erfindung einfacher und wirkungsvoller. Wird ein Deltasegel oder Deltaflügel vom Wind angeströmt entstehen entlang der beiden Anströmkanten die VORTEX-WIRBEL auf der Oberfläche des Deltaflügels, die den starken Sog auslösen. Dieser Sog beginnt vorn am Deltaflügel-Hals und setzt sich bis an die Abrisskannte des Deltaflügels fort. Die Aufgabe dieser Erfindung ist, die in der Luft- und Raumfahrt erkannten Vorteile der VORTEX-WIRBEL auch bei den Wasserfahrzeugen anzuwenden, um die negativen Eigenschaften der Rah- und Schratsegel mit einem Mast und Baum und dem fallenden und laufenden Gut, zu vermeiden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines Deltaflügels als Antrieb für ein Wasserfahrzeug mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Wasserfahrzeug mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung befinden sich auch in den Unteransprüchen. Der erfindungsgemäße Deltaflügel zur Verwendung als Antrieb für Wasserfahrzeuge zeichnet sich dadurch aus, dass sich an dem Deltaflügel-Hals, der spitz oder gerundet ausgeführt sein kann, ein kardanisches Befestigungselement mit einer Verstelleinrichtung befindet, mit dem der Deltaflügel um seine Mittellängsachse gegenüber der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges geschwenkt und in seiner Hochachse aufgestellt werden kann.
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Ein derartiger Deltaflügel kann somit in sehr einfacher Weise im vorderen Bugbereich des Wasserfahrzeugs befestigt und entsprechend dem Windeinfallwinkel aufgestellt und geschwenkt werden. Der Deltaflügel und das Wasserfahrzeug werden grundsätzlich durch den Winddruck über Grund bewegt, allerdings sind dabei die erzeugten VORTEX-WIRBEL, die entlang der beiden symmetrischen Anströmkanten entstehen, ausschlaggebend für den hohen Unterdruck beziehungsweise die großen Sogkräfte. Diese wirken im rechten Winkel zum Deltaflügel mit im Vergleich zu einem gleichgroßen Schratsegel deutlich gesteigerten Auftrieb. Dieser starke Sog entlastet zudem auch den Bugbereich des Wasserfahrzeugs und reduziert dabei den Widerstand des Rumpfes. Das bedeutet, dass bei dieser neuen Antriebsart mit dem Deltaflügel weniger Wind zum Vortrieb benötigt wird.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Deltaflügel nicht um ein deltaförmiges Segel mit einer stark eingeschränkten Führung handelt, sondern um eine vorzugsweise aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder Kohlefaserstoff beziehungsweise Verbundwerkstoff bestehende selbsttragende Rahmenkonstruktion mit fester Ober- und Unterverkleidung, die sich positiv auf die Bildung der VORTEX-WIRBEL auswirkt.
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Der bevorzugt leicht gewölbte Deltaflügel weist zwei symmetrisch verlaufende und als Anströmkanten ausgebildete Vorderkanten auf, die vorn am gerundeten oder spitzen Deltaflügel-Hals beginnen und hinten an einer als Abrisskante ausgebildeten Hinterkante enden, die in der Draufsicht gerade, konkav oder konvex ausgebildet sein kann. Weiterhin zeichnet sich der Deltaflügel dadurch aus, dass seine beiden Anströmkannten leicht bauchig sind und eine Pfeilung zwischen 45° und 80° aufweisen und vorzugsweise zwischen 55° und 70° liegen.
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Dadurch, dass der Deltaflügel leicht gewölbt und äußerst stabil ausgebildet ist, kann dieser Fotovoltaik- Module, insbesondere organische Fotovoltaik-Module oder Dünnschicht-Fotovoltaik-Zellen aufnehmen, die genügend Strom erzeugen, um sämtliche Verbraucher eines Wasserfahrzeugs, inklusive einer Zentrifugal-Strömungsmaschine, kontinuierlich lang zu versorgen. Bei der Zentrifugal-Strömungsmaschine handelt es sich um einen revolutionierenden Schiffsantrieb mit einem Wirkungsgrad von über 90 %, der den Vortrieb eines Wasserfahrzeugs auch ohne Segelunterstützung übernehmen kann. Tanker- und Containerschiffe sparen sich mit der Zentrifugal-Strömungsmaschine 40 % bis 50 % Brennstoff. Wasserfahrzeuge die über eine Delta-Segeltechnik und Zentrifugal-Strömungsmaschine verfügen, laufen mit dem Energieüberschuss aus regenerativer Energie leichter und schneller über die Weltmeere und vor allem unabhängig von fossilen Brennstoffen zum Schutz der Umwelt. Die Energie wird in aufladbaren Batterien oder Akkumulatoren gespeichert, die bevorzugt aber nicht notwenigerweise am tiefsten Punkt des Rumpfes untergebracht sind und als Ballast dem Segeldruck entgegen wirken.
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Die Breite und Länge des Deltaflügels wird auf die Abmessungen des Wasserfahrzeugs abgestimmt, auf dem diese Delta-Segeltechnik zum Einsatz kommen soll. Die beste Wirksamkeit wird mit einem leicht bauchigen Deltaflügel und gerundetem Deltaflügel-Hals erzielt.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß auch ein Wasserfahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Deltaflügel geschützt, wobei eine Aufhängung im vorderen Bereich des Buges des Wasserfahrzeuges vorgesehen ist, an welchem der Deltaflügel mit seinem Befestigungselement anordenbar ist und wobei eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Mittellängsachse des Deltaflügels gegenüber der Längsrichtung des Wasserfahrzeuges verschwenkbar ist. Ein derartig ausgebildetes Wasserfahrzeug hat hervorragende Vor- und Auftriebseigenschaften, wobei der Deltaflügel mit seiner Symmetrieachse in einen möglichst spitzen Winkel zur Wasseroberfläche gefahren werden soll. Bei den realen Versuchen in der Praxis auf einer Yacht zeigte sich, dass die angewinkelte Position mit der Nase nach unten bei ca. 20° ein besseres Ergebnis bringt, weil der Rumpf und das Deck die Anströmung des Deltaflügels etwas beeinflussen. Bei weiteren Tests kam heraus, dass sich die Fähigkeit mehr Höhe zu laufen verbessert, wenn der Deltaflügel in eine höhere Position von ca. 40° gebracht wird. Auch auf Raumkursen ist so auf jeden Fall ein Leistungszuwachs zu erzielen. Bei höheren Winkeln größer 40° reduziert sich jedoch die Wirksamkeit des Deltaflügels.
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Zum Aufrichten und Führen des Deltaflügels wird als Verstelleinrichtung ein in mehrere Richtungen beweglicher Ausleger mit Doppelfunktion eingesetzt, der mit dem Wasserfahrzeug am Bug verbunden ist. Bei Bedarf kann die Verstelleinrichtung beziehungsweise der Ausleger einen vorzugsweise mikroprozessorgesteuerten Lenk- und Zugdrachen auf seine Starthöhe bringen um ihn dort kontrolliert zu entfalten, der in 300 Metern Höhe die gleichmäßigen Winde für den zusätzlichen Vortrieb nutzt. Diese alternative Vortriebsart kann parallel zum Deltaflügel eingesetzt werden, mit der die Effektivität des Schiffes erhöht wird. Die innovative Delta-Segeltechnik kann auch auf den Tanker- und Frachtschiffen eingesetzt werden, ob hintereinander oder nebeneinander, beim Beladen können sie auf einem Schienensystem versetzt werden.
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Die Startvorrichtung für den Lenk- und Zugdrachen mit einem Behältnis befindet sich auf der Oberseite der Verstelleinrichtung beziehungsweise des Auslegers und ist so angeordnet, dass die erfindungswesentlichen VORTEX-WIRBEL des Deltaflügels beim Segeln nicht gestört werden und sämtliche Manöver möglich sind. Nach dem Startvorgang des mikroprozessorgesteuerten Lenk- und Zugdrachen wird seine Verbindung zum Schiff an die Winde im vordersten Teil des Rumpfes abgegeben und das leere Behältnis fährt über den Ausleger zurück in die Ausgansposition auf dem Vordeck des Schiffes. Die hochleistungs Dünnschicht-Fotovoltaik-Zellen tragen nur wenige Millimeter auf und sie sind gegenüber einem möglichen Schattenwurf des Auslegers völlig unempfindlich.
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Das Deltaflügel-System mit einer als frei beweglicher Ausleger ausgebildeten Verstelleinrichtung lässt sich am besten auf Mehrrumpf-Yachten oder auf Frachtschiffen platzieren. Dabei wird der Ausleger auf eine einfache Art und Weise von zwei Stütz- und Steuerelementen aufgerichtet, die zusammen mit dem Ausleger ein Dreipunktlager bilden, das kardanisch mit dem Wasserfahrzeug verbunden ist. Da die beiden Stütz- und Steuerelemente sowohl zusammen als auch einzeln hydraulisch oder mechanisch aus- und eingefahren werden können, kann der Ausleger auf diese Art sowohl nach steuer- als auch backbord geschwenkt werden. Die Stütz- und Steuerelemente können so den Mehrzweck-Ausleger in jede gewünschte Position bringen, an dessen Ende der Deltaflügel an einer schwenkbaren Kupplung hängt. Wird der Ausleger abgesenkt und der Deltaflügel in seine Ruheposition gebracht, schwebt dieser leicht geneigt über dem Deck, wo er vom Ausleger entkoppelt und als Wetter- und Klimaschutz über dem Deck fixiert werden kann. Erfindungsgemäß kann der Deltaflügel von dort in sehr kurzer Zeit elektro/hydraulisch in jede gewünschte Segelposition gebracht und auch ebenso schnell wieder abgesenkt werden.
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Mit dieser Erfindung können auch Mono-Segelyachten ausgestattet werden, die Binnengewässer nutzen und niedrige Brücken passieren wollen. Der Mehrzweck-Ausleger des Deltaflügels wird bei Mono-Segelyachten über eine Bugverlängerung mit dem Wasserfahrzeug verbunden. Die oberhalb des Auslegers verlaufende Startvorrichtung für den Lenk- und Zugdrachen kann auch bei den Mono-Segelyachten genutzt werden, entweder mit dem Deltaflügel zusammen oder einzeln, wenn sich der Deltaflügel zum Beispiel in seiner Ruheposition befindet. Die vorn im Rumpf versenkte Hydraulik des Auslegers gibt dem Deltaflügel beim Absenken mehr Freiraum und erleichtert sein Aufrichten. Um jedes erforderliche Manöver mit dem Deltaflügel ausführen zu können, ist der Deltaflügel am Deltaflügel-Hals in seiner Längsrichtung zusätzlich verstellbar.
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An der Abrisskannte des Deltaflügels, im Bereich seiner Mittelachse, ist der Deltaflügel über ein Kupplungsstück mit dem Ausleger nach dem Schaukelprinzip aufgehangen und verbunden. Da der Deltaflügel sozusagen ausgewogen am hintersten Punkt des Mehrzweck-Auslegers hängt, kann dieser entsprechend der Windrichtung und Windstärke, sowohl auf der Backbord- als auch auf der Steuerbordseite ohne großen Kraftaufwand über Kopf in den Wind geschwenkt und dort fixiert werden.
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Der Deltaflügel wird mit seiner Symmetrieachse in einem möglichst spitzen Winkel zur Wasseroberfläche gefahren bei dem der Deltaflügel-Hals nach unten zeigt. Bei einem Winkel von 20° erzielt der Deltaflügel das beste Ergebnis, weil der Rumpf und die flachen Decksaufbauten in der Regel die Anströmung positiv beeinflussen. Um mehr Höhe zu laufen kann der Deltaflügel auch bis zur Position von 40° aufgestellt werden. Diese sollte selbst auf raumen Kursen nicht überschritten werden, weil die Wirksamkeit damit nicht weiter steigt.
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Bei der Deltaflügel-Technik ist der Segeldruckpunkt bedeutend tiefer wie beim Bermuda-Rigg. Das bedeutet, dass gegenüber dem Bermuda-Rigg sehr viel Gewicht im Unterwasserbereich eingespart werden kann und die Wasserfahrzeuge damit schneller stabiler und sicherer werden. Hinzu kommt die Gewichtsreduzierung durch die eingesparten Kraftstofftanks und Motoren der Wasserfahrzeuge durch die Deltaflügel-Technik und Zentrifugal-Strömungsmaschine eine sehr große Bedeutung.
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Trifft der Wind die Spiere im rechten Winkel, so ist es, als ob der Deltaflügel senkrecht stehen würde. Dabei wirken seine Sogkräfte nicht nur nach vorn und zur Seite, sondern zum Teil auch nach oben. Der Rumpf des Wasserfahrzeugs erhält mehr Auftrieb und der Wasserwiderstand reduziert sich. Weiterhin ist zu bemerken, dass der Deltaflügel grundsätzlich keine Wölbung benötigt, um den entsprechenden Sog zu erzeugen. In der Regel sollte er möglichst flach mit ca. 20°gefahren werden. Um einen größeren Bereich des Windeinfallwinkels zu nutzen und die Leistung zu erhöhen, kann der Deltaflügel auf maximal 40° aufgestellt werden.
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Um die Erfindung vorteilhaft zu nutzen, ist die Aufhängung für den Deltaflügel als kardanischen Befestigung und einer Längsführung im Deltaflügel-Hals so angeordnet, dass ein Trimmen des Deltaflügels in jeder Position möglich ist. Durch eine seitliche Schwenkvorrichtung des Deltaflügels, die im Bugbereich vorgesehen ist, kann seine Position insbesondere zur Mittellängsachse des Schiffes verändert werden, was effizient sein kann um einen gleichmäßigen Kurs zu steuern.
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Damit der Deltaflügel entsprechend aufgestellt und verstellt werden kann, ist es vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung des Wasserfahrzeugs wenigstens einen motorisch, elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch verstellbaren Ausleger aufweist, mit dem die Mittellängsachse des Deltaflügels, gegenüber der Längsrichtung des Wasserfahrzeugs schwenkbar ist, wobei der Ausleger um seinen Drehpunkt zusätzlich geschwenkt werden kann. Damit der Ausleger beziehungsweise die Verstelleinrichtung besonders vielfältig verstellt werden kann, lassen sich die nach hinten gerichteten Stütz- und Steuerelemente des Auslegers beziehungsweise der Verstelleinrichtung separat verlängern oder verkürzen, die jeweils auf einer durch eine Mittellängsachse geteilte Seite des Deltaflügels angeordnet sind und beide mittels wenigstens eines Verbindungselements verbunden sind, die unter dem Ausleger angreifen und diesen sowohl mittig als auch nach backbord oder steuerbord versetzen und tragen können. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich den Deltaflügel besonders vielfältig und vielseitig an die Windverhältnisse und Windrichtungen anzupassen und ihn stets in die beste Position zum Windeinfallwinkel zu bringen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass auf der Oberseite des Auslegers, an Stelle von dem Behältnis für den Lenk- und Zugdrachen, auch eine Aussichtsplattform eingesetzt werden kann, die eine ungehinderte Fernsicht in luftiger Höhe ermöglicht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Drehpunkt des Auslegers mittels Hydraulik eine Höhenverstellung gegenüber dem Rumpf des Wasserfahrzeuges vorgesehen, die es auf einfache Weiße möglich macht, den Deltaflügel in seiner Ruheposition über dem Deck abzulegen und zu fixieren, der damit eine schützende Überdachung zum Deck bildet und dies beschattet. Hierdurch wird eine unnötige Aufheizung des Rumpfinneren des Wasserfahrzeuges vermieden und das Deck des Wasserfahrzeuges wird vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt.
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Um eine besonders effektive Einstellbarkeit des Deltaflügels vor Anker zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass dieser auch im Ruhezustand um seine Mittellängsachse geschwenkt und zur Sonne ausgerichtet werden kann. Zur Fixierung des Deltaflügels können beispielsweise Leinen an der breitesten Stelle auf beiden Seiten angreifen, deren Längen veränderbar sind. Vorzugsweise kann das auch mikroprozessorgesteuert mechanisch erfolgen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Wasserfahrzeug eine spezielle Strömungsmaschine als elektrischen Schiffsantrieb bekommt, der zum Beispiel bei Flaute oder wenig Wind, sowie bei den Manövern im Hafen, eingesetzt wird. Für die Zentrifugal-Strömungsmaschine ist wenigstens ein Elektromotor vorgesehen, wie in der
DE 10 2005 005 142 A1 beschrieben ist. Die Elektromotoren werden dabei von wieder aufladbaren Batterien beziehungsweise Akkumulatoren versorgt und diese wiederum erhalten den Strom von den Fotovoltaikzellen des Deltaflügels. Der Elektromotor kann sowohl in der um 360° drehbaren Zentrifugal-Strömungsmaschine selbst verbaut sein, als auch innerhalb des Rumpfes.
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In dem Gehäusesegment beziehungsweise Azipod der Zentrifugal-Strömungsmaschine wird das Fluid von einem Rotor in den teilweise abgedeckten Zellräumen beschleunigt, das in einem vorbestimmten Bereich den Energieaustausch mit dem umgebenen Fluid eingeht und an einer ebenso vorbestimmten Stelle das Fluid zum Abströmen gebracht wird. In den zum Wasser hin offenen Zellräumen entsteht durch die Fliehkraft ein Unterdruck zum umgebenen Fluid der für eine schnelle Füllung der Zellräume sorgt. So wiederholt sich der Vorgang und das beschleunigte Fluid, welches vom Einfluss der Zellen getrennt wird strömt als Vortriebsenergie ab.
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Derartige Strömungsmaschinen werden vorteilhaft als Azipod um 360° drehbar unter dem Rumpf angebracht. Sie können sowohl am Ende des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs eingesetzt werden als auch vorn, wo sie zusätzlich die Aufgabe des Bugstrahlruders übernehmen. Der motorische Antrieb der Zentrifugal-Strömungsmaschine sollte über einen Drehmomentwandler gedämpft werden, damit die beschleunigte Energie des Wassers sanft übertragen wird, der ähnlich dem Antrieb eines Rades auf der Straße wirkt.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich, oder in einer beliebigen sinnvollen Kombination, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
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1: ein Ausführungsbeispiel eines an einem Wasserfahrzeug angeordneten erfindungsgemäßen Deltaflügels in einer Draufsicht,
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2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Deltaflügel, der sich in einer Ruheposition befindet, in einer Seitenansicht,
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3: das Wasserfahrzeug gemäß der 2 in einer Seitenansicht, wobei sich der Deltaflügel in einer Antriebsposition befindet,
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4: das Wasserfahrzeug gemäß 3, wobei verschiedene Anstellwinkel angedeutet sind,
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5: das Wasserfahrzeug gemäß den 2 und 3, wobei der Deltaflügel verdreht ist und
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6 das Wasserfahrzeug gemäß der 5 in einer Draufsicht von oben.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines an einem erfindungsgemäßen Wasserfahrzeug 2 angeordneten erfindungsgemäßen Deltaflügels 1 zur Verwendung als Antrieb für ein Wasserfahrzeug 2. Der Deltaflügel 1 weist dabei zwei konvex gebogene als Anströmkanten ausgebildete Vorderkanten 20 und 21 sowie eine konkav gebogene Hinterkante auf. An den als Anströmkanten ausgebildeten Vorderkanten 20 und 21 schließt sich der gerundete Deltaflügel-Hals an, an dem sich bei der Anordnung an einem Wasserfahrzeug 2 entsprechende für den Auftrieb und Vortrieb des Wasserfahrzeugs 2 die verantwortlichen VORTEX-WIRBEL beginnen sich zu ausbilden, die sich bis zu einer als Abrisskante ausgebildeten Hinterkante 22 fortsetzen. Ferner ist an dem Deltaflügel 1 ein Befestigungselement 4 in Form eines Mastes an dem Deltaflügel-Hals angeordnet, mit welchem der Deltaflügel 1 an einem Wasserfahrzeug 2 befestigt werden kann. Zur Befestigung ist dabei an dem als Mast ausgebildeten Befestigungselement 4 ein Befestigungsteil 9 vorgesehen, welches vorliegend als Kugel ausgebildet ist, welche in einer Aufhängung 14 im vorderen Bereich 5 des Buges 6 des Wasserfahrzeuges 2 unverlierbar angeordnet ist.
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Der Deltaflügel 1 ist dabei symmetrisch ausgebildet und durch eine Mittellängsachse 11 in zwei identische Seiten 18 und 19 aufgeteilt.
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Am auseinanderlaufenden Ende des Deltaflügels 1 ist auf der Mittellängsachse 11 eine Kupplung als Befestigungselement 8 vorgesehen, an welchem eine Verstelleinrichtung 7, insbesondere ein Ausleger 27, des Wasserfahrzeuges 2 angreifen kann, um den Deltaflügel 1 bei seiner Anordnung auf einem Wasserfahrzeug 2 zu verschwenken beziehungsweise aufzurichten.
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Die bisher in der 1 beschriebenen Elemente sind zur Verwendung des Deltaflügels 1 als Antrieb für ein Wasserfahrzeug ausreichend. Weiterhin sind allerdings in 1 auf der Oberfläche 12 des Deltaflügels 1 noch Fotovoltaikzellen 13 angeordnet, mit welchen entsprechende, in den Figuren nicht dargestellte Akkumulatoren oder wieder aufladbare Batterien des Wasserfahrzeugs 2 mit elektrischer Energie versorgt werden können. Ferner ist im Bugbereich vor dem Deltaflügel 1 noch ein Behältnis 25 angeordnet, in welchem ein Lenk- und/oder Zugdrachen verstaubar ist, der über die Oberseite des Auslegers 27 zur Startposition verbracht und zum weiteren Antrieb des Wasserfahrzeuges 2 verwendbar ist. Die Fotovoltaikzellen 13 sind relativ flach ausgebildet, um die für den Vor- und Auftrieb verantwortlichen VORTEX-Wirbel nicht zu stören. Das Behältnis 25 wird sich nur kurzzeitig beim Start des Lenk- und Zugdrachen im Sogbereich des Deltaflügels 1 aufhalten, der das Entfalten unterstützt. Danach fährt das leere Behältnis in seine unterste Position vorn am Bug zurück, die außerhalb der VORTEX-WIRBEL liegt.
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2 zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges 2 mit einem erfindungsgemäßen Deltaflügel 1 in einer Seitenansicht. Dabei ist der Deltaflügel 1 mit seinem Befestigungselement 4 und dem daran angeordneten als Kugel ausgebildeten Befestigungsteil 9 in einer Aufhängung 14 im vorderen Bereich 5 des Buges 6 des Wasserfahrzeugs 2 unverlierbar angeordnet. Die Aufhängung 14 kann dabei als Führung 15, insbesondere als Führungsschiene 19 für das Befestigungselement 4, insbesondere des Befestigungsteils 9 des Befestigungselementes 4 des Deltaflügels 1 ausgebildet sein. Die Führungsschiene 29 kann dabei quer zur Fahrzeuglängsrichtung 28 ausgebildet sein. Allerdings sind auch andere Führungsschienen 29 denkbar, insbesondere auch parabolisch gebogene Führungsschienen.
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In der in der 2 gezeigten Position ist der Deltaflügel 1 in seiner Ruheposition auf einer Ablage 24 des Wasserfahrzeuges 2 abgelegt. Dabei bildet der Deltaflügel 1 eine Abschattung und Überdachung für das Deck des Wasserfahrzeuges 2, sodass sich das Innere des Rumpfes des Wasserfahrzeugs 2 nicht unnötig aufheizt und das Deck des Wasserfahrzeugs 2 vor Regen geschützt ist. An dem Befestigungselement 8 des Deltaflügels 1 greift hierbei ein Ausleger 27 der Verstelleinrichtung 7 an, der in dem Befestigungselement 8 verschiebbar geführt ist. An seinem anderen Ende ist der Ausleger 27 über einen Drehpunkt 26 an einer weiteren Verstelleinrichtung 23 befestigt, mit welcher die Höhe des Drehpunktes 26 variiert werden kann. In der in 2 dargestellten Position befindet sich der Drehpunkt 26 in seinem oberen möglichen Bereich, sodass unterhalb des Deltaflügels 1 möglichst viel Platz gegeben ist, damit sich dort Personen ungestört und geschützt durch den Deltaflügel 1 aufhalten können. Neben dem Ausleger 27 weist die Verstelleinrichtung 7 zum Verstellen beziehungsweise Verschwenken des Deltaflügels 1 zwei seitliche Verstellelemente 16 und 17 auf, welche in der vorliegenden Seitenansicht deckungsgleich sind und mittels eines Verbindungselementes 30, welches an dem Ausleger 27 angreift und den Ausleger 27 mittig zwischen den Verstellelementen 16 und 17 hält, miteinander verbunden. Mittels dieser Verstellelemente 16 und 17, welche motorisch, elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch verstellbar sind, kann der Deltaflügel 1 verschwenkt werden, indem diese Verstellelemente den Ausleger 27 aufrichten.
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Ein derartig aufgerichteter Deltaflügel 1 für das Wasserfahrzeug 2 der 2 ist in der 3 dargestellt. Der Anstellwinkel des Deltaflügels 1 gegenüber der Längsrichtung 28 des Wasserfahrzeuges beträgt dabei in etwa 40°.
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Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, hat sich der Deltaflügel 1 dabei von der Ablage 24 gelöst, während der Drehpunkt 26 des Auslegers 27 mittels der Verstelleinrichtung 23 in eine niedrigere Position verfahren wurde, um ein entsprechendes Aufstellen beziehungsweise Verschwenken des Deltaflügels 1 zu ermöglichen beziehungsweise zu gewährleisten. Das Verstellen beziehungsweise Verschwenken des Deltaflügels 1 erfolgt dabei folgendermaßen:
Mittels der Verstellelemente 16 und 17 der Verstelleinrichtung 7 wird das die Verstellelemente 16 und 17 verbindende Verbindungselement 30 in seiner Höhenposition verfahren. Dadurch, dass dieses Verbindungselement 30 direkt an dem Ausleger 27 angreift und den Ausleger 27 mittig zwischen den Verstellelementen 16 und 17 hält, wird dieser aufgerichtet. Der Ausleger 27 ist mittels des Befestigungselementes 8 des Deltaflügels 1, in welchem der Ausleger 27 verschiebbar geführt ist, direkt mit dem Deltaflügel 1 verbunden. Durch das Aufrichten des Auslegers 27 richtet sich deshalb auch automatisch der Deltaflügel 1 auf und kann in einen entsprechenden Anstellwinkel, der hier in 3 in etwa 40° beträgt, verfahren beziehungsweise verschwenkt werden.
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In der 3 ist der Deltaflügel 1 so dargestellt, dass seine Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zur Bildvertikalen steht. Im Anwendungsfall, in welchem der Deltaflügel 1 effektiven Vortrieb für das Wasserfahrzeug 2 erzeugen soll, wird der Deltaflügel 1 allerdings gegenüber dieser Bildebene verschwenkt sein. Das heißt, dass der Deltaflügel 1 um seine Mittellängsachse 11 verdreht sein wird. Ein derartiges Verdrehen des Deltaflügels 1 wird in der Regel durch entsprechende Leinen 10 durchgeführt werden, die zum einen im oberen Bereich des Deltaflügels 1 im Bereich des Befestigungselements 8 an dem Deltaflügel 1 angreifen und mit dem Heck des Wasserfahrzeuges verbunden sind. In der Darstellung der 3 sind die beiden Leinen 10 deckungsgleich, da der Deltaflügel 1 hier nicht um seine Mittellängsachse 11 verdreht ist. Mit den Leinen 10 ist es zudem möglich, den Deltaflügel 1 in einer entsprechend verdrehten Position um seine Mittellängsachse 11 zu fixieren. Dabei müssen die Leinen 10 straff gespannt sein, sodass der Deltaflügel 1 seine Position nicht ändert. Die Einstellung der Leinen 10 kann dabei sowohl mikroprozessorgesteuert als auch manuell erfolgen.
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In der 4 ist nunmehr das Wasserfahrzeug 2 gemäß der 3 gezeigt, wobei der Deltaflügel 1 nun nicht explizit dargestellt ist, sondern nur drei unterschiedliche Anstellwinkel von 20°, 30° und 40° des Deltaflügels 1 angedeutet sind. Durch diese Darstellung soll erkennbar sein, dass der Deltaflügel 1 in seinem Winkel zur Längsachse 11 des Wasserfahrzeugs 2 ver- und einstellbar ist.
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In der 5 ist nun weiterhin in einer Seitenansicht dargestellt, dass der Deltaflügel 1 über das als Mast ausgebildete Befestigungselement 4 und das als drehbar ausgebildete Befestigungsteil 9, welches in der als Führungsschiene 29 ausgebildeten Aufhängung 14 beziehungsweise Führung 15 angeordnet ist, drehbar und verschiebbar an dem Wasserfahrzeug 2, insbesondere an dessen Bug, gehalten ist.
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Insbesondere in der Darstellung gemäß der 6, die eine Draufsicht von oben auf das Wasserfahrzeug 2 beziehungsweise den Deltaflügel 1 der Darstellung der 5 zeigt, ist deutlich erkennbar, dass das Befestigungsteil 9 in der Führungsschiene 29, welche sowohl als Aufhängung 14 als auch als Führung 15 für das Befestigungsteil 9 dient, gehalten ist. Deutlich zu erkennen ist hierbei auch, dass der Deltaflügel 1 in dieser Draufsicht von oben unsymmetrisch gezeigt ist, wobei dieser selbst auch mit seiner Mittellängsachse in horizontaler Richtung gegenüber der Längsachse 11 des Wasserfahrzeugs 2 verschwenkt ist. Die Verschiebbarkeit des Befestigungsteils 9 innerhalb der Führungsschiene 29 ist in dieser 6 ebenfalls durch zwei unterschiedliche Darstellungen gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deltaflügel
- 2
- Wasserfahrzeug
- 3
- Ende
- 4
- Befestigungselement
- 5
- Bereich
- 6
- Bug
- 7
- Verstelleinrichtung
- 8
- Befestigungselement
- 9
- Befestigungsteil
- 10
- Leine
- 11
- Mittellängsachse
- 12
- Oberseite
- 13
- Fotovoltaikzellen
- 14
- Aufhängung
- 15
- Führung
- 16
- Verstellelement
- 17
- Verstellelement
- 18
- Seite
- 19
- Seite
- 20
- Vorderkante
- 21
- Vorderkante
- 22
- Hinterkante
- 23
- Verstelleinrichtung
- 24
- Ablage
- 25
- Behältnis
- 26
- Drehpunkt
- 27
- Ausleger
- 28
- Längsrichtung
- 29
- Führungsschiene
- 30
- Verbindungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005142 A1 [0034]
