DE1531748A1

DE1531748A1 - Flexible Antriebsflosse fuer Wasserfahrzeuge mit dem zugehoerigen Antrieb

Info

Publication number: DE1531748A1
Application number: DE19671531748
Authority: DE
Inventors: Gause Joseph Arnost
Original assignee: GAUSE JOSEPH ARNOST
Current assignee: GAUSE JOSEPH ARNOST
Priority date: 1966-09-07
Filing date: 1967-08-22
Publication date: 1970-01-08
Also published as: GB1176559A

Description

Joseph Arnost Gause, 1348, Dundas Street, Burlington, Ontario, Canada

"Flexible Antriebsflosse für Wasserfahrzeuge mit dem

zugehörigen Antrieb."

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible Antriebsflosse für Wasserfahrzeuge mit zugehörigem Antrieb, --diunterhalb der Wasserlinie angeordnet ist.

Die Erfindung ist somit auf derartige Antriebssysteme für V/as s er fahr zeuge gerichtet, die in der Regel die Wellenenergie zum Antrieb des Fahrzeugs benutzen, jedoch ist dies kein Erfordernis; vielmehr kann auch ein besonderer Antrieb zum Bewegen der Flosse vorgesehen

sein.

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Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Antriebe für Wasserfahrzeuge zu schaffen, welche die Wellenenergie zum Vortrieb des Wasserfahrzeugs ausnutzen. Bekanntermaßen werden dazu mehrere nicht flexible Flossen oder Padöel verwendet, die schwenkbar an dem V/asserfahrzeug unterhalb der Wasserlinie angeordnet sind, wobei die Flügel oder Paddel durch die Wellen oder irgendein Hilfsmechanismus um Schwenkzapfen in einer Höhe bewegt werden, in der sie durch die senkrechte Bewegung des Wasser in den Wellen in der gewünschten Richtung angetrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Antriebsenergie der Wellen zum Antrieb des V/ass er fahrzeuge auszunützen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Flosse eim verhältnismäßig steife Führungskante quer zur beabsichtigten Bewegungsrichtung der Flosse und ein flexibles federndes hinteres Teil aufweist, wobei die Flexibilität zumindest des hinteren

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Teiles so ist, daß die Flosse von einer bestimmten mittleren Höhe aus durch den Wasserdruck in eine geneigte Lage gebracht wird, in der eine relativbewegung zwischen der Flosse und dem Wasser die Flosse in die gewünschte Richtung drückt, während die Eigenfederkraft der Flosse die Rückstellung in die mittlere Höhenlage bewirkt.

Die neue Flosse kann an jeder Art eines Wasserfahrzeuges Verwendung finden, wobei es sich um Schiffe in voller Grüße, Modelle oder ein Spielzeug handeln kann.

In weiterer Ausgestaltung der Eriindung ist vorgesehen, daß der erwähnte hintere Teil durch die einfallenden Wellen in die e'rvähnte geneigte Höhenlage verformbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.

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In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht von unten auf einen Brustkörper zur Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebs;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. ⁷J einen Schnitt nach d4-r Linie 3-3 der Figuren 1 und 2;

Fig. 4 eine Ansicht von hinten auf eine der Flossen;

Fig. 5 eine Ansicht von vorn auf eine weitere Ausführungsform mit der Darstellung der Art, in der die Flossen angeordnet und bewegbar sein können;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Einzelheit des Brustkörpers;

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Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 bei einem indischen Segelfloß (catamaran);

Fig. b eine Seitenansicht auf eine andere Ausführungsform eines Wasserfahrzeugs mit einem Hilfsbootkörper;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 3;

Fig.10 eine Ansicht von hinten auf eine darüber hinausgehende Ausführungsform;

Fig.11

u. 12 eine Draufsicht und eine Seitenansicht

der Ausführungsform nach Fig. 10.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Boot 10 mit einem- herkömmlichen einzigen Bootskörper mit einem langgestreckten mittleren Kiel 11 und einem Steuerruder 12 veranschaulicht, wobei das Boot in dem mit 15 bezeichneten Wasser schwimmt. Dieses Boot wird erfindungsgemäß vollständig von der Wellenenergie angetrieben, und das An-

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triebssystem zeigt in diesem Falle sechs allgemein ebene Flossen 14, die in drei Paaren am Kiel unterhalb der Wasserlinie angeordnet sind. Die Flossen erstrecken sich von dein Kiel aus in entgegengesetzte dichtungen Li it allgemein horizontal angeordneten Ebenen.

Die AiitrieDsvorrichtung kann eine oder mehrere Flossen umfassen, deren Zahl, Form, Größe und Anordnung für jedes Wasserfahrzeug ganz verschieden sein kann. Daher sollen zunächst die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Flossen und die Art und V/eise beschrieben werden, in der sie zum Vortrieb des Wasserfahrzeugs durch die Wellenenergie Verwendung finden. Danach wird eine Beschreibung mehrerer möglicher Abwandlungen der Konstruktion gegeben werden, und zwar sowohl der Flossen selbst als auch der Vorrichtung als Ganzes.

Jede Flosse zeigt einen Wurzelteil 15, einen verhältnismäßig steifen Führungskantenteil 16 einstückig mit dem Wurzelteil quer zu der gewünschten Bewegungsrichtung

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des Fahrzeugs und einen verhältnismäßig flexiblen federnden hinteren Teil 17. Eine Verladung zwischen diesen beiden Teilen ist durch die unterbrochenen Linien 1o angedeutet, aber es soll klargestellt werden, daß die beiden Teile vorzugsweise gleichmäßig ineinander übergehen, ohne daß irgendeine abrupte Änderung der Form eintritt.

Bei dieser bevorzugten Ausiuhrungsform der Erfindung zeigen zwei Flossen einen gemeinsamen Wurzelteil, der an dem Kiel fest angeordnet ist. Diese Flossen erstrecken sich von irgendeinem Teil des Schiffskörpers unterhalb der Wasserlinie mit einer horizontalen und einer senkrechten Komponente zur Bewegungsrichtung; bei diesem Ausführungsbeisp'iel zeigen die Flossen eine horizontale und eine senkrechte Komponente gegenüber dem Kiel. Jede Führungskante ist in einem allgemeinen Winkel relativ zu einer Linie senkrecht zum Kiel angeordnet und erstrekct sich vorzugsweise nicht geradlinig. Wie veranschaulicht ist die Kante beispielsweise in der Nahe des Wurzelteils vorn konvex ausgebildet und wird nach

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vorn hin konkav. Es soll darüberhinaus bemerkt werden, daß vorzugsweise das hintere Kantenteil 12 gleichfalls nicht gradlinig ausgebildet ist, sondern von der sanft gerundeten Spitze des Wurzelteils konkav nach hinten verläuft. Die Breite und die Wandstärke des führenden Kantenteils nimmt progressiv und mit einem sanften Übergang von der Wurzel zu der Spitze ab. Ein geeigneter Querschnitt für die Fiihrungskante ist in Fig. 3 veranschaulicht, und es kann dem entnommen werden, daß die Vorderkante abgerundet ist, während das Kantenteil selbst einen hydrodynamischen Querschnitt zeigt, so daß die Flosse mit einem Minimum an Turbulenz durch das Wasser gleitet.

Der hintere Teil 17 ist verhältnismäßig flexibel verglichen mit dem Wurzelteil und den Führungskanten und genügend federnd ausgebildet, so daß er durch seine eigene Federkraft zu der ebenen mittleren Höhe rückstellbar ist, wie sie in den Figuren 2 bis 4 mittels der durchgezogenen Linien veranschaulicht ist. Die Flexibilität und die Federkraft stehen in einem Ver-

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hältnis zueinander, wobei der Grad der Flexibilität jeder Flosse durch die Konstruktion bestimmt ist und sorgfältig gewählt werden sollte, weil die Flossen bei zu starker oder zu geringer Flexibilität nicht als solche wirksam sind. Das angenäherte Ausmaß der.Flexibilität in Längsrichtung parallel zum Kiel ist durch den Winkel B in Fig. 3 veranschaulicht, während das Ausmaß der Flexibilität in Querrichtung senkrecht zum Kiel durch den Winkel C in Fig. 4 veranschaulicht ist, und Versuche haben gezeigt, daß ein wirksamer Vortrieb bei Winkeln zwischen etwa 2° und 30° in Abhängigkeit von Faktoren erreicht wird, wobei es sich um den Wasserdruck und allgemeine Wellen-verhältnisse handeln kann.

Besonders nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. .2 kann der erfindungsgemäße Antrieb etwa wie folgt erläutert werden:

Es ist bekannt, daß sich das Wasser in den Wellen nahezu vollständig senkrecht nach oben und unten bewegt, wie dies durch die Pfeile 20 veranschaulicht ist, wo-

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bei eine geringe oder gar keine Bewegung in Richtung der Fortpflanzung der V/elle erfolgt. Zunächst sei das Flossenpaar am Bug des Bootes betrachtet. Wenn eine V/elle sich der Biegung nähert, bewegt sie sich mit dem V/asser nach oben, und der hintere Teil der Flosse wird von der mittleren Höhenlage nach unten bewegt, wie dies durch die unterbrochenen Linien veranschaulicht ist. In diesem Augenblick biegt der Wasserdruck auf der oberen Seite der Flosse dieselbe nach unten und drückt die Flosse nach vorn, wobei das Boot nach vorn getrieben wird, indem die Wellenenergie ausgenutzt wird. Wenn die Bewegungsrichtung des Wassers umgekehrt wird, werden die Flossen in eine entgegengesefete Lage abgelenkt, siehe das Achterteil des Bootes in Fig. 1, und wenn das Wasser sich hinter die Flosse bewegt, wird diese nach vorn gedruckt, wodurch das Boot mittels der Wellenenergie gleichfalls nach vorn getrieben wird. Ea ist klar, daß die Vortriebskraft durch jede Flosse erhalten wird, wenn eine V/elle sich hinter die Flosse setzt, und alle Flossen leisten daher einen Anteil zum

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gesamten Antrieb des Bootes nach vorn.

Darüberhinaus wird jede Flosse um den Winkel C nach oben und unten infolge der V.'irkung der Wasser bewegung gedreht, aber der Klarheit der Darstellung wegen ist diese Ablenkung in Fig. 2 nicht veranschaulicht. Bei anderen Ausführungsformen können die Flossen verschiedene Winkel zur Horizontalen in ihrer mittleren Höhenlage einnehmen, und zwar entweder nach oben oder nach unten gerichtet. Es wird nun klar, dab durch die längs- und Querablenkung eine Keigung oder eine Abweichung gegenüber der allgemeinen Ebene der Flossen eintritt, was im nachfolgenden als geneigte Höhenlage bezeichnet werden soll.

Bei einigen Ausführungsformen kann darüberhinaus bevorzugt eine Anordnung der Flossen so vorgesehen sein, daß sie in ihrer eigenen Ebene um eine vertikale Schwenkachse drehbar sind, wie dies durch das Bezugszeichen 21 angedeutet ist. Wenn in dieser Weise die Flosse um einen Winkel kleiner als 50° gedreht wird, wird eine

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Drehwirkung auf das Boot ausgeübt, die zum Steuern ohne das Erfordernis des Steuerruders 12 a-usgenutzt werden kann, das somit durch die Erfindung entfallen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Flossen zur Drehung um 1oO zwecks Umkehr der Fahrtrichtung des Bootes eingerichtet sein können.

Die bevorzugte paarweise Anordnung der Flossen führt zu einer geringen Flossenzahl, wobei ein Paar am Bug und ein weiteres achtern angeordnet sein kann. Mit wachsender Bootsgröße sollte auch die wirksame Größe der Flossen erhöht werden, und bei der Anordnung mehrerer Flossen können dieselben kleiner gehalten sein. Die Flossen müssen aber nicht paarweise angeordnet sein, sondern es kann auch eine Anordnung mit Zwischenräumen an den Bordkanten oder am Boden des Bootes erfolgen. Bei dieser bevorzugten beschriebenen Ausführungsform mit drei Paaren von Flossen ist jede Flosse vorzugsweise in Querrichtung nicht länger als 1/6 der Gesamtlänge des Bootes

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Wenn die Größe und das Gewicht des Bootes bekannt sind und die Zahl, Größe und Form der Flossen festgelegt ist, kann die Wandstärke und das Material für den Bau der Flossen bestimmt werden. Bei kleineren Fahrzeugen kann Fiberglas und Holz in sehr geeigneter Weise Verwendung finden, während man bei größeren Schiffen rostfreien Stahl bevorzugt verwendet. Es gibt allerdings auch zahlreiche andere Materialien, welche die Eignung hinsichtlich der Flexibilität und der Federeigenschaften aufweisen.

Da die Flossen in einem wesentlichen Abstand quer zu dem Boot angeordnet sind, kann bei einigen Ausfiihrungsbeispielen vorgesehen sein, die Flossen, beispielsweise in einem Hafen, zu falten, und eine Anordnung für diesen Zweck ist in Fig. 5 veranschaulicht. Jede Flosse ist hierbei mittels eines Scharniers 22 an einem entsprechenden Ansatz 11a in Querrichtung des Kiels angeordnet. Ein Anschlag 23 ist bei 24 schwenkbar mit der Flosse verbunden und durch eine Hülse 25 an der Seite

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des Bootes gesteckt. Die Flosse wird durch einen Haltestift 26, wie dies in der linken Hälfte der Fig. 5 veranschaulicht ist, in ihrer Wirklage gehalten, wobei der Stift durch Löcher in der Hülse 25 geht und ein entsprechendes Loch 27 im Anschlag 23 hierzu vorgesehen ist. Die Flosse wird aabei duroh den Eingriff des Stiftes 26 in ein entsprechendes Loch 2o in dem Anschlag in einer ßuhelage gehalten, wie dies in der rechten Hälfte der Fig. 5 veranschaulicht ist. Bei größeren Wasserfahrzeugen können entsprechend umfangreichere Anordnungen im Bedarfsfall vorgesehen sein, und ein Antriebsmotor mit hydraulischen Kolben-Zylindereinrichtungen kann erforderlich werden, um die Flossen zwischen den beiden Lagen zu bewegen.

Fig. 6 zeigt ein einfaches Montageverfahren für jede Flosse oder jedes Paar der Flossen zur Eückstellung in ihre Ebene um die Achse 21, wobei die Flossen auf einer Welle 29 durch ein wasserdichtes Lager 30 in dem Bootskörper angeordnet aincL. Dabei ist die Welle mittels

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der Schraube 31 in-ihrer gewünschten Lage verriegelt. Alle Wellen können mittels beispielsweise Zahnrädern 32 und nicht veranschaulichten Ketten miteinander gekuppelt sein, so daß sie gleichzeitig durch das Handrad 33 gedreht werden können. i«a türlich können auch andere Wege zur Montage der Flossen zum Zwecke einer derartigen Drehung Verwendung finden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei dem erwähnten Catamaran-Uasserfahrzeug. Hierbei sind die Bootskörper an ihren Wasserseiten zu einem venturiartigen Durchgang ausgebildet, und es ist vorzugsweise eine einzige große Flosse in dem Durchgang unterhalb der VJasserlinie mit einer Führungskante 1b an der Stelle mit dem minimalen Durchlass vorgesehen, wo somit die maxiaale Geschwindigkeit und der maximale Druck herrschen.

Die Figuren b und 9 zeigen die Anwendung der Erfindung bei einem Schiff mit einem Hauptbootskörper 10 und einem Hilfsfloß 29. Die beiden Bootskörper Bind durch ein Paar parallel zueinander liegender Arme 30 miteinander ver-

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bunden, die bei ίΠ und 32 frei schwenkbar zueinander sind. Ein Paar der Flossen 14 ist am Bug des Hauptbootskörper angeordnet, während ein zweites Paar an den Armen 30 zwischen den beiden Bootskörpern liegt, jedoch näher an dem Hauptkörper mittels der senkrechten Stege 34 angeordnet ist. Wenn das Floß 29 mit den Wellen steigt und fällt, bewegen sich die hinteren Flossen, und die für diese Bewegung zur Verfügung stehende Kraft ist gleich der das Floß bewegenden Kraft, die durch den Hebelarm 30 entsprechend vergrößert ist. Hierdurch wird der Druck auf die Flossen entsprechend vergrößert und somit auch der Vortrieb. Darüberhinaus ist klar, daß die Anordnung des Armes 30, des Flofies und der Flosse 14 schnell an dem Hauptschiffskörper ohne wesentliche Abwandlung vorgenommen werden kann. Im Bedarfsfall können zusätzliche Flossen beispielsweise am Achterteil des Hauptschiffskörper angeordnet werden.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen werden die Flossenwurzeln fest an dem Hauptkörper angeordnet.

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Es ist jedoch auch denkbar, die erfindungsgemäßen
Flossen in vorteilhafter Weise schwenkbar anzuordnen. Hierbei werden die Flossen also einer Schwenkbewegung unterworfen, aber das Verhätlnis zwischen dem Wurzelteil, der Führungskante und dem flexiblen Teil ist
immer etwa gleichbleibend, so daß die erfindungsgemäßen Flossen als "fixierte Wurzelflossen" bezeichnet werden können, obschon die Wurzeln relativ zu dem
Hauptbootskörper nicht fixiert sind, wie dies in den in dem nächsten Absatz folgenden Ausführungsbeispiele erläutert wird.

Bei einigen Ausführungsformen und unter gewissen Umständen wie bei ruhigem Wasser oder beim Manöverieren im Hafen, ist ungenügend Antriebsenergie aus den Wellen verfügbar, und es ist daher ein Hilfentrieb wünschenswert, wobei es sich um eine kleine Antriebsmaschine
handeln kann. Eine Anordnung, bei der eine Antriebsmaschine zur Bewegung der Flossen Verwendung findet, ist in Fig. 10 und in Fig. 12 veranschaulicht. Zumindest
ein Paar der Flossen ist an einer Welle 34 zwecks Oszi-

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lationsbewegung um eine Horizontalachse 35 angeordnet. Ein senkrechter Hebel 36 ist über einem Arm 37 mit dem Rad 3- auf einer senkrechten Achse 3i verbunden. Das ßad wird mittels eines Motors 40 über eine Scheibe 41 und einen veroindenäeti xiiemen oder "eine Lette 42 gedreht. Wenn das iiad 3- sich dreht, bewegt sich der Arm 36 in Längsrichtung des Bootskörpers 10, wobei die Flossen ic der erwärmten V/eise oszilieren und das Boot vorantreiben. Eine Führung 34 ist für den nebel 36 und ein mechanischer Ansdiag irgendeiner Art zum Halten des Hebels 36 in seiner mittleren fixierten Lage vorgesehen, wenn der Motor nicht arbeitet. Es kann der Zeichnung weiter sntnonunen werden, daß die Einrichtung einen Handantrieb des rcotes durch eine Person gestattet, indem der Hebel erfe.ßt und nach vorn und hinten bewegt wird.

Es können dariiberhinaus eine oder mehrere flexible Flossen erfindungsgemäß in allgemein vertikaler Ebene angeordnet werden und für den Vorwärtsantrieb ihre Ener-

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gie von irgendeiner nach der Seite gerichteten Schwenkbewegung des Bootes entnehmen. Als abgewandelte Ausiuhrungsiorm oder zusätzlich hierzu kann bei einer entsprechenden Anordnung eine senkrechte Flosse als ein hochwirksames raider fungieren. Pei der Kupplung an einer Antriebsmaschine nach Art der im Lusaiuiienhang mit den Figuren 10 bis 12 beschriebenen Ausiuhrungsi'ormen für eine nach der Seite gerichtete Qszilationsbewegung um eine vertikale Achse kann eine erfindungsgemäße Flosse darüberhinaus als Hilfsantriebsglied fungieren.

Alle beschriebenen und veranschaulichten Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

Patentanspräche

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Claims

Patentansprüche

1. Flexible Antriebsflosse für Wasserfahrzeuge, die unterhalb der Wasserlinie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse (14) eine verhältnismäßig steife Führungskante (16) quer zur beabsichtigten Bewegung der Flosse und ein flexibles federndes hinteres Teil (17) aufweist, wobei die Flexibilität zumindest des hinteren Teils so gewählt ist, daß die Flosse von einer bestimmten mittleren Höhenlage aus durch den 7/asserdruck in eine geneigte Lage gebracht wird, in der eine lielativbewegung zwischen der Flosse und äem Wasser die Flosse in die gewünschte Richtung drückt, während die Eigen-Federkraft der Flosse die Rückstellung in die mittlere Höhenlage bewirkt.

2. Antriebsflosse nach Anspruch 1,dadurch gekenn ζ eich net, daß die Führungskante (16)

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einen hydrodynamischen Querschnitt aufweist, der allgemein parallel zu der beabsichtigten Bewegungsrichtung der Flosse (14) liegt.

3. Antriebsflosse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse unterhalb der Wasserlinie angeordnet ist.

4. Antriebsflosse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Anzahl der Flossen (14) an einem beliebigen Wasserfahrzeug, einen Spielzeug oder einem anderen schwimmenden Gegenstand angeordent ist, wobei die Wellenenergie und die Energie eines Motors Verwendung findet, und die Flossen horizontal oder in einem beliebigen Winkel an dem Fahrzeug angeordnet sind.

5. Antriebsflosse nach den Ansprüchen 3 oder 4, d a durch gekennzeichnet, daß ein Hauptbootskörper (10),ein Hilfsbootkörper (29), ein

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Hebesystem (30) die beiden Bootskörper verbindend vorgesehen ist und daß zumindest eine Flosse (14) an dem Hebelsystem angeordnet ist.

6. Antriebsflosse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flosse (14) zur Drehung um eine allgemein horizontal oder vertikal liegende Achse zur Steuerung der Schiffsbewegung vorgesehen ist.

7. Antriebsflosse nach den Ansprüchen 3 bis G, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flossen (14) zur Drehung um entsprechende Achsen (21) angeordnet sind, um den Antrieb umzukehren.

^. Antriebsflosse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flosse (14) zur Oszilation drehbar um eine Achse (35) angeordnet ist und daß eine mechanische Vorrichtung (36) bis 41) zum Oszilieren der Flosse um die Achse zwecks Antriebs des Fahrzeugs vorgesehen ist. 9 0 9 8 8 2/0122

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