DE102017209759A1

DE102017209759A1 - Wasserfahrzeug mit verstellbaren Tragflächen

Info

Publication number: DE102017209759A1
Application number: DE102017209759.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Buck
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-06-10
Also published as: DE102017209759B4

Abstract

Wasserfahrzeug (1) mit zwei am Rumpf (10) mittschiffs, vor und hinter einem Kiel (20) axial beweglich angebrachten Schwenkarmen (40, 50), an deren Ende jeweils Tragflächen (45, 55) zur Erzeugung eines hydrodynamischen Kraft (F_A, F_DK) angeordnet sind,
wobei die Schwenkarme (40, 50) über eine Schwenkvorrichtung (41, 51) mittschiffs mit dem Rumpf (20) verbunden sind,
die Schwenkvorrichtung (41, 51), Schwenkarme (40, 50) und Tragflächen (45, 55) sind derart ausgebildet, dass die Schwenkarme (40, 50) um eine axiale Längsachse des Wasserfahrzeugs (1) auslenkbar,
und die Schwenkarme (40, 50) bei einer Krängung des Wasserfahrzeugs (1) in ihrem Winkel zum Rumpf (10) des Wasserfahrzeugs gezielt einstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug insbesondere ein Segelboot mit wenigstens zwei an einem Schwenkarm angeordneten Tragflächen.
Aus der EP 0 373 913 B1 ist bereits ein Segelboot bekannt, bei dem rechts und links der Mittschiffslinie zwei Achsen mit Tragflächen zur Beeinflussung des Krängungswinkels und zur Reduzierung der Wasserverdrängung angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vom Wasser benetzte Außenfläche eines Wasserfahrzeugs effektiv zu verringern.
Die Aufgabe wird durch ein Wasserfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhaft ist ein Wasserfahrzeug mit zwei am Rumpf mittschiffs, vor und hinter einem Kiel axial beweglich angebrachten Schwenkarmen vorgesehen, wobei an den distalen Enden der Schwenkarme jeweils Tragflächen zur Erzeugung einer hydrodynamischen Kraft angeordnet sind,
wobei die Schwenkarme über eine Schwenkvorrichtung mittschiffs mit dem Rumpf verbunden sind, und wobei die Schwenkvorrichtung, Schwenkarme und Tragflächen derart ausgebildet sind, dass die Schwenkarme um eine axiale Längsachse des Wasserfahrzeugs auslenkbar und die Schwenkarme bei einer Krängung des Wasserfahrzeugs in ihrem Winkel zum Rumpf des Wasserfahrzeugs gezielt einstellbar sind.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass unabhängig vom anliegenden Kurs und Krängung des Wasserfahrzeugs über die Tragflächen eine zusätzliche Auftriebskraft erzeugt wird, die den Rumpf des Bootes um einen gewissen Betrag anhebt und so die ins Wasser eintauchende und benetzte Oberfläche des Rumpfs und somit den Wasserwiderstand verringert.
Bevorzugt ist die Schwenkvorrichtung als axial bewegliches Gelenk ausgebildet.
Nützlich ist es auch, wenn die Schenkvorrichtung axial beweglich ist und eine Vorrichtung, insbesondere Getriebe, Motor, Hydraulik etc., zur Einstellung eines Winkels der Schwenkarme (40, 50) in Relation zum Rumpf (10) aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Winkel der Schwenkarme zum Rumpf mit Hilfe einer Einstellung der Anstellwinkel der Tragflächen einzustellen und/oder ein Schwenkarm mit einem Leitwerk zur seitlichen Auslenkung des Schwenkarms auszugestalten.
Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass die Kraft zur Auslenkung der Schwenkarme nicht zwingend über die Schwenkvorrichtung zur Verfügung gestellt werden muss, sondern mit Hilfe der am Leitwerk oder an den Tragflächen angreifenden hydrodynamischen Kraft bereitgestellt werden kann.
Besonders nützlich ist es, das Wasserfahrzeug mit einem Steuergerät auszustatten, das derart ausgebildet ist, dass abhängig von der Krängung des Wasserfahrzeugs die Schwenkarme derart eingestellt werden, dass die Schwenkarme lotrecht ausgerichtet werden, so dass der Auftrieb der Tragflächen der Schwenkarme lotrecht nach oben zeigt.
Durch dieses Vorgehen ist es möglich, dass in jeder Schräglage des Wasserfahrzeugs eine möglichst maximale Auftriebskraft zur Verfügung gestellt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass abhängig von der Krängung des Wasserfahrzeugs die Schwenkarme derart eingestellt werden, dass die Schwenkarme und/oder Tragflächen derart ausgerichtet werden, dass die Tragflächen eine einer Abdrift des Wasserfahrzeugs entgegengesetzte Kraft bereitstellen.
Durch dieses Vorgehen können insbesondere bei einem Segelboot die Abdriften bei einem Amwindkurs reduziert werden.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass ein Anstellwinkel der Tragflächen in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs eingestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs,
2 eine Vorderansicht eines solches Wasserfahrzeugs,
3 eine Vorderansicht eines solches Wasserfahrzeugs mit Krängung,
4 eine Rückansicht einer Ausgestaltung mit unterschiedlichen Anstellwinkeln,
5 eine Seitenansicht der Ausgestaltung gemäß 4,
6 eine Seitenansicht einer Ausgestaltung mit Leitwerk,
7 eine Rückansicht der Ausgestaltung gemäß 6;
8 eine Vorderansicht einer Betriebsweise mit Driftkompensation.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt ein Wasserfahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Seitenansicht. Im dargestellten Fall ist eine Segelyacht mit einem Ballastkiel 20 gezeigt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist jedoch nicht auf ein solches Fahrzeug beschränkt, sondern kann auch an vergleichbaren Fahrzeugen, insbesondere auch Motorbooten eingesetzt werden.
Bug- und heckseitig vom Kiel 20 sind Schwenkarme 40, 50 mit Tragflügeln 45, 55 zur Bereitstellung einer hydrodynamischen Kraft, insbesondere eines Auftriebs angeordnet. Die Schwenkarme 40, 50 sind über Schwenkvorrichtungen 41, 51 mit dem Rumpf 10 verbunden. Die Anstellwinkel der Tragflügel 45, 55 können beispielsweise elektrische, mechanisch oder hydraulisch eingestellt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, die Anstellwinkel mit Hilfe einer Steuerung vorzugsweise einer elektrischen Steuerung einzustellen.
2 zeigt eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeugs. Das Fahrzeug 1 weist keine Krängung auf und der Schwenkarm 40 ist parallel zum Kiel 20 ausgerichtet. Befindet sich das Fahrzeug 1 in Fahrt erzeugt die Tragfläche 45 einen hydrodynamischen Auftrieb F_A , der das Fahrzeug senkrecht nach oben anhebt.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist, durch die auftriebsbedingte Anhebung des Fahrzeugs die vom Wasser benetzte Rumpfoberfläche zu verringern, um somit auch den Wasserwiderstand zu verringern.
Selbstverständlich wird durch Erhöhen der Anstellwinkel der Tragflächen 45, 55 der Wasserwiderstand wiederum erhöht, dennoch lässt sich hier ein Optimum finden.
Beispielsweise kann der Anstellwinkel solange verändert werden, bist die Fahrt durchs Wasser ein Maximum erreicht hat. Eine derartige Einstellung kann beispielsweise über eine vorzugsweise elektrische Steuerung/Regelung realisiert werden.
3 zeigt das Wasserfahrzeug 1 in einer Krängung. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, die Schwenkarme 40, 50 der Tragflügel 45, 55 in einer lotrechten Position zu halten, damit die Auftriebskraft F_A , wie im ungekrängten Fall senkrecht nach oben wirkt.
Durch dieses Vorgehen wird auch im gekrängten Zustand des Wasserfahrzeugs die vom Wasser benetzte Rumpfoberfläche maximal reduziert.
Die Schwenkvorrichtungen 41, 51 können beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass über ein Getriebe, Motor, mechanisch, elektrisch oder hydraulisch der Winkel der Schwenkarme 41, 51 in Relation zum Rumpf 10 einstellbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung die in 4 und 5 gezeigt ist, kann es auch vorgesehen sein, die Schwenkvorrichtung 41, 51 als axial bewegliches Element auszubilden, wobei der Winkel der Schwenkarme 40, 50 zum Rumpf 10 mit Hilfe der Anstellwinkel der Tragflächen 45, 55 vorgenommen wird. Vergleichbar mit einem Querruder eines Flugzeugs kann über unterschiedliche Einstellungen der Anstellwinkel der Tragflächen 45, 55 ein Drehmoment auf die Schwenkarme 40, 50 ausgeübt werden, so dass die Schenkarme 40, 50 und somit auch die Tragflächen 45, 55 in eine für den Verwendungszweck geeignete Position gelenkt werden können.
In 4 ist ein solche Auslenkung des hinteren Schwenkarms 50 und der hinteren Tragfläche 55 in einer Rückansicht gezeigt. 5 zeigt diese Situation in einer Seitenansicht.
Auch ist es denkbar, ein winkelveränderndes Drehmoment über ein am Schwenkarm 40, 50 angebrachtes Leitwerk bzw. Seitenleitwerk 47,57 bereitzustellen. In 6 und 7 ist eine derartige Ausführung in einer Hinter- und Seitenansicht gezeigt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn über die Tragflächen nicht nur eine Auftriebskraft F_A zur Verfügung gestellt wird, sondern auch eine Kraft F_DK , die einer Abdrift des Wasserfahrzeugs entgegengewirkt.
8 zeigt ein typisches Beispiel eines Segelboots an einem Amwindkurs, bei dem aufgrund des angreifenden Winds eine Abdrift in Richtung Lee vorhanden ist. Zur Reduzierung einer solchen Abdrift kann es nun vorgesehen sein, dass die Schwenkarme 40, 50 unter Wasser in Richtung Lee ausgelenkt werden, und so neben einer Auftriebskomponente F_A auch eine Driftkompensationskomponente F_DK bereitstellen.
Da die Schwenkarme 40, 50 mittschiffs mit dem Rumpf 10 verbunden sind, ergibt sich hieraus kein aufrichtendes der Krängung entgegengesetztes Moment. Dieser Aspekt ist im Einzelfall durchaus von Vorteil, da aufgrund der Krängung beispielsweise bei böigen Wind, der Winddruck aus den Segeln genommen werden kann, während hingegen bei einem aufrichtenden Moment und somit einer reduzierten Krängung der Winddruck weiter erhöht wird.
Selbstverständlich können die oben genannten Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass selbst bei einer vorhanden motorischen Verstellung der Schwenkarme zusätzlich durch die Anstellwinkel der Tragflächen 45, 55 oder mit Hilfe eines Leitwerks 47, 57 die Einstellung des Schwenkarmwinkels unterstützt wird. Ebenso lassen sich die Ausführungen auf vergleichbare Wasserfahrzeuge, insbesondere auch Motorboote, anwenden.
Die Einstellung von Schwenkarmwinkel, Anstellwinkel der Tragflächen und/oder Anstellwinkel des Leitwerks können sowohl manuell als auch über eine Steuerung vorgenommen werden.
Bei der Verwendung einer Steuerung ist es von Vorteil, wenn beispielsweise ein Krängungswinkel und/oder eine Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs erfasst werden. Ausgehend von diesen Parametern kann die Steuerung dann derart ausgelegt sein, dass für die gewünschte Anwendung Schwenkarm, Tragflächen und/oder Leitwerk geeignet angesteuert werden.
Bezugszeichenliste

1: Wasserfahrzeug,
10: Rumpf,
20: Kiel,
30: Ruder,
40: vorderer Schwenkachse mit Tragfläche,
41: vordere Schwenkvorrichtung
45: vordere Tragfläche,
47: vorderes Leitwerk
50: hintere Schwenkachse mit Tragfläche,
51: hintere Schwenkvorrichtung,
55: hintere Tragfläche,
57: hinteres Leitwerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0373913 B1 [0002]

Claims

Wasserfahrzeug (1) mit zwei am Rumpf (10) mittschiffs, vor und hinter einem Kiel (20) axial beweglich angebrachten Schwenkarmen (40, 50), an deren Ende jeweils Tragflächen (45, 55) zur Erzeugung eines hydrodynamischen Kraft (F_A, F_DK) angeordnet sind, wobei die Schwenkarme (40, 50) über eine Schwenkvorrichtung (41, 51) mittschiffs mit dem Rumpf (20) verbunden sind, wobei die Schwenkvorrichtung (41, 51), Schwenkarme (40, 50) und Tragflächen (45, 55) derart ausgebildet sind, dass die Schwenkarme (40, 50) um eine axiale Längsachse des Wasserfahrzeugs (1) auslenkbar und die Schwenkarme (40, 50) bei einer Krängung des Wasserfahrzeugs (1) in ihrem Winkel zum Rumpf (10) des Wasserfahrzeugs gezielt einstellbar sind.
Wasserfahrzeug (1) nach Anspruch 1, beim die die Schwenkvorrichtung (41, 51) axial bewegliches Gelenk ausgebildet ist.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schenkvorrichtung (41, 51) axial beweglich ist und eine Vorrichtung, insbesondere Getriebe, Motor, Hydraulik oder Mechanik, zur Einstellung eines Winkels der Schwenkarme (40, 50) in Relation zum Rumpf (10) aufweist.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Winkel der Schwenkarme (40, 50) zum Rumpf (10) mit Hilfe einer Einstellung eines Anstellwinkels der Tragflächen (45, 55) einstellbar ist.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Schwenkarm (40, 50) ein Leitwerk (47, 57) zur seitlichen Auslenkung der Schwenkarme (40, 50) aufweist.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Steuergerät, das derart ausgebildet ist, dass abhängig von der Krängung des Wasserfahrzeugs (1) die Schwenkarme (40, 50) derart eingestellt werden, dass die Schwenkarme (40, 50) lotrecht ausgerichtet werden, so dass der Auftrieb der Tragflächen (45, 55) der Schwenkarme (40, 50) lotrecht nach oben zeigt.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, mit einem Steuergerät, das derart ausgebildet ist, dass abhängig von der Krängung des Wasserfahrzeugs (1) die Schwenkarme (40, 50) derart eingestellt werden, dass die Schwenkarme (40, 50) und/oder Tragflächen (45, 55) derart ausgerichtet werden, dass die Tragflächen (45, 55) eine einer Abdrift des Wasserfahrzeugs (1) entgegengesetzte Kraft (F_DK) bereitstellen.
Wasserfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass ein Anstellwinkel der Tragflächen (45, 55) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs (1) eingestellt wird.