-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrofoil für ein Wasserfahrzeug, umfassend einen Mast sowie einen vorderen Flügel und einen hinteren Flügel, die bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung hintereinanderliegend an einem freien Endabschnitt des Mastes angeordnet sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Board, welches mit einem solchen Hydrofoil ausgestattet ist.
-
Hydrofoils ermöglichen es, ein Board beim Fahren, beispielsweise beim Kitesurfen oder Jetskifahren, aus dem Wasser zu heben, um hierdurch den Strömungswiderstand zu verringern. Das Hydrofoil weist üblicherweise einen Mast und mindestens einen an diesem angeordneten Flügel auf. Der Mast wird dazu am Board befestigt. Im Fahrbetrieb bleiben lediglich ein Abschnitt des Masts und der bzw. die Flügel in das Wasser eingetaucht. Ein Beispiel für ein solches Hydrofoil-Board findet sich in
EP 2 907 737 B2 .
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Fahrstabilität eines Hydrofoil-Boards zu verbessern, um hierdurch beispielsweise Anfängern den Einstieg in das Fahren mit einem solchen Board zu erleichtern.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrofoil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Hydrofoil umfasst einen Mast sowie einen vorderen Flügel und einen hinteren Flügel, die bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung hintereinanderliegend an einem freien Endabschnitt des Mastes angeordnet sind, und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der hintere Flügel als Ringflügel ausgebildet ist und dazu mindestens einen Rohrabschnitt aufweist, welcher der Art zur Vorwärtsfahrtrichtung orientiert ist, dass Wasser entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung durch diesen hindurchströmen kann.
-
Es hat sich gezeigt, dass sich im Vergleich zu einem herkömmlichen hinteren Flügel wie in
EP 2 907 737 B2 beschrieben ein verbessertes Fahrverhalten erzielen lässt, welches weniger stark von der Neigung des Boards abhängig ist und dadurch eine erhöhte Sicherheit bietet.
-
Darüber hinaus wird eine verbesserte Stabilisierung um die Hochachse erzielt.
-
Durch die rohrförmige Ausbildung ergibt sich zudem ein geringerer induzierter Widerstand, d.h. eine Verringerung der Strömungsverluste.
-
Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Hydrofoil im Vergleich zu einem Hydrofoil mit einem herkömmlichen hinteren Flügel durch eine hohe Robustheit und eine geringere Ventilation aus.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
-
So kann der Ringflügel beispielsweise genau einen Rohrabschnitt aufweisen, dessen Längsachse in Vorwärtsfahrtrichtung orientiert ist.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Ringflügel zwei parallel zueinander angeordnete Rohrabschnitte aufweist.
-
Die parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte können in Zwillingsanordnung unmittelbar aneinander angrenzen oder aber quer zur Vorwärtsfahrtrichtung voneinander beanstandet sein und durch einen Steg miteinander verbunden werden.
-
Im einfachsten Fall weist der mindestens eine Rohrabschnitt durchgängig einen konstanten Durchströmquerschnitt auf. Es ist jedoch auch möglich, lediglich einen Bereich mit konstantem Durchströmquerschnitt auszuführen.
-
Ferner ist es möglich, den Rohrabschnitt je nach Bedarf in der Art einer Düse oder eines Diffusors auszubilden. Dazu kann der mindestens eine Rohrabschnitt durchgängig einen sich in Durchströmrichtung verjüngenden oder erweiternden Durchströmquerschnitt aufweisen oder aber zumindest einen Bereich mit sich in Durchströmrichtung verjüngendem oder erweiterndem Durchströmquerschnitt.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der mindestens eine Rohrabschnitt in und/oder vor seinem Durchströmquerschnitt eine oder mehrere sich quer zur Durchströmrichtung erstreckende Streben aufweist. Hierdurch kann eine zusätzliche Aussteifung des Rohrabschnitts erzielt werden. Gegebenenfalls können die Stege zusätzlich dazu eingesetzt werden, den Strömungsverlauf durch den Rohrabschnitt zu beeinflussen. Zudem kann über die Streben eine Anbindung des hinteren Flügels bewerkstelligt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante sind der Ringflügel und der vordere Flügel durch einen Verbindungsstab miteinander verbunden, welcher seinerseits mit dem Mast verbunden ist, wobei der Ringflügel und der vordere Flügel vorzugsweise von dem Mast beanstandet sind. Durch den Verbindungsstab wird die Befestigung der Flügel am Mast erleichtert. Der Verbindungsstab kann dabei entweder fest am Mast installiert sein oder aber als lösbares Bauteil an diesem befestigt sein, so dass bei Bedarf Verbindungsstäbe unterschiedlicher Länge eingesetzt werden können.
-
Der Verbindungsstab kann bezogen auf die Vertikalrichtung des Hydrofoils auf Höhe des Durchströmquerschnitt des mindestens einen Rohrabschnitts liegen.
-
Es ist jedoch auch möglich, den Verbindungsstab bezogen auf die Vertikalrichtung des Hydrofoils unterhalb oder oberhalb des Durchströmquerschnitt des mindestens einen Rohrabschnitts anzuordnen.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der mindestens eine Rohrabschnitt eine Einlasskante ausbildet, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Anströmung erstreckt.
-
Alternativ kann der mindestens eine Rohrabschnitt eine Einlasskante ausbilden, welche sich in einer Ebene erstreckt, die zur Anströmung mit einem Winkel von mehr als 0° bis maximal 20° angestellt ist.
-
Der Rohrabschnitt wird vorzugsweise als in Umfangsrichtung geschlossenes Profil ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, den mindestens einen Rohrabschnitt in Durchströmrichtung mit einem durchgehenden Längsschlitz auszubilden.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante können am Außenumfang des mindestens einen Rohrabschnitts ein oder mehrere nach außen abstehende Außenflügel angeordnet sein. Weiterhin wird ein Board vorgeschlagen, welches mit einem Hydrofoil der vorstehend erläuterten Art ausgestattet ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiels und weiterer Varianten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine räumliche Ansicht eines Hydrofoils nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches an einem durch unterbrochene Linien angedeuteten Board angebracht ist,
- 2 eine Detailansicht des Ringflügels des Hydrofoils aus 1,
- 3 verschiedene Varianten für den Durchströmquerschnitt des Ringflügels,
- 4 verschiedene Varianten für die Anordnung des Ringflügels in Vertikalrichtung zum Verbindungsstab, und in
- 5 verschiedene Varianten für den Rohrabschnitt in Seitenansicht.
-
Das nachfolgend näher erläuterte Ausführungsbeispiel und die weiteren Varianten beziehen sich auf ein Hydrofoil 1 für ein Wasserfahrzeug. 1 zeigt zum Zweck der Erläuterung als Beispiel für ein Wasserfahrzeug ein für Kitesurfen oder Jetski geeignetes Board 2, an dem ein Hydrofoil 1 befestigt ist. Es ist jedoch möglich, entsprechende Hydrofoils 1 beispielsweise auch an Booten einzusetzen.
-
Das Hydrofoil 1 weist einen Mast 3, einen Verbindungsstab 4, einen vorderen Flügel 5 und einen hinteren Flügel 6 auf. Diese Komponenten sind als separate Bauteile ausgeführt und derart miteinander verbunden, dass sie sich einzelnen austauschen lassen. Hierdurch ist es möglich, das Hydrofoil 1 flexibel an unterschiedliche Einsatzzwecke anzupassen. Zum Transport lässt sich das Hydrofoil 1 sehr kompakt zusammenlegen. Es ist jedoch auch möglich, gegebenenfalls zwei oder mehr Komponenten in ein einstückiges Bauteil zu integrieren.
-
Der Mast 3 weist einen ersten Endabschnitt 7 zur Befestigung an dem Board 2 sowie einen zweiten Endabschnitt 9 zum Anschluss des Verbindungsstabs 4 auf. Der Mast 3 besitzt in Vertikalrichtung z eine Höhe im Bereich von 700 bis 1200 mm, in Längs- bzw. Vorwärtsfahrtrichtung x eine Länge im Bereich von 80 bis 150 mm und in Querrichtung y eine Dicke im Bereich von 10 bis 30 mm.
-
Der Mast 3 ist vorzugsweise aus einem Faserverbundkunststoff wie kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt. Er kann jedoch auch aus einer Aluminiumlegierung oder einem Schichtverbundwerkstoff hergestellt sein.
-
Der erste Endabschnitt 7 des Masts 3 kann einen flanschartigen Befestigungsabschnitt 8 ausbilden, der gegenüber seinem restlichen Querschnitt erweitert ist und eine Auflagefläche für die Unterseite des Boards 2 bereitstellt.
-
Ein zweiter Endabschnitt 9 am freien Ende des Masts 3 weist eine Aufnahme für den Verbindungsstab 4 auf, beispielsweise in Form einer Durchtrittsöffnung, in welcher der Verbindungsstab 4 gehalten ist. Anstelle einer Durchtrittsöffnung kann die Aufnahme alternativ auch als an einer Längsseite offene Ausnehmung, insbesondere Nut ausgebildet sein, in welcher der Verbindungsstab 4 festgelegt wird.
-
Über den Verbindungsstab
4 sind der vordere Flügel
5 und der hintere Flügel
6 an dem Mast
3 befestigt. Beim Fahren an den Flügeln
5 und
6 auftretende Kräfte werden über den Verbindungsstab
4 gegen den Mast
3 abgestützt. Dabei ist der Verbindungsstab
4 gegen ein Verdrehen um seine Längsachse an dem Mast
3 gesichert. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Profilierung des Verbindungsstabs
4 und der Aufnahme am Mast
3 und/oder mithilfe geeigneter Befestigungsmittel erzielt werden, wie dies in
EP 2 907 737 A1 näher erläutert ist.
-
Der Verbindungsstab 4 ist aus Metall, vorzugsweise einer Stahl-, Titan- oder Aluminiumlegierung gefertigt. Er weist einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 25 mm auf, wodurch der Strömungswiderstand im Wasser gering bleibt. Die Länge des Verbindungsstabs 4 liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1000 mm. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung und Montage kann der Verbindungsstab 4 mit einem konstanten Durchmesser ausgeführt sein. Es können jedoch auch lediglich Abschnitte, beispielsweise der Bereich, welcher in der Aufnahme geführt ist, mit konstantem Querschnitt ausgeführt sein.
-
Der vordere Flügel 5 und der hintere Flügel 6 sind in Fahrtrichtung hintereinanderliegend angeordnet und an einem vorderen und hinteren Ende 10, 11 des Verbindungsstabs 4 befestigt. Insbesondere sitzt der vordere Flügel 5 an dem vorderen Ende 10 und der hintere Flügel 6 an dem hinteren Ende 11 des Verbindungsstabs 4, so dass bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung der vordere Flügel 5 vor dem Mast 3 und der hintere Flügel 6 hinter dem Mast 3 liegt. Dabei sind der vordere Flügel 5 und der hintere Flügel 6 vorzugsweise von dem Mast 3 beanstandet.
-
Sowohl die Befestigung des Verbindungsstabs 4 an dem Mast 3 als auch die Befestigung der Flügel 5 und 6 an dem Verbindungsstab 4 kann lösbar ausgebildet sein. Hierdurch können Verbindungsstäbe 4 unterschiedlicher Länge an dem Mast 3 befestigt werden, um die Lage der Flügel 5 und 6 zu verändern. Ferner können unterschiedliche vordere und hintere Flügel 5 und 6 an dem Verbindungsstab 4 befestigt werden.
-
Die Flügel 5 und 6 sind bevorzugt aus Faserverbundkunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), oder einem Schichtverbundwerkstoff hergestellt.
-
Während der vordere Flügel 5 als Tragfläche konfiguriert ist, ist der hintere Flügel 6 als Ringflügel ausgeführt.
-
Als Ringflügel wird vorliegend ein Flügel verstanden, welcher mindestens einen Rohrabschnitt 12 aufweist, welcher derart zur Vorwärtsfahrtrichtung x orientiert ist, dass Wasser entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung durch diesen hindurchströmen kann.
-
Im Vergleich zu einem als Tragflächenprofil ausgebildeten hinteren Flügel werden hierdurch ein geringerer induzierter Widerstand sowie weniger Ventilation erzielt.
-
Überdies ermöglicht der Ringflügel eine bessere Stabilisierung um die Hochachse, d.h. um die Vertikalachse z, so dass sich ein stabileres Fahrverhalten einstellt, welches insbesondere auch im Wesentlichen neigungswinkelunabhängig ist.
-
Im Vergleich zu einem Tragflächenprofil zeichnet sich Ringflügel überdies durch eine höhere Robustheit, d.h. größere mechanische Stabilität aus.
-
Vorzugsweise weist der Rohrabschnitt 12 einen kleinsten Durchströmquerschnitt von mindestens 7 cm2 und weiter bevorzugt von mindestens 12,5 cm2 auf.
-
Der Ringflügel des Hydrofoils 1 gemäß 1 ist in 2 näher dargestellt. Dieser weist genau einen Rohrabschnitt 12 auf, dessen Längsachse A in Vorwärtsfahrtrichtung x orientiert ist.
-
Der Rohrabschnitt 12 besitzt durchgängig einen konstanten Durchströmquerschnitt. Er ist vorliegend als einfaches Hohlrohr mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgebildet.
-
Innerhalb des Durchströmquerschnitts des Rohrabschnitts 12 sind zwei Streben 13 zu erkennen, welche quer zur Durchströmrichtung verlaufen und hier lediglich beispielhaft kreuzförmig im Querschnittsprofil angeordnet sind. Durch die Streben 13 wird der Rohrabschnitts 12 innenseitig versteift. Zudem kann über die Streben 13 die Anbindung des Ringflügels am Verbindungstab 4 vorgenommen werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Streben 13 gegebenenfalls auch zur Beeinflussung der Strömung durch den Rohrabschnitt 12 hindurch einzusetzen.
-
Der Rohrabschnitt 12 ist derart angeordnet, dass der Verbindungsstab 4 in Richtung des Durchströmquerschnitts des Rohrabschnitts 12 weist. Bezogen auf die Vertikalrichtung z liegt somit der Verbindungsstab 4 auf Höhe des Durchströmquerschnitts.
-
2 stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform für einen Ringflügel dar. Hiervon sind zahlreiche Abwandlungen möglich, welche nachfolgend anhand der 3 bis 5 näher erläutert werden sollen.
-
So kann beispielsweise die in 2 dargestellte Verstrebung des Rohrabschnitts 12 auch in anderer Art und Weise vorgenommen sein, beispielsweise durch eine geringere oder größere Anzahl von Streben 13. Zudem kann die Längserstreckung der Streben 13 in Längsrichtung x anders als dargestellt ausgeführt sein, beispielsweise lediglich auf die Strömungseingangsseite des Rohrabschnitts 12 beschränkt oder dieser gegebenenfalls auch axial vorgelagert werden, wie dies beispielsweise in 4 angedeutet ist.
-
In 3 sind Beispiele a bis f für mögliche Abwandlungen des Querschnitts des Ringflügels in der yz-Ebene dargestellt. Variante a entspricht dabei dem bereits erläuterten Rohrabschnitt 12 der 1 und 2, welcher einen kreisringförmigen Durchströmquerschnitt besitzt. Anstelle eines Kreisringprofils können auch andere Hohlprofilformen wie beispielsweise ein elliptischer Querschnitt in Variante b oder dergleichen (vgl. Variante e) zum Einsatz kommen.
-
Ferner ist es möglich, am Ringflügel mehrere, beispielsweise insbesondere zwei Rohrabschnitte 12 vorzusehen, welche unmittelbar aneinander angrenzend in Zwillingsanordnung gemäß Variante d oder in Duoanordnung durch eine Strebe 14 in Querrichtung y voneinander beanstandet (vgl. Variante f) angeordnet sein können.
-
In 3d sind die beiden Rohrabschnitte 12 in Zwillingsanordnung in Vertikalrichtung nebeneinanderliegend dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Zwillingsanordnung mit in Vertikalrichtung übereinanderliegenden Rohrabschnitten 12 einzusetzen.
-
Weiterhin können am Außenumfang 18 des mindestens einen Rohrabschnitts 12 ein oder mehrere nach außen abstehende Außenflügel 15 angeordnet sein, wie dies beispielhaft für Variante c dargestellt ist. Entsprechende Außenflügel 15 können jedoch gegebenenfalls auch an den anderen Profilvarianten vorgesehen werden.
-
Wie 4 zeigt, kann weiterhin die Lage des Rohrabschnitts 12 relativ zum Verbindungsstab 4 modifiziert werden. Wie oben bereits beschrieben, kann der Verbindungsstab 4 bezogen auf die Vertikalrichtung z des Hydrofoils 1 auf Höhe des Durchströmquerschnitt des mindestens einen Rohrabschnitts 12 liegen (vgl. 4, Variante a). Es ist jedoch alternativ auch möglich, den Verbindungsstab 4 bezogen auf die Vertikalrichtung z des Hydrofoils 1 unterhalb oder oberhalb des Durchströmquerschnitt des mindestens einen Rohrabschnitts 12 anzuordnen, wie dies in 4 für die Varianten b und c dargestellt ist.
-
Weiterhin ist es möglich, den Durchströmquerschnitt in Längsrichtung x zu variieren, d.h. beispielsweise anstatt eines Rohrabschnitts mit einem durchgängig konstanten Durchströmquerschnitt wie in den 1 und 2 gezeigt beispielsweise lediglich einen Bereich in Längsrichtung x mit konstantem Durchströmquerschnitt auszuführen.
-
Weitere Bereiche in Längsrichtung x können beispielsweise mit einem sich in Durchströmrichtung verjüngenden und/oder erweiternden Durchströmquerschnitt ausgeführt werden.
-
Ferner ist es möglich, den mindestens einen Rohrabschnitt 12 durchgängig mit einem sich in Durchströmrichtung verjüngenden oder erweiternden Durchströmquerschnitt auszubilden, wie dies in 5 in den Varianten a und d beispielhaft dargestellt ist.
-
Ferner besteht die Möglichkeit, den Verlauf der Einlasskante 16 des mindestens einen Rohrabschnitts 12 zu modifizieren. Bei den Varianten c und d in 5 sowie den weiteren Varianten der 3 und 4 erstreckt sich die Einlasskante 16 des Rohrabschnitts 12 in einer Ebene senkrecht zur Anströmung.
-
Es ist jedoch möglich, diese Einlasskante 16 auch zur Anströmung mit einem Winkel von mehr als 0° bis maximal 20° anzustellen, wie dies in den Varianten a und b von 5 dargestellt ist.
-
In gleicher Weise kann gegebenenfalls auch die Auslasskante 17 des Rohrabschnitts 12 angewinkelt werden.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Vielzahl von Varianten näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die weiteren Varianten dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiter Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Insbesondere können Merkmale aus den Varianten einzeln oder in Kombination in ein Hydrofoil nach dem Ausführungsbeispiel übernommen werden. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel und die dargestellten Varianten beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hydrofoil
- 2
- Board
- 3
- Mast
- 4
- Verbindungsstab
- 5
- vorderer Flügel
- 6
- hinterer Flügel
- 7
- erster Endabschnitt
- 8
- Befestigungsabschnitt
- 9
- zweiter Endabschnitt
- 10
- vorderes Ende
- 11
- hinteres Ende
- 12
- Rohrabschnitt
- 13
- Strebe
- 14
- Steg
- 15
- Außenflügel
- 16
- Einlasskante
- 17
- Auslasskante
- 18
- Außenumfang
- x
- Längsrichtung (= Vorwärtsfahrtrichtung)
- y
- Querrichtung
- z
- Vertikalrichtung
- A
- Längsachse
-
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 2907737 B2 [0002, 0005]
- EP 2907737 A1 [0030]
