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Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrofoil umfassend einen Mast mit einer Vorderkante und einer Hinterkante in Strömungsrichtung und mindestens einen Flügel, der mit einem Endabschnitt des Mastes gekoppelt und in Strömungsrichtung versetzt zu dem Mast angeordnet ist, wobei der Flügel eine Vorderkante und eine Hinterkante in Strömungsrichtung aufweist.
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Hydrofoils ermöglichen es, ein Board beim Fahren, beispielsweise beim Kitesurfen oder Jetskifahren, aus dem Wasser zu heben, um hierdurch den Strömungswiderstand zu verringern. Auch ein Vortrieb über eine am Hydrofoil angebrachte Antriebseinrichtung ist möglich. Im Fahrbetrieb bleiben lediglich ein unterer Abschnitt des Masts und der bzw. die Flügel in das Wasser eingetaucht, während das Board über der Wasseroberfläche schwebt. Ein Beispiel für ein solches Hydrofoil-Board ist aus
EP 2 907 737 B2 bekannt.
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Sowohl der Mast als auch die Flügel müssen aufgrund der beim Fahren angreifenden Kräfte als hochsteife Strukturen ausgebildet werden, um einen stabilen Fahrbetrieb zu gewährleisten. Zudem stehen der Mast und die Flügel hierzu von der Unterseite des Boards beträchtlich ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Gefahr von Verletzungen bei einer ungewollten Kollision mit dem Hydrofoil, sei es im Fahrbetrieb oder beim Transport desselben, zu reduzieren, ohne die Fahreigenschaften zu beeinträchtigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Hydrofoil gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Hydrofoil umfasst einen Mast mit einer Vorderkante und einer Hinterkante in Strömungsrichtung, und mindestens einen Flügel, der mit einem Endabschnitt des Mastes gekoppelt und in Strömungsrichtung versetzt zu dem Mast angeordnet ist, wobei der Flügel eine Vorderkante und eine Hinterkante in Strömungsrichtung aufweist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Vorder- und Hinterkanten zumindest teilweise durch eine Leiste aus einem Material gebildet wird, das eine geringere Härte als das Material von Mast und Flügel aufweist.
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Hierdurch lässt sich das Verletzungsrisiko bei etwaigen ungewollten Kollisionen verringern. Zudem werden die empfindlichen Kanten des Hydrofoils gegen Beschädigungen geschützt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
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Als guter Kompromiss zwischen Fahreigenschaften und Kollisionsschutz hat sich eine Shore-A-Härte der Leiste im Bereich von 50 bis 95 und weiter bevorzugt von 75 bis 95 erwiesen.
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Entsprechende Leisten, welche vorzugsweise aus einem Elastomer, beispielsweise Gummi bestehen, können sich entlang von Teilabschnitten der genannten Vorder- und Hinterkanten oder aber auch über die gesamte Länge der jeweiligen Kanten erstrecken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich eine Leiste am Flügel entlang einer Außenkontur eines Übergangsbereichs von der Vorderkante zur Hinterkante. In diesem Bereich wird durch die Grundstruktur des Flügels aufgrund gewünschter Fahreigenschaften bisweilen eine ausgeprägte Spitze oder Ecke am Flügelende gebildet. Das von dieser Spitze oder Ecke ausgehende Verletzungsrisiko kann durch die weichere Leiste, welche sich um die Spitze oder Ecke herum erstreckt, entschärft werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen der Mast und/oder der Flügel im Hinblick auf eine hohe Steifigkeit eine Grundstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff auf. Die weichere Leiste ist in diese Grundstruktur aus faserverstärktem Kunststoff eingebettet, wobei die Einbettung bereits während der Fertigung des Mastes und/oder Flügels erfolgt ist. Dies gewährleistet eine sehr stabile Einbindung der Leiste in den Mast oder Flügel sowie ein gutes optisches Erscheinungsbild mit im Hinblick auf das Strömungsverhalten günstigem nahtlosen Übergang.
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Beispielsweise kann die Leiste aus einem Elastomer bestehen und am Mast und/oder Flügel aus faserverstärktem Kunststoff einvulkanisiert sein, um die betreffende Vorder- oder Hinterkante zu bilden.
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Insbesondere kann ein Flügel hergestellt sein durch Einbringen mindestens einer Leiste aus Elastomermaterial und eines Fasermatrixhalbzeugs in eine Herstellungsform und gleichzeitiges Verbinden und Aushärten durch gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck und gegenüber Raumtemperatur erhöhter Temperatur.
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Alternativ hierzu kann die Leiste aus einem Elastomer bestehen und erst nach Fertigstellung des Mastes und/oder Flügels, sei es aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einer Leichtmetalllegierung, an diesem befestigt worden sein. Die Befestigung kann grundsätzlich in beliebiger Art und Weise vorgenommen sein. Sie kann insbesondere auch so vorgenommen sein, dass die Leiste vom Mast oder Flügel zum Austausch ohne Eingriffe in die Grundstruktur von Mast oder Flügel wieder entfernt werden kann. Eine beschädigte Leiste kann so leicht ersetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Leiste einen Vorsprung aus, mit welchem diese in eine Ausnehmung am Mast und/oder Flügel eingreift, um eine stabile Anbindung zu erzielen.
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Der Mast kann aus einer Aluminiumlegierung oder einem sonstigen Leichtmetall gefertigt sein, beispielsweise als Strangpressprofil, an welchem eine Leiste aus einem Elastomermaterial als Vorder- und/oder Hinterkante befestigt ist.
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Die Ausnehmung am Mast kann einen Hinterschnitt aufweisen, welcher vom Vorsprung der Leiste hintergriffen wird. Im Prinzip lässt sich so sehr einfach ein Endlosprofil einer Leiste als Vorder- oder Hinterkante in einen entsprechend profilierten Mast einziehen und an diesem stabil und gleichwohl lösbar verankern.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass die Leiste an einer Hinterkante in und/oder quer zur Strömungsrichtung gewellt oder gezackt ist, um den Strömungswiderstand zu reduzieren und Vibrationen am Hydrofoil vorzubeugen.
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Im Fall einer lösbar befestigten Leiste können über eine solche zusätzliche Tuningeffekte zur Feinabstimmung des Hydrofoils je nach Einsatzzweck erzielt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen 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 anbringbar ist,
- 2 eine schematische Darstellung eines Flügels mit weichen Leisten entlang der Vorder- und Hinterkante,
- 3 eine schematische Darstellung eines Masts mit weichen Leisten entlang der Vorder- und Hinterkante,
- 4 einen Querschnittsansicht des Verbindungsbereichs zwischen einer Grundstruktur aus faserverstärktem Kunststoff und einer Leiste aus einem Elastomer,
- 5 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels mit einer lösbar am Mast oder Flügel befestigten Leiste, und in
- 6 Abwandlungen mit einer Wellung oder Zackung an der Leiste.
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Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Hydrofoil 1 zur Befestigung an einem für das Kitesurfen oder Jetskifahren geeigneten Board 2. Es ist auch möglich, entsprechende Hydrofoils 1 an durch einen Motor angetriebenen Boards oder Booten einzusetzen.
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Das Hydrofoil 1 weist als Komponenten 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 auch möglich, gegebenenfalls zwei oder mehr dieser Komponenten in ein einstückiges Bauteil zu integrieren.
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Der Mast 3 erstreckt sich in der Art eines Schwerts im Wesentlichen in Vertikalrichtung und weist einen ersten Endabschnitt 7 zur Befestigung an dem Board 2 sowie einen zweiten Endabschnitt 8 zum Anschluss des Verbindungsstabs 4 auf. Der Mast 3 besitzt in Vertikalrichtung z eine Höhe im Bereich von vorzugsweise 700 bis 1200 mm, in Längs- bzw. Vorwärtsfahrtrichtung x eine Länge im Bereich von vorzugsweise 80 bis 150 mm und in Querrichtung y eine Dicke im Bereich von vorzugsweise 10 bis 30 mm.
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Der Mast 3 ist vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff wie kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt. Ferner ist es möglich, den Mast 3 aus einer Aluminiumlegierung oder sonstigen Leichtmetalllegierung herzustellen, beispielsweise als Strangpressprofil.
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Am ersten Endabschnitt 7 des Masts 3 kann zur Anbindung an das Board 2 ein flanschartiger Befestigungsabschnitt 9 vorgesehen sein, der eine Auflagefläche für die Unterseite des Boards 2 bereitstellt.
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Der zweite Endabschnitt 8 am freien Ende des Masts 3 weist eine Aufnahme für den Verbindungsstab 4 auf. Die Aufnahme kann beispielsweise in Form einer Durchtrittsöffnung, in welcher der Verbindungsstab 4 gehalten ist, ausgestaltet sein. Anstelle einer Durchtrittsöffnung kann die Aufnahme auch als an einer Längsseite offene Ausnehmung, insbesondere Nut ausgebildet sein, in welcher der Verbindungsstab 4 festgelegt wird.
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Über den Verbindungsstab
4 sind der in Vorwärtsfahrtrichtung x vordere Flügel
5 und der hintere Flügel
6 mit dem Mast
3 gekoppelt, wobei diese zum Mast
3 in Strömungsrichtung versetzt angeordnet sind und im Wesentlichen quer zum Mast
3 verlaufen. Beim Fahren an den Flügeln
5 und
6 auftretende Kräfte werden folglich 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.
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Der Verbindungsstab 4 ist aus Metall, vorzugsweise einer Stahl-, Titan- oder Aluminiumlegierung gefertigt. Er weist eine Breite und Höhe im Bereich von vorzugsweise 10 bis 30 mm auf, wodurch der Strömungswiderstand im Wasser gering bleibt. Die Länge des Verbindungsstabs 4 liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1000 mm.
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Der vordere Flügel 5 und der hintere Flügel 6, welche als Tragflächen der Generierung von Auftrieb dienen, sind in Fahrtrichtung hintereinanderliegend angeordnet und an einem vorderen und hinteren Endabschnitt 4a, 4b des Verbindungsstabs 4 befestigt. Insbesondere sitzt der vordere Flügel 5 an dem vorderen Endabschnitt 4a und der hintere Flügel 6 an dem hinteren Endabschnitt 4b des Verbindungsstabs 4, so dass bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung x der vordere Flügel 5 vor dem Mast 3 und der hintere Flügel 6 hinter dem Mast 3 liegt. Dabei können der hintere Flügel 6 und gegebenenfalls auch der vordere Flügel 5 von dem Mast 3 beanstandet sein.
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Die Befestigung des Verbindungsstabs 4 an dem Mast 3 ist vorzugweise lösbar ausgebildet. Zudem ist zumindest einer der Flügel 5 und 6 lösbar an dem Verbindungsstab 4 befestigt. 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 wahlweise an dem Verbindungsstab 4 befestigt werden.
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Die Flügel 5 und 6 sind bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), oder einem Schichtverbundwerkstoff hergestellt.
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Aufgrund der Verwendung von faserverstärktem Kunststoff und Aluminiumlegierungen weist das Hydrofoil 1 eine sehr hohe Steifigkeit auf. Gerade im Bereich der Vorder- und Hinterkanten der Flügel 5 und 6 sowie des Mast 3 besteht bei ungewollten Kollisionen Verletzungsgefahr. In der Praxis wurde diesem Problem durch eine großzügige Abrundung der genannten Kanten begegnet. Dabei wurden die Kanten aus demselben Material wie die restliche Oberfläche des Flügels oder Masts hergestellt.
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Die Erfindung sieht nunmehr vor, die genannten Kanten zumindest teilweise aus einem Material geringerer Härte auszubilden. Hierdurch reduziert sich insbesondere bei einer sehr dünnwandigen Ausbildung das Verletzungsrisiko. Zudem wird durch die weicheren Kanten ein gewisser Beschädigungsschutz erhalten. Speziell beim Transport ist die Handhabung der Flügel 5, 6 und des Masts 3 weniger empfindlich.
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Erfindungsgemäß ist mindestens eine der Vorder- und Hinterkanten 11 bis 14 in Strömungsrichtung an einem Flügel 5 oder 6 oder am Mast 3 zumindest teilweise durch eine Leiste 10 aus einem Material gebildet, das eine geringere Härte als das Material von Mast 3 und Flügel 5 bzw. 6 aufweist. Dies gestattet insbesondere an den Hinterkanten 12 und 14 in Strömungsrichtung einen schlankeren Auslauf, da aufgrund des weicheren Materials an der Abrisskante kleinere Radien möglich sind.
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Vorzugsweise kommen für eine solche Leiste 10 Elastomere wie beispielsweise Gummi zum Einsatz, wobei die Leiste 10 eine Shore-A-Härte von weniger als 95 aufweist. Ferner sollte die Leiste 10 möglichst ein Shore-A-Härte von 50 nicht unterschreiten, um das Fahrverhalten des Hydrofoils 1 nicht zu beeinträchtigen. Vorzugsweise sollte die Shore-A-Härte etwa 75 bis 95 betragen.
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Entsprechende Leisten 10 können insbesondere an der Vorderkante 11 und der Hinterkante 12 der Flügel 5 und 6 sowie an der Vorderkante 13 und der Hinterkante 14 des Masts 3 vorgesehen sein. Die Leiste 10 kann dabei entweder jeweils lediglich über einen Teilbereich die betreffende bilden oder sich über die gesamte Länge der jeweiligen Kante 11 bis 14 erstrecken.
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Wie 2 beispielhaft zeigt, kann sich die Leiste 10 am Flügel 5 bzw. 6 entlang der Außenkontur eines Übergangsbereichs von der Vorderkante 11 zur Hinterkante 12 erstrecken. Hierdurch kann im Bereich der Flügelenden eine ausgeprägte harte Spitze 15 vermieden werden, wodurch das von einer solchen harten Spitze 15 ausgehende Verletzungsrisiko vermindert wird.
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Die Leiste 10 kann in eine Grundstruktur 16 eines Masts 3 oder Flügels 5 bzw. 6 aus faserverstärktem Kunststoff eingebettet sein. Mit anderen Worten, die Leiste 10 ist bereits während der Fertigung des Masts 3 und/oder Flügels 5 oder 6 mit der Grundstruktur 16 aus faserverstärktem Kunststoff verbunden worden.
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Bei der Fertigung eines Masts 3 oder Flügels 5 oder 6 aus faserverstärktem Kunststoff werden die betreffenden Leisten 10 aus Elastomermaterial für die Vorder- und Hinterkanten 11 bis 14 zusammen mit einem Fasermatrixhalbzeug für den restlichen Mast 3 bzw. Flügel 5 oder 6 in eine Herstellungsform eingebracht. Als Fasermatrixhalbzeuge eignen sich Prepregs genauso wie beispielsweise Sheet Molding Compounds (SMC) oder Bulk Molding Compounds (BMC). Durch erhöhten Druck und erhöhte Temperatur werden anschließend das Fasermatrixhalbzeug ausgehärtet und zugleich die Leiste 10 in das betreffende Bauteil miteingebunden.
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Es ergibt sich somit ein Mast 3 oder Flügel 5 bzw. 6, dessen Außenkontur, insbesondere an Vorder- und/oder Hinterkante 11 bis 14, zumindest abschnittsweise aus einer Leiste 10 aus einem Elastomer besteht, welche in das Material des restlichen Masts 3 oder Flügels 5 bzw. 6 aus faserverstärktem Kunststoff einvulkanisiert ist.
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Die Leiste 10 weist an der Vorderkante eine Breite von bis zu 10 mm auf. An der Hinterkante kann dieses etwas breiter ausgeführt und bis etwa 15 mm breit sein. Der Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff kann sich als Kern in die Leiste 10 hineinerstrecken. Die Dicke der Leiste 10 liegt 10 mm von der jeweiligen Kante entfernt im Bereich von 1 bis 7 mm.
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Es ist jedoch auch möglich, in Abwandlung des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels eine Leiste 10' aus einem Elastomer erst nach Fertigstellung des Masts 3 und/oder Flügels 5 bzw. 6 an diesem zu befestigen, wie dies in 5 angedeutet ist.
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In diesem Fall besteht die Möglichkeit der Verwendung auch anderer Werkstoffe für die Grundstruktur des Masts 3 und der Flügel 5 und 6. So können Leichtmetalllegierungen wie beispielsweise Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen. Dies kann insbesondere am Mast 3 von Vorteil sein, da sich ein solcher aufgrund seiner Formgebung mitunter aus einem Strangpressprofil recht einfach herstellen lässt.
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Die Leiste 10' gemäß 5 bildet einen Vorsprung 17' aus, welcher in eine Ausnehmung 18' an dem Mast 3 oder Flügel 5 bzw. 6 eingreift. Die Ausnehmung 18' verläuft dabei entlang einer Vorder- oder Hinterkante 11 bis 14 des betreffenden Bauteils.
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Wie 5 weiter entnommen werden kann, kann die Ausnehmung 18' im Profilquerschnitt einen Hinterschnitt 19' aufweisen, der vom Vorsprung 17' der Leiste 10' hintergriffen wird. Hierdurch kann die Leiste 10' stabil an dem betreffenden Bauteil festgelegt werden und ist bei Bedarf ohne Eingriff in die Oberfläche desselben entfernbar.
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Beispielsweise kann die Leiste 10' von einem Endlosprofil abgelängt und als Vorder- oder Hinterkante in einen entsprechend profilierten Mast 3 oder Flügel 5 bzw. 6 eingezogen werden.
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Eine solche lösbare Verankerung gestattet einen einfachen Austausch der weichen Kanten bei Verschleiß oder Beschädigungen. Zudem eröffnet sich hierüber eine einfache Möglichkeit zum strömungstechnischen Feintuning am Hydrofoil 1 mittels unterschiedlich profilierter Leisten 10'.
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Wie 6 zeigt, kann die Leiste 10' insbesondere an einer Hinterkante 12 bzw. 14 in und/oder quer zur Strömungsrichtung gewellt oder gezackt 20' sein, um den Strömungswiderstand zu reduzieren und etwaigen Vibrationen am Hydrofoil 1 zu begegnen.
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Weiterhin ist es möglich, eine Leiste 10 aus einem Elastomer nach Fertigstellung des Masts 3 und/oder Flügels 5 bzw. 6 an diesen anzuvulkanisieren.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen 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 Abwandlungen einzeln oder in Kombination in ein Hydrofoil nach dem Ausführungsbeispiel übernommen werden. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel und die dargestellten Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2907737 B2 [0002]
- EP 2907737 A1 [0027]
