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a)Titel der Erfindung
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Wasserfahrzeug mit Handgriffen, mit ein oder mehreren starr miteinander verbundenen Tragflächen unter Wasser, zum Transport eines Menschen über Wasser, welches durch Bewegung dieser Tragflächen durch diesen Menschen vorangetrieben wird und durch die Flügel während der Fahrt einen Auftrieb erzeugt.
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b) Einleitung
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Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit Handgriffen, zum Transport eines Menschen oberhalb des Wassers, mit ein oder mehreren Tragflächen (52) unter Wasser als Hauptauftrieb, welches durch Bewegung dieser Tragflächen durch diesen Menschen vorangetrieben wird (flapping wing propulsion) nach den unten genannten Ansprüchen 1 bis 14.
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c)Beschreibung Stand der Technik
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Durch die höhere Dichte kann ein Flügel im Wasser wesentlich kleiner ausgeführt werden als ein Flügel in der Luft. Das Prinzip des Auftriebs ist das gleiche.
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Es gibt seit Langem Beispiele für motorgetriebene Tragflächenboote.
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Menschenkraftgetriebene Fahrzeuge mit Flügeln sind meist mit Pedalen über Luft oder Wasserschrauben angetrieben.
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Eine andere Möglichkeit des Vortriebs ist die Auf- und Abbewegung des Flügels mit entsprechender Be- und Entlastung („flapping wing propulsion“).
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Ähnliche technische Lösungen sind:
| Wasserläufer | (1955) |
| Pogo foil | (1980) |
| Trapofoil | (1995) |
| Pumpabike | (2000) |
| Aqua skipper | (2005) |
| Pump foil surfboard | (2018) |
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Abgrenzung zum Wasserläufer (200): dieser besitzt 2 Flügel, die flexibel miteinander verbunden sind. Die Steuerung der Flügel erfolgt über eine horizontale Bewegung der Handgriffe. Die dazu erforderliche Kraft stützt sich auf dem 2. Flügel ab. Der Fahrer steht quer zur Fahrtrichtung.
Der Nachteil ist, dass Kosten entstehen, da 2 Tragflächen und eine Kinematik genutzt werden.
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Abgrenzung zum Aquaskipper (210), Pogofoil, Trampofoil (230), Pumpabike (220): diese haben mehr Teile und besitzt eine Kinematik zum Kippen der Flügel gegeneinander. Federn oder Biegestäbe sind verbaut. Diese Kinematil ist kostenintensiv. Die Fahrzeuge sind groß und unhandlich. Der Fahrer steht vor dem Hauptflügel. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit einer Abstützung über einen zweiten Flügel vor dem Fahrer.
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Durch das verwendete Höhenruder mit Skimmer ist ein Betrieb des Aquaskippers nur auf weitgehend glattem Wasser möglich. Ein Betrieb in Wellen ist erschwert, oder unmöglich. Das Höhenruder bremst und reduziert die Effizienz des Apparates.
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Da diese Lösungen nicht sehr kompakt bauen können sie schlecht transportiert werden. Ein Transport in nicht zerlegtem Zustand auf dem Rücken ist sinnlos. Ein Transport auf dem Fahrrad zum Wasser ist unmöglich.
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Ein weiteres Problem von Aquaskipper und pump foil surfer ist, dass das aus dem Wasser springen des Fahrzeugs nicht hoch und kontrolliert gelingt. Das reduziert den Fahrspaß und den Kaufanreiz
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Abgrenzung zum pump foil surfer: dieser besitzt keine Handgriffe. Des weiteren ist er im bisherigen Stand der Technik neben dem Flügel mit Rumpf und Leitwerk ausgeführt, denn sonst wäre er zu schwer zu steuern und würde nach vorne oder hinten umkippen. Ohne externen Vortrieb durch Wellen, Wind oder Motor kann der Pumpfoilsurfer nur von einem sehr begrenzten Kundenkreis betrieben werden.
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Der pump foil surfer ist sehr schwer zu starten, da er keine Handgriffe besitzt. Gestartet wird meist von speziell geeigneten, seltenen Stegen ohne Pfosten, oder durch Anschleppen mit Booten oder Gummiseil. Im eigentlichen Gebrauch als Wellenreiter benötigt er mindestens eine Welle die genug Kraft hat Fahrt aufzunehmen.
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Ein weiteres Problem beim pump foil surfer ist, dass oft sehr dicht unter der Wasseroberfläche gefahren wird. Beim Absenken der Nase kommt das lange Höhenleitwerk aus dem Wasser und das Gefährt kippt nach vorne um.
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Der pump foil surfer verursacht Verletzungen, denn der Fahrer kann, da er sich nicht mit den Händen festhalten kann, beim Herabfallen mit dem scharfkantigen Flügel in Berührung kommen.
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Allgemein ist fraglich, ob der pump foil surfer überhaupt als Stand der Technik betrachtet werden kann, denn sein Betrieb durch „flapping wing propulsion“ ist eher eine Entfremdung seinen Nutzung und nicht primär so vorgesehen. Es ist eher ein Gerät für externen Vortrieb durch Wellen, Wind oder Motor.
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Problematisch ist, dass der Mensch wenig Energie bereitstellt und es eine hohe Anforderung ist den benötigten Auftrieb dynamisch zu erzeugen.
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d)Aufgabe der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die oben genannten Nachteile zu beheben und ein kostengünstiges, leichter zu transportierendes, einfach zu betreibendes, sichereres, menschenkraftgetriebenes (flapping wing propulsion), von einem Flügel unter Wasser getragenes Wasserfahrzeug bereitzustellen. In einem Gebrauch kann es ohne eine Welle gestartet werden und dann zum Abreiten kleinster Wellen genutzt werden.
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e)Wesen der Erfindung
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„Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist.“
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Aus den beschriebenen Nachteilen des Stands der Technik ergibt sich die Notwendigkeit dem Markt ein kostengünstiges, kompakteres und sichereres Gerät mit den beschriebenen Vorteilen anzubieten.
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Druch das Vorhandensein von Griffen ist die Bedienbarkeit des Geräts wesentlich erleichtert.
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Ein Fahrer, der sich an Griffen festhält wird beim Sturz nicht in die Nähe scharfkantiger Geometrien wie der Flügel kommen. Er wird sich weniger verletzen. Auch sind die Griffe sehr hilfreich zur Erzeugung von Vortrieb.
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Dadurch, dass keine beweglichen Teile verwendet werden ist das Farhrzeug kostengünstiger in der Herstellung als bekannte Lösungen mit Kinematik.
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Die Erfindung ermöglicht besonders in Ausführung mit nur einem Flügel und einer Stütze. Eine sehr material, kostensparende und kompakte Ausführung.
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Die Handhabung beim Start ist vereinfacht. Die Griffe ermöglichen gute Kontrolle. Die Ausführung mit nur einem Flügel läßt sich von vielen Orten ausserhalb des Wassers starten, da kein Rumpf mit beispielsweise einer Mauer kollidieren kann. Da ein Start ohne Hilfe von Wind und Wellen möglich ist, kann das Gerät genutzt werden, um kleinste Wellen abzureiten, deren Energie niemals zum Betrieb bekannter Wellenreiter ohne Motor reichen würde.
Um kleinen Wellen folgen zu können ist der Flügel von unten Quer zur Fahrtrichtung konkav. Sonst kommen sie bei Fahrt schräg zur Richtung der Welle aus dem Wasser und saugen Luft an. Das Fahrzeug stürzt ab.
Um kleinen Wellen folgen zu können ist es sehr wichtig, dass das Fahrzeug einen möglichst kurzen oder keinen Rumpf besitzt. Dieser würde mit dem Höhenruder aus dem Wasser kommen. Das Fahrzeug würde umkippen.
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Die Ausführung mit nur einem Flügel ohne Rumpf hat auch den Vorteil, dass der Rumpf beim Abschwung nicht aus dem Wasser ragen kann und das Höhenleitwerk aus dem Wasser kommt und seine führende Funktion verliert. Das Fahrzeug kippt nicht nach vorne über.
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Die vorgestellte Lösung kann problemlos auf nicht glattem Wasser eingesetzt werden. Das Fehlen eines 2. Flügels senkt den Widerstand und erhöht die Effizienz.
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Beschreibung der Erfindung:
- Beschreibung von Begrifflichkeiten:
- - Griffe heißt: eine Aufnahme für die Hände, eine Struktur an der die Hände währen der Fahrt angelegt sind. Dies werden belastet und dienen hauptsächlich zum Einstellen der Flughöhe. Ebenfalls dienen sie zur Änderung der Fahrtrichtung nach links oder rechts. Die Griffe sind steif mit dem Grundkörper verbunden, oder steif mit Extrusionen (Stangen) verbunden, die Teil des Grundkörpers sind. Der Grundkörper besteht aus einer Aufnahme für die Füße, z.B. einer Standfläche und ein oder zwei Stützen. Der Druckpunkt der Griffe befindet sich in der Mitte zwischen den Griffen.
- - Keine Kinematik heißt: die Hauptstruktur des Fahrzeugs aus Griffen, Aufnahme für die Füße, Stützen und Flügel, könnte aus einem Teil erzeugt werden. Dies besonders als Abgrenzung von Wasserläufer und aquaskipperähnlichen Lösungen. Diese verwenden Gelenke, Federn und Biegestäben. Sekundäre Kinematiken, die nicht dem Vortrieb dienen, können verbaut sein. (z.B. Pedale, Motor, Propeller, Lenkung). Es kann ein drehbar gelagerter Lenker zur Richtungsänderung verbaut sein.
- - Der Auftriebsdruckpunkt ist der Punkt, an dem man eine senkrecht nach unten wirkende Kraft aufbringen müsste, um das Gerät in horizontaler Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu halten.
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Die beschriebenen Probleme werden durch folgende Lösung behoben.
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Ein Wasserfahrzeug mit Aufnahmen für die Hände, trägt einen Menschen oberhalb des Wassers, mit einem Hauptauftriebsgeometrie unter Wasser, der aus ein oder mehreren starr miteinander verbundenen Flügeln besteht, welcher durch Bewegung dieser Flügel von einem Menschen vorangetrieben wird (flapping wing propulsion). Durch periodische Einwirkung der Steuerkräfte des Menschen kann das Fahrzeug in einer vertikalen Ebene eine horizontale Bewegung beschreiben, ähnlich einer Sinuslinie. Durch Belastung des Fahrzeugs nach vorne und unten während des Abschwungs und Entlastung beim Aufschwung kann Vortrieb erzeugt werden. Das Fahrzeug besteht aus einem Hauptauftriebsgeometrie welcher über eine oder mehrere Stützen mit einer Aufnahme für die Füße (z.B. Standfläche) über Wasser für den Fahrer starr verbunden ist. Das Fahrzeug benötigt zur Erzeugung von Vortrieb kein kinematisches Element. Die Konstruktion besitzt Aufnahmen für die Hände, im Folgenden als Griffe bezeichnet, über die eine steuernde Kraft während der Fahrt vorgegeben wird. In horizontaler Geradeausfahrt liegt ein Druckpunkt für die Hände vor einem Auftriebsdruckpunkt. Ein Druckpunkt für die Füße liegt hinter dem Auftriebsdruckpunkt. Eine Krafteinleitung ist abwärts. Ein Fahrer steht in Fahrtrichtung. Durch eine periodisch wechselnde Belastung zwischen Händen und Füßen, ähnlich eines Wippens oder Springens, erzeugt der Flügel sowohl Auftrieb als auch Vortrieb in ausreichendem Maße, um die Fahrt fortzusetzen.
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Eine weitere Ausbildung ist die, dass das Fahrzeug einen Abstand zwischen den Mittelpunkten der Hände entlang einer Querachse aufweist. Dadurch ist eine optimale Kontrolle entlang der Längsachse sichergestellt. Ein Lenken nach links und rechts und ein Verhindern des seitlichen Umstürzens ist dann über die Arme ermöglicht, und muss nicht über die Füße bewirkt werden. Dadurch können die Beine sich auf die Hauptaufgabe, Erzeugen von Vortrieb konzentrieren.
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Vorteilhaft für die Erzeugung von Vortrieb ist eine definierte Dämpfung der Kippung des Fahrzeugs um eine Querachse. Drücken die Hände kippt das Fahrzeug nach vorne, belasten die Füße, kippt das Fahrzeug nach hinten. Kippt das Fahrzeug zu schnell, oder zu langsam reicht der Erzeugte Vortrieb nicht aus. Die Dämpfung kann über einen Rumpf mit Leitwerk eingestellt werden.
Dämpfung kann auch erzeugt werden, bei Verwendung von nur einem Flügel ohne Rumpf und ohne Leitwerk mit einer Biegung des Flügels nach hinten oder vorne. Die Biegung soll größer fünfundzwanzig Prozent der Flügelbreite sein. D.h. die Flügelhinterkante ist außen z.B. um fünfundzwanzig Prozent der Flügelbreite gegen die Mitte nach hinten versetzt oder umgekehrt. Bei kleineren Biegungen kann kein brauchbarer Vortrieb erzeugt werden. Es ermöglicht den Entfall von Rumpf und Höhenruder.
Zur Feinabstimmung kann der Flügel durch kleinere als üblich Rumpf- mit Höhenruder Konstruktionen unterstützt sein. Auch das Anbringen der Höhenruder an der oder den Stützen ist zielführend.
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Der Auftrieb eines Flügels im Wasser wächst mit seiner Tauchtiefe. Ein Problem eines Flügels der eine Spitze in seiner Mitte zur Querachse besitzt ist, dass beim Fahren knapp unter der Wasseroberfläche in Richtung Oberfläche, z.B. am Ende des Aufschwungs oder bei einer Wasserwelle seine Spitze, aus dem Wasser kommt. Dann saugt der Flügel Luft an und verliert seinen Auftrieb. Es kommt zum Absturz. Eine Lösung des Problems ist, dass eine gerade Flügelvorderkante eingesetzt wird. Kommt die Flügelmitte in die Nähe der Wasseroberfläche, verringert sich der Auftrieb dergestalt, dass der Flügel nicht weiter in Richtung Wasseroberfläche fährt und die Wasseroberfläche wird nicht durchfahren. Ein Absturz ist verhindert.
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Das Fahrzeug ist sehr agil. Sprünge aus dem Wasser sind möglich. Es können Drehungen um die Querachse und um die Hochachse gemacht werden. Will man auf dem Flügel seitlich über das Wasser gleiten ist es hilfreich, wenn die Flügelenden nach oben gebogen sind. Soll rückwärts über die Wasseroberfläche gerutscht werden ist es von Vorteil, wenn eine konvexe Flügelunterseite verwendet wird. Ein Beispiel ist das Profil SD6060.
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Eine kostengünstige Variante ist, wenn Flügel, Mast, Rumpf und Höhenleitwerk und wahlweise Verbindungsstück von foil surfern mit einer Aufnahme für die Füße und Hände verbunden werden. Dann muss der Umfang Flügel, Rumpf, Leitwerk, Mast und Verbindungsstück von Windsurf , Kitesurf oder Wingsurfen nicht noch einmal erworben werden. Die Verbindung kann sein: z.B. 1 or 2 x US-Box, Tuttlebox, Powerbox). Verwendung mit einem verkürzten Rumpf oder kleinerem oder entferntem Höhenruder ist möglich.
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Die Kraft und Momenteinleitung der Griffe in die Mitte zur Querachse der Aufnahme für die Füße, hat den Vorteil einer gleichmäßigen Deformation des Geräts. Wenn die Konstruktion, den Flügel mit zwei Stützen hält, ist ein Problem der Griffe, dass sie durch ihre langen Hebel Torsionsmomente einleiten. Sind die Griffe außen an den Stützen angebracht, was geometrisch naheliegend wäre, verwinden sie das Gerät. Dadurch deformiert sich der Flügel. Werden Kräfte und Momente mittig in die Aufnahme für die Füße eingeleitet, ergibt sich eine symmetrische Deformation, die den Flügel nicht belastet.
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Eine andere Ausprägung trägt nur ein Stück Stütze. Diese bietet weniger Wasserwiderstand und erzeugt noch geringere Herstellkosten. Es können auch zwei Stützen ausgebildet sein. Zwei Stützen haben den Vorteil, dass sie besser die Torsion der Stütze um die Hochachse abfangen können als eine Stütze. Das ist vorteilhaft, wenn mit hohen unsymmetrischen Krafteinleitungen gefahren wird. Beispiel sind Sprünge und schnelle Drehungen. Auch der Flügel ist wesentlich weniger belastet und kann leichter, dünner und kostengünstiger hergestellt werden. Durch die geringere Belastung kann das Fahrzeug, insbesondere der Flügel aus Materialien mit weniger Festigkeit hergestellt werden. Spritzguss mit faserverstärkten Kunststoffen ersetzt Faserverbundwerkstoffe (z.B. Karbonlaminat).
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In einer Ausführung trägt das Fahrzeug keine Schwimmkörper. Es ist nicht aus dem Wasser startbar. Es trägt schwimmend keinen Menschen. Durch die Verwendung von Schwimmkörpern kann das behoben werden. Diese können einem Surfbrett ähneln, können aber auch einen Katamaran darstellen. Vorteilhaft ist auch ein hoher schmaler Rumpf, da dieser die Bewegung des Geräts ermöglicht, die zum Starten aus dem Wasser benötigt wird.
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Problematisch ist, dass der Mensch wenig Energie bereitstellt und es eine hohe Anforderung ist den benötigten Auftrieb dynamisch zu erzeugen. Es gibt unter Wasser aber die Möglichkeit statischen Auftrieb zu erzeugen. Um mehr Kunden zu erreichen ist es sinnvoll langsamer zu fahren, da das weniger Energie benötigt. In dem Fall werden die Flügel größer. Das entstehende Volumen erzeugt statischen Auftrieb. Das Fahrzeug kann so ausgestaltet werden, dass ein großer Teil des benötigten Auftriebs als statischer Auftrieb zur Verfügung steht. Dieses Volumen kann beispielsweise im Flügel sein. Der Fahrer muss dann den Rest des Auftriebs als dynamischen Auftrieb erzeugen. So kann mit wenig Energie gefahren werden.
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Eine Ausgestaltung ermöglicht die kompakte und einfache Form, bestehend aus weniger als 4 Hauptteilen. Das spart Kosten (Flügel, Griff und Grundkörper).
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Das Gerät ist dann dergestalt kompakt, dass es ähnlich eines Rucksacks auf dem Rücken zu Fuß oder mit dem Fahrrad transportiert werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung ist, dass es neben dem Antrieb durch Menschenkraft mit „flapping wing propulsion“ einen Hilfsantrieb gibt. Dieser kann durch Menschenkraft erzeugt werden. Dieser kann elektrisch sein. Dieser ist im Wasser oder in der Luft. Dieser kann eine Flosse oder ein Propeller sein. Dieser erzeugt eine Startgeschwindigkeit. Dieser hat eine Stabilisierungsfunktion durch stärkeren oder schwächeren Antrieb (ähnlich einem Segway oder Hoverboard). Kippt das Fahrzeug unkontrolliert nach vorne erzeugt der Antrieb mehr Kraft. Kippt das Fahrzeug unkontrolliert nach hinten wird die Antriebskraft reduziert.
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Bei der Ausgestaltung ist die Wahl der richtigen Stützenlänge fünfunddreißig bis fünfundachtzig cm. Da das Fahrzeug um die Querachse pendelt und der Drehpunkt der Bewegung im Bereich der Füße des Fahrers liegt verändert der Flügel in Abhängigkeit von der Pendelbewegung seine Relativgeschwindigkeit gegen den Fahrer. Bei Belastung ist der Flügel schneller. Bei Entlastung ist der Flügel langsamer. Sind die Stützen zu kurz oder zu lang müssen ungeeignete Flügelspannweiten eingesetzt werde. Eine Harmonisierung ist nicht möglich.
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Bisher wurden ähnliche Geräte aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Das ist kostenintensiv. Aufgrund seiner geometrischen Einfachheit lässt sich das Gerät so formen, dass es in Spritzgusswerkzeugen hergestellt werden kann. Materialien können sein: faserverstärkter Kunststoff oder Aluminium.
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Eine Steuerung nach links und rechts kann ohne Kinematik ausgebildet sein. Die Lenkung erfolgt über ein nachlaufendes (unbewegliches) Seitenleitwerk (Stütze) und Gewichtsverlagerung. Das Seitenleitwerk ist dergestalt nachlaufend, dass der Mittelpunkt der Seitenführung in horizontaler Richtung hinter dem Mittelpunkt des Auftriebs (Schwerpunkt) liegt. Die Funktion ist ähnlich der Lenkung bei einem Wellensurfbrett.
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f) Ausführungsbeispiele
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- 1: zeigt einen Prototypen. Der Vortrieb wird vom Fahrer erzeugt. Das Fahrzeug hat keine externe Vortriebsquelle.
- 2: schematische Darstellung des Fahrzeugs mit den für den Vortrieb wichtigen Kräften (54a, 54b, 55a, 55b, 56)
- 3: Erklärung der Methode des Vortriebs
- 4: Unterschied in der Bewegung zum Stand der Technik
- 5: kinematische Bauteile im Stand der Technik (64, 65, 66, 67)
- 6: Beispiel für einen nach Hinten gebogenen Flügel
- 7: Ausformungen der Lösung. Lösungen mit ein oder zwei Stützen
- 8: erfolgt der Start nicht aus dem Wasser, ist es vorteilhaft, wenn das Gerät nach hinten kurz ist. Das ist insbesondere dann gegeben, wenn Rumpf (90) und Höhenleitwerk klein oder nicht vorhanden sind. Ein langer Rumpf (90) mit Leitwerk wird beim Start, der nicht aus dem Wasser erfolgt, leicht beschädigt.
- 9: um eine Dämpfung der Kippung um die Querachse (85) zu gewährleisten sind verschiedene Lösungen von Rumpf und Leitwerksanordnungen gezeigt. (121) zeigt einen einzelnen Rumpf mit einem Leitwerk. (122a und 122b) sind kleine Rumpf und Leitwerkasanordnungen an den Enden der Hauptauftriebsgeometrie. (123) zeigt ein Höhenleitwerk zwischen den Stützen (50a und 50b).
- 10: Nachteil eines Langen Rumpfes (90). Verliert das Höhenleitwerk, welches an einem langen Rumpf (90) befestigt ist bei Einfahrt in den Abschwung den Kontakt zum Wasser (39), reduziert sich die Kraft (41) dergestalt, dass das Fahrzeug nach vorne umkippt (42).
- 11: Ausführungen des Fahrzeugs aus wenigen Bauteilen. Dreiteilig aus Griffen (51a und 51b), einem Grundkörper mit zwei Stützen (45) und einer Hauptauftriebsgeometrie (52). Dreiteilig mit einem Grundkörper mit einer Stütze (44). Einteilig (43) und kostengünstig mit einer Stütze.
- 12: Eine kostengünstige Ausbildung des Fahrzeugs ist die Verbindung eines Oberteils (51), bestehend aus einem Stück, welches Griffe (51 a, 51b) und Standfläche (53) beinhaltet, verbunden mit einem Unterteil, bestehend aus Hauptauftriebsgeometrie (52) Rumpf (101) und Höhenruder (102) und Mast (100) mit Befestigung (103).
- 13: das Torsionsmoment (111) auf die Aufnahme für die Füße (53) erzeugt durch die Kraft (55) auf die Griffe, wird gleichmäßig in die Stützen (50a, 50b) eingeleitet.
- 14: Ausbildung des Fahrzeugs mit Antrieb, welcher einen Propeller in der Luft (182) oder im Wasser (181) antreibt.
- 15: beschrieben wird eine geeignete Geometrie, die das Durchstechen des Flügels, durch die Wasseroberfläche erschwert.
- 16: ein von unten konvexer Flügel (52) erleichtert das rückwärts (58) über die Wasseroberfläche (39) Gleiten. Ist die Tragfläche konkav schneidet sie häufiger ins Wasser ein und beendet die Gleitphase.
- 17: mögliche Ausführungen von Schwimmkörpern, die einen Start aus dem Wasser ermöglichen sollen.
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2 zeigt eine Ausführung des Fahrzeugs. Eine Hauptauftriebsgeometrie, wahlweise ein Flügel (52), ist über ein oder mehrere Verbindungselemente (50a, 50b), Stützen, verbunden mit einer Aufnahme (53) für die Füße, z.B. eine Standfläche. Diese ist verbunden über ein oder mehrere Verbindungselemente mit einem oder mehreren Griffen für die Hände (51 a, 51b). Die Verbindungen sind starr ausgeführt. Es gibt keine Kinematik oder gewollt flexible Teile. Es wirken Kräfte. Es gibt die Auftriebskraft der Hauptauftriebsgeometrie (56). Dem gegenüber stehen die Kräfte unter den Füßen (54a und 54b) und die Kräfte, die durch die Hände übertragen werden (55a und 55b).
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3 erklärt die Methode zur Erzeugung des Vortriebs. Diese orientiert sich am Prinzip des Vogelfluges. Beim Abschwung wird durch Belastung Vortrieb erzeugt. Beim Aufschwung wird entlastet.
Die Bewegung ist periodisch. Es gibt vier Hauptzustände (30,31,32,33). Der Flügel (52) wird auf einer Bewegungslinie (40), diese kann eine Sinuslinie sein, unter der Wasseroberfläche (39) geführt.
In Position 30 (30) leitet der Fahrer eine Kraft nach unten (55) in den Griff (51) ein. Der Einleitungspunkt dieser Kraft liegt vor dem Druckpunkt der Auftriebskraft (56). Die Kraft 55 senkt die Nase des Fahrzeugs nach unten.
Ist Position 31 erreicht, vergrößert der Fahrer die Kraft unter den Füßen (54). Diese liegt hinter dem Druckpunkt der Auftriebskraft (56). Das Fahrzeugt kippt zurück, die Nase steigt nach oben. Das Fahrzeug hat eine Dämpfung der Kippung um die Querachse (85) durch die Ausbildung der Gegenkraft (55) und durch seine spezielle Geometrie. Da die Kraft (54) die Hauptauftriebsgeometrie (52) senkrechtabwärts drückt und vorwärts schiebt, beschleunigt das Fahrzeug (Abschwung).
In Position 33 (33) steigt das Fahrzeug in Richtung Wasseroberfläche (39). Die Kraft (54) ist reduziert. Die Kraft (55) ist dergestalt, dass sie die Nase des Fahrzeugs nach unten steuert. Das Fahrzeug nimmt mehr Energie auf als es durch seine Reibung verliert. Die Geschwindigkeit kann vergrößert werden.
Dies ist eine sich wiederholende Bewegung.
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4 zeigt den Unterschied zwischen der hier vorgeschlagenen Lösung und dem Stand der Technik „Aquaskipper“.
Bei der hier vorgeschlagenen Lösung liegt die Kraft (56) zwischen den Kräften (55) und (54). Bei Übergewicht der Kraft (54) wird der Flügel (52) nach vorne (60) bewegt. Er gewinnt relativ zum Fahrzeug an Geschwindigkeit.
Beim Stand der Technik „Aquaskipper“ liegen die Kräfte (54 und 55) vor der Kraft (56). Bei Übergewicht der Kraft (54) wird der Flügel (52) nach Hinten (61) bewegt. Er verliert relativ zum Fahrzeug an Geschwindigkeit.
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13 zeigt eine Ausbildung, die die Kraft (55) auf die Griffe (51a, 51b) und das dadurch auf die Standfläche (53) wirkende Moment (111) mittig (110) in die Standfläche (53) einleitet und gleichmäßig auf die Stützen (50a, 50b) verteilt. 2 ist eine diesbezüglich unvorteilhafte Ausführung. Durch unsymmetrische Krafteinleitung auf die Griffe (51a, 51b) wird die Standfläche (53) stark verwunden. Die Verwindung wird über die Stützen (50a, 50b) auf den Flügel (52) weitergegeben. Das hat ungewollten Einfluss auf die Fahreigenschaften.
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15: je größer die Tauchtiefe eines Flügels, desto größer der Auftrieb. Ist die Hauptauftriebsgeometrie ein Flügel (52) ist es sinnvoll ihn nicht spitz auszuführen. Nähert er sich der Wasseroberfläche (71) wird seine Spitze (72) durch den großen Auftrieb in Entfernung (75) von der Spitze (72) durch die Wasseroberfläche (71) geschoben. Der herrschende Unterdruck saugt Luft an, sodass der Auftrieb sich stark reduziert. Das Fahrzeug fällt nach unten. Es kommt zum Absturz. Ist die Vorderkante (73) des Flügels (52) gerade, verringert sich bei Annäherung an die Wasseroberfläche (71) sein Auftrieb (74), sodass es seltener vorkommt, dass der Flügel durch die Wasseroberfläche fährt und Luft saugt. Abstürze sind dadurch weniger häufig.
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Bezugszeichenliste
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- 30
- horizontale Fahrposition oberer Totpunkt
- 31
- Position Nase nach unten, Abschwung
- 32
- horizontale Fahrposition unterer Totpunkt
- 33
- Position Nase nach unten, Aufschwung
- 34
- Abstand hinterer Druckpunkt vom Auftriebsdruckpunkt a
- 35
- Abstand vorderer Drcukpunkt vom Auftriebsdruckpunkt b
- 39
- Wasseroberfläche
- 40
- Bewegungslinie des Geräts
- 41
- Kraft am Höhenruder
- 42
- Kippmoment nach vorne
- 43 a
- Beispiel für eine Ausführung
- 43 b
- Beispiel für eine Ausführung
- 43 c
- Beispiel für eine Ausführung
- 44
- Grundkörper bestehend aus einer Stütze, der Standfläche und der Zuführung zu den Griffen
- 45
- Grundkörper aus zwei Stützen und der Standfläche
- 48
- Fahrzeug bestehend aus einem Stück
- 50
- Stütze
- 51
- Griff
- 52
- Hauptauftriebsgeometrie, Tragflügel, Foil
- 53
- Grundkörper, Standfläche
- 54
- Kraft durch Füße, hinterer Druckpunkt (Fuß)
- 55
- Kraft durch Hände, vorderer Druckpunkt (Hand)
- 56
- Kraft durch Auftrieb, Auftriebsdruckpunkt
- 56
- Tragflächenprofiel
- 58
- Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist rückwärts
- 59
- konvexe Unterseite des Flügels
- 60
- Bewegung des Tragflügels relativ zum Schwerpunkt in horizontaler Richtung nach vorne
- 61
- Bewegung des Tragflügels relativ zum Schwerpunkt in horizontaler Richtung nach hinten
- 62
- der hinteren Druckpunkt liegt um A hinter dem Auftriebsdruckpunkt
- 63
- der hinteren Druckpunkt liegt um B vor dem Auftriebsdruckpunkt
- 64
- Knickgelenk (Feder, Puffer, flexibles Teil)
- 65
- biegsame Lenkerstange
- 66
- Gelenk
- 67
- Gelenk zum Bewegen des Lenkers
- 71
- Wasseroberfläche
- 72
- mittige Spitze der Tragfläche
- 73
- mehrheitlich gerade Vorderkante der Tragfläche
- 74
- kleine Auftriebskraft
- 75
- große Auftriebskraft
- 76
- maximal sinnvolle Durchbiegung der Vorderkante
- 77
- minimal sinnvolle Länge der Vorderkante
- 78
- Tragflächenbreite
- 80
- Strecke s: Biegung der Hinterkante des Flügels um die Achse 84 zurück
- 81
- Flügelhinterkante
- 82
- Profiltiefe
- 83
- Höhe c der Griffe über den Fußsohlen
- 84
- Biegeachse, Hochachse
- 85
- Querachse
- 90
- Höhenruder oder Ende des Rumpfs berührt
- 91
- Startpunkt an Land
- 100
- Mast
- 101
- Rumpf
- 102
- Höhenleitwerk
- 103
- Verbindungsstück
- 110
- Griffe sind mittig an der Standfläche angebracht
- 111
- Moment
- 121
- ein Stück Rumpf und ein Stück Höhenruder
- 122a
- Höhenruder links
- 122b
- Höhenruder rechts
- 123
- Das Höhenruder sitzt zwischen den Stützen
- 130
- Schwimmkörper flach möglicherweise in Form eines Surfboards
- 131
- Schwimmkörper als Katamaran
- 132
- Schwimmkörper hoch und schmal ermöglicht eine wippende Bewegung
- 181
- Antriebsschraube im Wasser
- 182
- Luftschraube
- 183
- das rechte Flügelende ist nach oben gebogen
- 184
- das linke Flügelende ist nach oben gebogen
- 200
- Hydrofoil Wasserläufer
- 201
- Wasserläufer Druckpunkt Fuß ist nahezu über dem Auftriebsdruckpunkt
- 202
- Wasserläufer Standposition Fahrer seitlich
- 210
- Aquaskipper mit Feder an der Stange zum Skimmer
- 220
- Pumpabike
- 230
- Pumpabike mit flexibler Stange zum Skimmer
- 240
- Pump foil surfer (eigentlich zum Wellenreiten und nicht zum Fahren in flachem Wasser)
- 250
- Hydroflyer. Hat einen ausschließlich elektrischen Antrieb und ist nicht durch Menschenkraft getrieben
