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Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug in der Form eines Bootes, bestehend aus mindestens einer festen Rumpfschale für den Transport von Personen und/oder Gütern auf dem Wasser, wobei die feste Rumpfschale in der Form des Bootes hergestellt wird und in Bootslängsrichtung für eine platzsparende Lagerung und/oder den Transport an Land aufrollbar und als Rumpfschale ausreichend stabil und formstabil ist, um die auftretenden hydrostatischen und hydrodynamischen Lasten zu tragen, wobei für die Umsetzung der Rumpfform aus dem hydrodynamischen Entwurf keine Einschnitte, Aussparungen oder Faltungen in der Rumpfschale notwendig sind.
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Es sind verschiedene Arten von Booten mit festen und in Längsrichtung aufrollbaren Rumpfschalen bekannt, die zugleich ein tragendes Element des Bootes bilden.
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Dazu zählen Rumpfschalen, die aus einer ebenen Platte oder Folie bestehen (z.B.
DE 29 43 589 A1 ,
AT 99250 B ,
AT 99251 B ,
US 2,969,557 A ,
DE 20 2013 008 654 U1 ) und durch aufwölben und biegen einen Bootsrumpf bilden. Hierbei sind Einschnitte oder Faltungen in der ebenen Haut notwendig um die Bootsform zu erhalten.
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Ebenso sind Boote mit einer in zwei Raumrichtungen gekrümmten Rumpfschale aus isotropem Material bekannt, bei denen die Rumpfschale bereits die Form des Bootes beziehungsweise Bootsrumpfes besitzt (
RU 2 283 258 C2 ,
WO 2006/016836 A1 ) und die Flexibilität der Bootshaut ein Aufrollen in Längsrichtung ermöglicht. Hierbei sind Aussparungen, Einschnitte oder Faltungen in der Rumpfschale vorgesehen. Die Bereiche mit starker Krümmung oder scharfen Kanten werden ausgespart oder durch Faltungen flach gelegt, um die Aufrollbarkeit der Rumpfschale zu erreichen. Die genannten Konstruktionen werden in den weniger gekrümmten oder stärker belasteten Bereichen, wie dem Sitzplatz eines Kajaks, mit zusätzlichen versteifenden Elementen ausgestattet.
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Auch aufrollbare elastische Bootsgerüste mit separater Bootshaut wurden bereits vorgeschlagen (
DE 715 742 A ).
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Weiterer Stand der Technik ist offenbart in
US 2009/0049757 A1 ,
GB 409,195 A und
GB 1 473 666 A .
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US 2009/0049757 A1 betrifft einen aufblasbaren Sandwichträger beispielsweise in Form eines Surfboards. Zur Versteifung ist das Surfboard mit einem Kompressionselement versehen, das aufgrund seiner Materialeigenschaften ein Zusammenrollen des entlüfteten Surfboards zulässt. Für ein Kajak wird die Möglichkeit offenbart, eine in den Kajak eingelegte Bodenplatte als aufblasbaren und zusammenrollbaren Sandwichträger mit versteifendem Kompressionselement auszuführen.
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GB 409,195 A betrifft ein faltbares Boot, dessen Rumpfschale aus einem ebenen Stahlblech erzeugt wird. Etwa zu Transportzwecken wird die feste Rumpfschale zunächst in ein ebenes Stahlblech rücküberführt, ehe dann das ebene Stahlblech platzsparend zusammengerollt wird.
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Aus
GB 1 473 666 A ist ein Boot mit einem Rumpf bekannt, der aus einem Gerüst und auf das Gerüst aufgebrachten Planken besteht. Die Planken sind unter Erzeugung der gewünschten Rumpfform sowohl in Längs- als auch in Querrichtung gekrümmt. Einander benachbarte Planken sind derart miteinander verbunden, dass eine Spaltbildung zwischen den Planken verhindert wird.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bekannt aus
DE 715 963 A . Diese Druckschrift betrifft Bootsformen, deren Rumpfschalen in zwei Raumrichtungen sphärisch gekrümmt sind und keine Einschnitte oder Aussparungen in der Rumpfschale aufweisen. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ist, die Form der Rumpfschale so auszuwählen, dass die Aufrollbarkeit gewährleistet ist. Dabei ist die Rumpfform aus der Oberfläche von Rotationskörpern entnommen. Die Aufrollbarkeit der Rumpfschalen wird hierbei durch die einheitliche Basis des Rotationskörpers als Ausgangsgeometrie sichergestellt. Die realisierbaren Bootsformen sind dabei durch flach auslaufende Bootsenden und durch U-förmige Spantformen charakterisiert.
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Besteht die Rumpfschale der Boote aus einer ebenen Platte als Ausgangsmaterial, muss der Entwurf der Bootsform die eingeschränkten Gestaltungsmöglichkeiten berücksichtigen. Weil die Formgebung durch Faltungen, Knicke oder Aussparungen und Einschnitte in Verbindung mit elastischen Biegungen des Materials erzielt wird, müssen in der Rumpfschale ungünstige Formen wie gerade Knicklinien, Ecken an Kreuzungspunkten von Faltungen oder Dichtungselemente von Einschnitten oder Aussparungen untergebracht werden. Diese liegen häufig auch an hydrodynamisch ungünstigen Stellen. Die bekannten Konstruktionen bestehen aus ebenen Flächen oder aus Flächen, beziehungsweise Flächenbereichen, die nur in eine Raumrichtung gekrümmt sind. Die Knick- und Faltkanten sind stets gerade Linien auf der Rumpfform. Die Einschränkung der umsetzbaren Bootsformen ist ein Nachteil dieser Methode. Grundsätzlich stellen insbesonders Einschnitte und Aussparungen im Bootsrumpf im praktischen Betrieb eine erhebliche Problematik bezüglich der Dichtheit dar. Darüber hinaus beeinträchtigen sie, insbesondere bei dynamischen Beanspruchungen, zum Beispiel durch Wellen, auch die Dauerfestigkeit der Konstruktion. Darüber hinaus verkomplizieren Einschnitte die Konstruktion und den Aufwand für den Auf- und Abbau sowie die Pflege der Boote. Durch Faltungen eines für eine tragende Rumpfschale ausreichend steifen Materials entstehen plastische Verformungen und somit hohe Beanspruchungen des Materials, welche besonders an Kreuzungspunkten der Faltlinien zu Schädigungen des Materials führen können und daher potentielle Versagensbereiche bilden.
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Der Nachteil des gattungsgemäßen Standes der Technik gemäß
DE 715 963 A liegt in der starken Abhängigkeit der Bootsform von der Konstruktionsweise. Nach dem beschriebenen Ansatz wird die Aufrollbarkeit der Rumpfschale über die Auswahl der Rumpfform sichergestellt, welche aus Ausschnitten von Rotationskörperoberflächen bestehen muss. Demnach muss bei der Konstruktion eines Bootes versucht werden, die gewünschte Form der Rumpfschale mit den verfügbaren Formelementen aus den Rotationskörperoberflächen anzunähern. So ist nach diesem Prinzip eine Vielzahl von Rumpfformen nicht oder nicht optimal umsetzbar.
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Diesem Nachteil abzuhelfen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Die Erfindung betrifft ein zum Zweck des Transportes und der Lagerung auf dem Land kompakt verpackbares Wasserfahrzeug. Sie liefert einen schnellen und einfachen Aufbau sowie ein robustes und nach den Anforderungen der Anwendung hydrodynamisch sinnvoll gestaltetes Boot mit möglichst geringer Masse.
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Erfindungsgemäß besteht das Boot aus einer festen Rumpfschale, welche ein tragendes Teil der Bootskonstruktion bildet. Die Rumpfschale besitzt eine ausreichend hohe Steifigkeit und Festigkeit, um die hydrodynamischen und hydrostatischen Lasten zu tragen. Die Steifigkeit der Rumpfschale ist ausreichend hoch, dass zusätzliche tragende Elemente in der Fläche der Rumpfschale , wie beispielsweise Spanten, Kiel oder Senten, für den sicheren Betrieb auf dem Wasser nicht erforderlich sind. Dies verringert nicht nur das Gewicht, es vereinfacht auch den Auf- und Abbau des Bootes. Zum Zweck der Lagerung und des Transportes an Land wird die Rumpfschale in der Bootslängsrichtung aufgerollt. Um sowohl die notwendige Steifigkeit als auch eine ausreichende Elastizität für das Aufrollen der Rumpfschale zu ermöglichen, werden erfindungsgemäß anisotrope Materialeigenschaften genutzt. So kann die Elastizität in der Rollrichtung groß sein, wobei gleichzeitig die Steifigkeit quer zur Rollrichtung hinreichend hoch ist, um die Betriebslasten zu tragen. Während des Aufrollens der sphärisch gekrümmten Rumpfschale kommt es je nach der lokalen Oberflächenform zu unterschiedlich starken Umformungen/Belastungen der Rumpfschale. Darüber hinaus sind verschiedene Bereiche im Betrieb als Wasserfahrzeug auch verschiedenen Lasten ausgesetzt. Daher ist es gemäß der Erfindung erforderlich, die mechanischen Materialeigenschaften an die gewünschte Form der Rumpfschale und die Belastung lokal anzupassen, um die notwendigen Materialeigenschaften in allen Bereichen der Rumpfschale zu gewährleisten. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, bei dem Entwurf und der Konstruktion von dem gewünschten Design der Rumpfschale auszugehen und dann die Materialeigenschaften an die entworfene Form der Rumpfschale spezifisch anzupassen. So sind in der Form der Rumpfschale Kombinationen aus ebenen Bereichen, einfach gekrümmten Bereichen, sowie aus Bereichen mit zwei unterschiedlichen Hauptkrümmungen umsetzbar. Dabei werden keine Einschnitte, Aussparungen oder Faltungen in der Rumpfschale benötigt. Eine so in der Form des Bootsrumpfes hergestellte Rumpfschale ist mit geringem Kraftaufwand in Längsrichtung aufrollbar, die dabei entstehenden Materialverformungen sind elastisch.
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Erfindungsgemäß werden für das Rumpfmaterial, Materialien mit anisotropen Eigenschaften wie faserverstärkte Materialien, Verbundmaterialien aus Holzfurnieren oder dergleichen eingesetzt. Zudem sind, je nach der gewünschten Bootsform und den Belastungen, auch Materialverbünde aus verschiedenen Grundmaterialien notwendig. Ebenso ist das gezielte Einbringen von mechanischen Eigenspannungen ein geeigneter Weg die notwendigen mechanischen Materialeigenschaften in gewünschter Weise bereit zu stellen.
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Durch eine geeignete Ausrichtung der Anisotropie des Materials ist es möglich, eine Rumpfschale mit zwei formstabilen Zuständen zu konstruieren, dabei besitzt die Rumpfschale im aufgerollten Zustand ein Minimum an mechanischen Spannungen und verbleibt ohne äußere Einflüsse in der gerollten Form.
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Abhängig von den Anforderungen und der speziellen Art des Wasserfahrzeugs kann es notwendig sein, entlang des oberen Randes der Rumpfschale eine Versteifung und/oder Querverbindungen anzubringen. Eine Versteifung ist entweder fest mit dem oberen Rand der Rumpfschale verbunden und besteht aus einem schlauchartigen Element, das durch Innendruck fest und biegesteif wird oder einem festen rohrartigen Element, welches zum Aufrollen der Rumpfschale flachgelegt werden kann. Oder die Versteifung wird als lösbares Gerüst form- und/oder kraftschlüssig mit der Rumpfschale verbunden. Eine abnehmbare Versteifung kann als ein über die gesamte Bootslänge durchgehendes verpackbares, beispielsweise aufrollbares, Element oder als ein zusammenlegbares Gestänge ausgeführt sein. Wesentlich ist, dass die am oberen Rand der Rumpfschale befindliche, Versteifung für den Gebrauch als Boot, einen biegesteifen Rand der Rumpfschale bildet.
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Ein so aufgebautes Boot bietet, durch die wenigen Bauteile und die selbsttragende Rumpfschale, viele Möglichkeiten für die Anpassungen an eine spezifische Nutzung. Durch das Einsetzen von separaten Modulen mit zusätzlichen Funktionen kann dies auf einfache Weise erreicht werden. Hierbei kann beispielsweise die Aufgabe der oben genannten Querverbindung durch ein oder mehrere Module mit übernommen werden, welche dann beispielsweise die Funktion eines Sitzes, Mastfußes, Ruderplatzes oder dergleichen bilden.
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Ein so aufgebautes Boot kann sowohl mit als auch ohne Deck sowie mit verschiedenen Antriebsformen ausgerüstet werden. Die Konstruktion eignet sich insbesondere für schlanke Bootsformen wie Kanus, Sportruderboote und ähnliche, da hier das Längen-Breiten-Verhältnis eine besonders deutliche Verbesserung des Packmaßes bewirkt.
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Als Beispiel einer Ausführung ist in 1 der Bootstyp „Kanadier“ dargestellt. Das Boot besteht aus der Rumpfschale (1), den Versteifungen (2), der Querverbindung (3), die hier exemplarisch als Tragejoch ausgeführt ist und einer weiteren beispielhaften Querverbindung, die als Sitz ausgeführt ist (4). Die Versteifung (2) ist abnehmbar mit der Rumpfschale (1) formschlüssig verbunden und wird im Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, mit einer Nut versehen über den Rand der Rumpfschale (1) gesteckt und punktuell an dieser befestigt, beispielsweise durch Gurtbänder mit Druckknöpfen (5). Nach dem Abnehmen der Quer- und Längsversteifung kann die Rumpfschale zu einer Rolle wie in 3 zusammengerollt werden. Die 4, 5 und 6 zeigen eine Auswahl der möglichen Formenvielfalt in der Rumpfschale (1) am Beispiel. Die Figuren zeigen Höhenlinien von senkrecht zueinander stehenden Schnittflächen. Dabei zeigt 4 die Spanten des Bootes in der vertikalen Schnittebene quer zur Fahrtrichtung. 5 zeigt den vertikalen Schnitt längs zur Fahrtrichtung und 6 einen horizontalen Schnitt. Im oberen Bereich der Bootsenden und im mittigen Bodenbereich sind sehr ebene Oberflächenformen zu sehen. Wohingegen die übrigen Bereiche in allen Schnittebenen Krümmungen unterschiedlicher Stärke aufweisen. Weiter zeigt dieses Ausführungsbeispiel scharf geschnittene Bootsenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2943589 A1 [0003]
- AT 99250 B [0003]
- AT 99251 B [0003]
- US 2969557 A [0003]
- DE 202013008654 U1 [0003]
- RU 2283258 C2 [0004]
- WO 2006/016836 A1 [0004]
- DE 715742 A [0005]
- US 2009/0049757 A1 [0006, 0007]
- GB 409195 A [0006, 0008]
- GB 1473666 A [0006, 0009]
- DE 715963 A [0010, 0012]
