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Dr. Otto Stemme, Heideckstraße 29
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8000 München 19 Herbert Schultes, Höchelstraße 4, 8000 München 80
Finnenanordnung für ein Surfbrett Die vorliegende Erfindung betrifft eine Finnenanordnung
für ein Surfbrett mit mehreren in Brettlängsrichtung hintereinander angeordneten
Finneneinheiten.
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Es ist bekannt, daß die Richtungsstabilität von Surfbrettern in erheblichem
Maße von den Finnen beeinflußt wird.. Dies gilt insbesondere für den Bereich der
Höchstgeschwindigkeiten, in dem die Finnen überwiegend die Richtungsstabilität eines
Surfbrettes bestimmen.
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Nun ist es bekannt, daß in Höchstgeschwindigkeitsbereichen die richtungsstabilisierende
Wirkung der Finnen plötzlich ohne Vorankündigung aussetzen kann. Das Heck eines
Surfbrettes bricht in solchen Fällen plötzlich aus. Dieser Effekt, der zwangsläufig
zu nicht ungefährlichen Stürzen führt, wird in der Fachwelt als spin out" bezeichnet.
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Eine Ursache für diesen Effekt wurde darin gesehen, daß in der schnellen
Gleitphase Luft unter das Brett gesaugt wird, so daß'luftblasen gegen die Finnen
strömen und diese dadurch in ihrer durch die Umströmung mit Wasser bedingten Wirksamkeit
gestört werden. Es wurden deshalb im oberen Bereich der Finnen Manschetten angebracht,
welche verhindern, daß Luft in den
unteren Bereich der Finnen gelangt.
Versuche haben jedoch gezeigt, daß sich durch derartige Manschetten zwar graduelle
Verbesserungen erreichen lassen, das Problem des spin out jedoch dadurch nicht zu
lösen ist.
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Eine weitere Ursache für den spin out-Effekt" ist das Phänomen der
Kavitation. Kavitation tritt dann auf, wenn der Druck derart stark abfällt, daß
bei der herrschenden Wassertemperatur der Siededruck des Wassers erreicht wird.
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In einem solchen Fall bricht der Unterdruck auf der Unterdruckseite
aufgrund von Wasserdampfbildung plötzlich zusammen, so daß die richtungsstabilisierende
Wirkung schlagartig auf mehr als die Hälfte reduziert wird. Eine derartige plötzliche
Reduzierung der richtungsstabilisierenden Wirkung führt ebenfalls zu sogenannten
spin out-Effekten.
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Es ist bereits auf die verschiedenste Weise versucht worden, den spin
out-Effekt'§ zu reduzieren bzw. zu vermeiden. So wurden beispielsweise Finnen vorgeschlagen,
bei denen durch eine Verbindung der Oberfläche der einen Finnenseite mit der Oberfläche
der anderne Finnenseite über schlitzförmige Durchbrüche die Ausbildung eines Unterdruckes
bei schräg angeströmter Finne auf deren Rückseite vermieden wird. Derartige Finnen
zeigen auch in hohen Geschwindigkeitsbereichen keinen "spin out" mehr, da kavitative
Erscheinungen aufgrund des Fehlens des Unterdruckes nicht auftreten können. Da derartige
Finnen jedoch praktisch nur mit dem auf der angeströmten Seite wirkenden Staudruck
arbeiten, ist eine Vergrößerung der Finnenfläche gegenüber herkömmlichen Finnenkonstruktionen
erforderlich. Auch muß durch die Vergrößerung der Finnenfläche ein erhöhter Reibungswiderstand
in Kauf genommen werden.
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Darüberhinaus ist versucht worden, anstelle einer Einzelfinne auf
der Brettunterseite eine Anzahl von Finneneinheiten anzuordnen. Derartige Finnenanordnungen
wurden bisher in verschiedensten Konfigurationen in der Praxis erprobt.
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Durch keine dieser bekannten Finnenanordnung konnte jedoch der Effekt
des "spin out" absolut sicher vermieden werden.
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Zwar wurde durch eine säbelartige Krümmung einzelner Finneneinheiten
eine gewisse Verbesserung dahingehend erzielt, daß der "spin out-Effekt" erst bei
etwas höheren Geschwindigkeiten auftritt. Eine erhebliche Verbesserung konnte jedoch
durch eine derartige Formgebung nicht erzielt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vollkommen neuartige
Finnenanordnung zu schaffen, durch die auch ohne nennenswerte Vergrößerung der Finnenfläche
in hohen Geschwindigkeitsbereichen der gefährliche Effekt des spin out" möglichst
weitgehend vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Finneneinheiten
in an sich bekannter Weise als langgestreckte schmale platten- oder streifenartige
Kdrper mit Flügelprofilquerschnitt ausgebildet sind, deren Profilsehne parallel
zur Brettlängsachse verläuft, und daß mindes-tens zwei solcher Finneneinheiten derart
dicht hintereinander angeordnet sind, daß der lichte Abstand zwischen den Finneneinheiten
jeweils kleiner als etwa die Länge der Profilsehne der jeweils benachbarten Finneneinheiten
ist.
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Der erfindungsgemäßen Anordnung liegt der Gedanke zugrunde, daß durch
eine Aufteilung in mehrere schmale langgestreckte, in geringem Abstand hintereinander
angeordnete Finneneinheiten bei Schräganströmung der auf der Unterdruckseite fließende
Strömung durch die Zwischenräume zwischen den Finneneinheiten jeweils energiereiche
"frische" Strömung zugeführt werden kann. Dadurch wird der normalerweise beim Entlangströmen
an der Oberfläche der Unterdruckseite infolge der Reibung auftretende Energieverlust
der dort entlang fließenden Strömung vermieden und damit einem Abreißen der Strömung
wirksam vorgebeugt.
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Durch die Zufuhr von kinetischer Energie über die schnelle zwischen
den Finneneinheiten hindurchfließende Strömung wird ferner vermieden, daß sich auf
der Unterdruckseite ein'verglichen mit der angeströmten Seite relativ niedriger
Unterdruck ausbilden kann. Mit anderen Worten: Durch den '2AufErischungs effekt
kann sich auf der Unterdruckseite verglichen mit herkömmlichen Finnenkonstruktionen
vergleichbarer Gestalt und Größe nur ein erheblich geringer Unterdruck aufbauen.
Dadurch wird der Geschwindigkeitsbereicha in dem keine Kavitation auftreten kann,
erheblich nach oben verschoben Zwar muß durch die Ausbildung des relativ geringen
Unterdruckes auf der Unterdruckseite der erfindungsgemäßen Finnenanordnung zur Kompensation
der Steuerwirkung die Finnenfläche etwas vergrößert werden Diese Vergrößerung ist
jedoch nicht nennenswert, so daß auch nur eine relativ geringe Erhöhung des Reibungswiderstandes
bei erfindungsgemäßen Finnenanordnungen in Kauf genommen werden muß.
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Der. lichte Abstand zwischen den Finneneinheiten ist abhängig von
den Abmessungen und der Formgebung des FLügelprofilquerschnittes. Vorteilhafte Ergebnisse
werden jedoch bei herkömmlichen Querschnittsformen mit einem lichten Abstand zwischen
den Finneneinheiten erzielt, der etwa einem Zehntel bis fünf Zehntel der Profilsehnenlänge
entspricht.
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Vorteilhaft ist es, daß die Finneneinheiten eine Länge aufweisen,
die etwa dem Vier- bis Achtfachen der Profilsehnenlänge entspricht. In solchen Fällen
ist es zweckmäßig, die Profilsebnlänge derart zu bemessen, daß sie etwa dem Drei-
bis Achtfachen der Profilstärke entspricht Grundsätzlich ist es möglich, daß sich
die Länge der Prof sehne entlang der Länge der Finneneinheit ändert. Eine besonders
wirksame Finnenanordnung wird jedoch dadurch erreicht, daß die Länge der Profilsehne
über die gesamte Länge der Finneneinheit konstant ist. In solchen Fällen ist es
auch
vorteilhaft, die Länge der Profilsehne aller Finneneinheiten
gleich auszubilden.
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Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Finneneinheiten der
erfindungsgemäßen Finnenanordnung fluchtend hintereinander angeordnet sind, d.h.
die Profilsehnen der einzelnen Finneneinheiten jeweils in einer Ebene liegen.
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Für besondere Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein,
die Finneneinheiten leicht versetzt hintereinander anzuordnen.
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Zur Reduzierung des Formwiderstandes ist es zweckmäßig, die Finneneinheiten
in Bezug auf die Fahrtrichtung nach hinten geneigt an der Brettunterseite anzuordnen.
Zu diesem Zweck können die Finneneinheiten auch säbelartig gebogen sein.
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Um eine in statischer Hinsicht möglichst stabile Finnenanordnung zu
schaffen, ist es vorteilhaft, daß die Finneneinheiten im Bereich ihrer der Brettunterseite
zugewandten und/oder abgewandten Enden durch einen Steg miteinander verbunden sind.
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Ein besonders vorteilhaftes Erscheinungsbild wird erzielt, wenn die
hintereinander angeordneten Finneneinheiten einschließlich zumindest des der Brettunterseite
abgewandten Steges zu einer Einheit integriert sind. Diese Einheit kann grundsätzlich
jede beliebige Form aufweisen. Eine strömungsgünstige Anordnung und ein vorteilhaftes
Erscheinungsbild ergibt sich vorzugsweise dann, wenn die Einheit hinsichtlich der
Umriß linie dem Erscheinungsbild einer herkömmlichen Finne angepaßt ist.
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Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Finnenanordnung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Finnenanordnung in einer Ebene parallel zur Brettunterseite,
bei dem die einzelnen Finneneinheiten jeweils fluchtend hintereinander angeordnet
sind, Fig. 2 zeigt in einem der Figur 1 entsprechenden Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Finnenanordnung, bei der die Finneneinheiten versetzt hintereinander
angeordnet sind, Fig. 3 zeigt ein der Figur 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel
in einer perspektivischen Darstellung, welches der besseren Übersichtlichkeit halber
unterhalb der Brettunterseite in einer dazuparallelen Ebene geschnitten ist, Fig.
4 zeigt in einer der Figur 3 entsprechenden Ansicht ein drittes Ausführungsbeispiel,
bei dem zwei Finneneinheiten zu einer Einheit integriert sind, und Fig. 5 zeigt
in einer der Figur 4 entsprechenden Darstellung eine drei Finneneinheiten umfassende
Finnenanordnung.
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In allen Figuren ist die Strömungsrichtung des Wassers jeweils durch
einen Pfeil gekennzeichnet.
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Werden die in Figur 1 in einer Ebene hintereinander angeordneten Finneneinheiten
1 in Richtung des Pfeiles angeströmt,-so bildet sich eine Hochdruckseite HD und
eine Niederdruckseite ND aus. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird nun dieser
NiederdRuckseite ND von der Hochdruckseite HD her durch die in Figur 1 mit Pfeilen
dargestellte, relativ schnelle tangentiale Strömung kinetische Energie zugeführt.
Auf diese Weise wird der reibungsbedingte Energieverlust der Strömung auf der Niederdruckseite
jeweils ausgeglichen und damit eine Strömungsumkehr mit dem daraus resultierendenAbreißen
der Strömung vermieden.
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Durch die mit Pfeilen in Figur 1 dargestellte schnelle tangentiale
Strömung von der Hochdruckseite HD zur Niederdruckseite ND wird ferner bewirkt,
daß der Druckunterschied zwischen der Hochdruck seite und der Nieder-'druckseite
verglichen mit herkömmlichen Finnen vergleichbarer Größe und Gestaltung relativ
gering ist.
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Durch diese Reduzierung des Druckes auf der Niederdruckseite wiederum
treten jedoch kavitative Erscheinungen eret bei erheblich höheren Geschwindigkeiten
auf, so daß der kavitationslose Geschwindigkeitsbereich bei Finnenanordnungen der
erfindungsgemäßen Art erheblich nach oben erweitert wird.
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Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die hintereinander
angeordneten-Finneneinheiten 1 jeweils geringfügig zueinander versetzt angeordnet.
Bei einer derartigen Anordnung wird noch stärker"frische" Strömung auf die Unterdruckseite
gebracht; eine derartige starke "frische" Strömung tritt nun schon bei geringen
Anströmwinkeln auf.
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Aus der in Figur 3 darstellten perspektivischen Ansicht
des
Ausführungsbeispieles gemäß Figur 1 ist zu entnehmen, daß die Länge der Profilsehne
jeweils über die gesamte Länge der jeweiligen Finneneinheit konstant ist. Ferner
sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Längen der Profilsehnen aller Finneneinheiten
gleich bemessen. Dadurch er--gibt sich eine über die gesamte Länge der Finneneinheiten
gleichmäßige Strömung zwischen den einzelnen Finneneinheiten, sowie ein relativ
einfacher Aufbau.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Finneneinheiten
1 im Bereich ihrer der Brettunterseite abgewandten Enden durch einen Steg 2 miteinander
verbunden.
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Eine derartige Ausbildung ermöglicht die Schaffung einer sehr stabilen
Finnenanordnung. Darüberhinaus wird durch den Steg 2 die Ausbildung einer Querströmung
im Bereich der Enden der Finneneinheiten unterdrückt.
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Bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Finnenanordnungen sind
die Finneneinheiten 1 einschließlich des der Brettunterseite abgewandten Steges
2 und des der Brettunterseite zugewandten Steges 3 zu einer Einheit integriert.
Die Finneneinheiten 1 besitzen bei diesen Ausführungsformen darüberhinaus eine säbelartige
Biegung, so daß insgesamt hinsichtlich der Umrißlinie das Erscheinungsbildleiner
herkömmlichen Finne gebildet wird.
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Aufgrund der Integration zu einer Einheit hat der lichte Abstand zwischen
den Finneneinheiten 1 die Form eines Schlitzes 4, der sich der säbelartigen rümmung
der Finneneinheten folgend in Längsrichtung von oben nach unten erstreckt. Auch
bei einer derartigen Ausgestaltung tritt der oben zu Figur 1 erläuterte erfindungsgemäße
Effekt auf.