DE3783426T2

DE3783426T2 - Finne fuer wasserfahrzeuge.

Info

Publication number: DE3783426T2
Application number: DE8787309113T
Authority: DE
Inventors: Leo James Stewart
Original assignee: Motion Design Creations Inc
Current assignee: Motion Design Creations Inc
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2007-10-16
Also published as: DE3783426D1; AU7951987A; JPS63184592A; US4811674A; CA1308307C; ES2037092T3; AU597222B2; EP0264279A1; EP0264279B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Finnen-Anordnung für Wasserfahrzeuge und auf Wasserfahrzeuge mit derartigen Finnen-Anordnungen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Finnen-Anordnung, die verwendet werden kann zur Verbesserung der Brauchbarkeit, der Geschwindigkeit und der Stabilität von Wasserfahrzeugen mit Verdrängungsrumpf und Gleitrumpf und mit Antrieb durch Segel oder andere Einrichtungen. Die Finnen-Anordnung kann für neue und auch für bereits existierende Wasserfahrzeuge vorgesehen werden.
Obwohl die Erfindung allgemein anwendbar ist, soll sie der Einfachheit halber in bezug auf ein Surfbrett beschrieben werden.
Heute werden sehr viele verschiedene Surfbretter verwendet. Eine kurze Durchsicht der Windsport Magazine Directory board selection chart für 1986 vermittelt eine Vorstellung der Unterschiede in bezug auf Größe, Gewicht und Stil der verfügbaren Bretter.
Die Surfbretter, die als Allround- und Freizeit-Typen angegeben sind, sind im allgemeinen für Anfänger geeignet. Am anderen Ende des Spektrums liegen die hoch am Wind segelbaren Bretter, die beträchtliche Erfahrung des Benutzers erfordern und eine wesentlich größere Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit ermöglichen, als es bei den Freizeit-Brettern der Fall ist.
Finnen-Anordnungen gemäß der Erfindung sind überwiegend für Hochleistungsbretter vorgesehen, jedoch ist die Erfindung, wie oben erwähnt wurde, für viele unterschiedliche Anwendungsfälle geeignet.
Es ist bekannt, daß Surfbretter mit angehobenem Bug segeln. Das beruht auf einer Kombination von Faktoren einschließlich der Rumpfform, des Volumens und der hydrodynamischen Kräfte, die auf den Rumpf einwirken. Die Lage des Schwerpunktes ist ebenfalls von Bedeutung. Surfbretter-Rümpfe wiegen typischerweise zwischen etwa 5,5 kg und 6,4 kg und über 18,2 kg. Dieses Gewicht ist mehr oder weniger gleichförmig über die gesamte Rumpflänge verteilt. Das Mastgewicht liegt zumeist zwischen etwa 1,8 kg und 4,5 kg. Der Segler trägt offensichtlich das größte Gewicht bei und hat daher den größten Einfluß auf die Lage des Schwerpunktes.
Damit der Segler das Segel auf dem Brett steuern kann, muß er sich im allgemeinen im rückwärtigen Bereich des Brettes aufstellen, wie es in Fig. 1A gezeigt ist. Die Position des Seglers ändert sich ständig entsprechend Änderungen des Windes und/oder der Wellenbedingungen und der Manöver, die der Segler mit dem Brett durchführen möchte. Abgesehen von wenigen Ausnahmen jedoch befindet sich das Gewicht des Seglers im rückwärtigen Bereich. Fig. 1A zeigt eine weitgehend typische Situation eines Surfbrettes auf dem Wasser mit dem Segler in einer Position auf dem Brett, in der er das Segel auf dem Brett gut kontrollieren kann. Unter einigen Bedingungen könnte er noch weiter heckwärts stehen. Gemäß Fig. 1A befindet sich der Bug des Surfbrettes außerhalb des Wassers von einem Punkt an, der unmittelbar hinter dem Mast liegt. Es ist auch erkennbar, daß das Kielwasser das rückwärtige Deck überspült, so daß das Heck im wesentlichen von dem Kielwasser bedeckt ist. Dieser Zustand verursacht eine beträchtliche Abbremsung. Er ist zwar üblich, aber nicht immer vorhanden. Fig. 1B ist eine Seitenansicht desselben Brettes, und es ist erkennbar, daß der Gleitwinkel des Brettes bei etwa 8º liegt. Dies ist keinesfalls ungewöhnlich bei Surfbrettern. Die Wirkung des Gewichts des Seglers ist durch einen Pfeil wiedergegeben, der vom Schwerpunkt des Körpers abwärts zeigt. Die Abwärts-Komponente der hydrodynamischen Kräfte, die auf den Rumpf einwirken, ist durch einen Pfeil wiedergegeben, der unmittelbar vor der Finne abwärts zeigt.
Der hohe Gleitwinkel eines typischen Surfbrettes beruht im wesentlichen auf den hydrodynamischen Kräften, die sich von denjenigen bei einem typischen Gleitrumpf wegen des stark keilförmigen Hecks eines typischen Surfbrettes unterscheiden (Das Gewicht des Seglers trägt natürlich zur Vergrößerung des Winkels weiter bei.). Die breiteste Stelle eines Surfbrett-Rumpfes liegt typischerweise nahe bei oder sogar vor der Mitte des Rumpfes. Das zugespitzte Heck (zugespitzt als Gegensatz zu einem breiten, flachen Heck), der sich zwar als der beste Kompromiß für die besten Gesamteigenschaften eines Surfbrettes erwiesen hat, hat trotzdem wesentliche Nachteile insofern zur Folge, als die Gleitfähigkeit betroffen ist.
Es mag bezug genommen werden auf den Text "Boating in Canada", Practical Piloting and Seamanship, zweite Auflage, University of Toronto Press, Garth Griffiths, ISBN 0-8020-1817-3 auf Seite 128. Hier werden typische Gleitrümpfe beschrieben. Es wird festgestellt, daß "die Breite des Querschnittes nicht wesentlich vom Mittschiff zum Heck abnimmt; die Breite der Gleitfläche wird aufrechterhalten". In einem weiteren Zitat von Seite 128 des selben Textes heißt es: "Der effektivste Gleitwinkel dürfte zwischen 4,5º und 5,5º liegen". Eine weitere Veröffentlichung "Fluid-Dynamic Drag" von Sighard F. Hoerner, Library of Congress Catalogue Card No. 64-19666, Kapitel 11, Seite 32, zeigt das Verhältnis von Anhebung zu Bremswirkung bei vier verschiedenen Formen von Wasserskiern. Unter den gezeigten Wasserskiern liegt der dreieckige, flach geformte Wasserski sehr nahe bei der Heckform eines Surfbrettes. Eine Prüfung des gezeigten Diagramms zeigt, daß das beste Verhältnis von Anhebung zu Bremswirkung bei 5º Gleitwinkel liegt.
Unter Verwendung der Daten der zuvor erwähnten Bücher läßt sich feststellen:
1) Ein nach innen abgeschrägtes Heck eines Gleitrumpfes ist tendentiell unwirksam und vergrößert den Gleitwinkel, der die Bremswirkung vergrößert und die Geschwindigkeit reduziert, in unerwünschtem Maße;
2) Der optimale Gleitwinkel eines Gleitrumpfes liegt zwischen 4,5º und 5,5º;
3. Der optimale Gleitwinkel eines Surfbrettes mit einem Heck ähnlich demjenigen der oben erwähnten Wasserski liegt ebenfalls bei etwa 5º.
Daraus und aus anderen Beobachtungen wurde der Schluß gezogen, daß, wenn der Gleitwinkel eines Surfbrettes auf etwa 4º bis 5º reduziert werden könnte, die hydrodynamische Bremswirkung des Rumpfes auch reduziert wurde und damit eine größere Geschwindigkeit erreichbar wäre.
Ein Hubeffekt wird auf den Rumpf eines Fahrzeugs durch unterschiedliche Konstruktionen ausgeübt, die in der belgischen Patentschrift Nr. 894306 beschrieben sind. Dieser Hubeffekt wird erzeugt als Resultat des Seitwärtsdrifts des Fahrzeugs, die eine Schwenkung einer oder mehrerer Finnen verursachen, die eine Position einnehmen, in der sie einen Hubeffekt erzeugen, wenn das Fahrzeug vorwärts bewegt wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Finnen-Anordnung für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Surfbrett zu schaffen, die den Gleitwinkel besser reduziert und damit die Bremswirkung verringert und eine größere Geschwindigkeit ermöglicht.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist eine Finnen-Anordnung für ein Wasserfahrzeug mit einem Rumpf vorgesehen, die zwei flügelartige Finnen und eine Befestigungseinrichtung umfaßt, die es ermöglicht, die Finnen am Boden des Rumpfes in Richtung des rückwärtigen Endes oder Heckbereichs des Fahrzeuges in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der längsgerichteten Mittellinie oder Symmetrieachse des Rumpfes so zu befestigen, daß sie schwenkbar und im Betrieb im wesentlichen vollständig in das Wasser eingetaucht sind, wobei jede der Finnen in bezug auf die Befestigungseinrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Finnen so angeordnet und/oder geformt sind, daß sie beide eine erste Endstellung im Gebrauch bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs aufweisen, bei der die Finnen so auf das relativ bewegte Wasser auftreffen, daß beide Finnen eine Hubkraft entsprechend der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs ausüben, welche Hubkraft mit dem Rumpf so reagiert, daß der rückwärtige Bereich des Rumpfes angehoben wird, und daß die eine oder andere der Finnen in Richtung der zweiten Endstellung während der Wendebewegung des Rumpfes bewegt wird, in welcher zweiten Endstellung sich die Finnen nach unten erstrecken und keine Hubkraft durch die nach unten gerichteten Finnen ausgeübt wird.
Die vorliegende Erfindung liefert nach einem Aspekt vollständig eingetauchte Hydro-Finnen zur Verwendung in Verbindung mit einem derartigen Wasserfahrzeug, so daß eine ausreichende Hubkraft zum Anheben des Hecks des Wasserfahrzeugs zur Reduzierung des Gleitwinkels erzeugt wird und damit die Gesamtbremswirkung reduziert und eine Vergrößerung der Geschwindigkeit ermöglicht wird.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Wasserfahrzeug mit einem Rumpf und zwei flügelförmigen Finnen am Boden des Rumpfes in Richtung des hinteren oder heckseitigen Bereichs in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittellinie oder Symmetrieachse des Rumpfes vorgesehen, so daß im Gebrauch die Finnen schwenkbar sind und im wesentlichen vollständig in das Wasser eintauchen, wobei jede Finne in bezug auf die Befestigungseinrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Finnen derart positioniert und/oder geformt sind, daß die beiden Finnen die erste Endstellung im Gebrauch bei Vorwärtsfahrt einnehmen, und daß die Finnen derart auf das sich relativ bewegende Wasser treffen, daß sie eine Hubkraft entsprechend der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugen, welche Hubkraft mit dem Rumpf derart reagiert, daß das Heck des Rumpfes angehoben wird, und daß die eine oder andere Finne in Richtung der zweiten Endstellung während einer Wendebewegung des Rumpfes bewegt wird, welche Finne in der zweiten Endstellung nach unten gerichtet ist und keine Hubkraft durch diese nach unten gerichtete Finne ausgeübt wird.
Durch Ausübung der Hubkraft auf den rückwärtigen Bereich des Rumpfes wird der Gleitwinkel verkleinert und damit die hydrodynamische Bremswirkung reduziert und eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht.
Als weiteres Merkmal der Erfindung erstrecken sich die Finnen in der oben erwähnten ersten Endstellung nach unten und nach außen in bezug aufeinander. Bei einer typischen Ausführung der Erfindung erstrecken sich die Finnen in dieser ersten Endstellung nach unten und außen in bezug aufeinander mit einem Winkel von etwa 40º bis 60º gegenüber der Senkrechten.
Als ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung sind die Finnen scharnierförmig an dem Rumpf befestigt und frei schwenkbar zwischen der ersten und zweiten Endstellung. Das Scharnier jeder Finne liegt in ihrer Schwenkachse im wesentlichen in Längsrichtung und in der Nähe des Anfangs der Hub-Finnen, d. h. in der Nähe der Position, in der die Finne am Rumpf befestigt ist. Die Scharniere ermöglichen eine Schwenkung der Finnen aus ihren Hubpositionen (in denen sie sich nach unten und auswärts in bezug aufeinander erstrecken, wie zuvor angegeben) bis in eine senkrecht nach unten gerichtete Position. Eingebaute Anschläge begrenzen die Bewegung der Finnen zwischen den beiden Endstellungen, die oben angegeben sind. Die Scharniere üben eine wichtige Funktion aus, wenn das Fahrzeug wendet. Während einer Wende, während der sich das Heck zur Außenseite des Bogens bewegt, wurde die Finne auf der Außenseite des Bogens ohne ein Scharnier die Tendenz haben, sich "einzugraben" und einen nach unten gerichteten Zug ausüben, anstatt eines aufwärts gerichteten Hubes. Das Scharnier verhindert dieses "Eingraben", in dem es ermöglicht, daß die äußere Finne nach unten in die senkrechte Position während der Wende geschwenkt wird. In der senkrechten Position wirkt die Finne als Stabilisator für die Dauer der Wende, die Finne kehrt in ihre Hubposition automatisch am Ende der Wende zurück, wenn das Fahrzeug auf einem im wesentlichen geraden Kurs ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Obgleich die Erfindung mit besonderem Bezug auf Surfbretter dargestellt ist, ist für den Fachmann verständlich, daß die Erfindung auf andere Arten von Wasserfahrzeugen ebenfalls anwendbar ist.
Fig. 1A ist eine bildliche Darstellung eines typischen herkömmlichen Surfbrettes und veranschaulicht die relative Lage des Gleitwinkels sowie des von dem Kielwasser überspülten Heckbereichs;
Fig. 1B ist eine Seitenteilansicht des Surfbretts gem. Fig. 1A und enthält Pfeile, die einige der Kräfte veranschaulichen, die auf das Surfbrett beim Gebrauch einwirken. Weiter gezeigt ist ein relativ großer Gleitwinkel;
Fig. 1C ist eine weitere Seitenteilansicht eines Surfbrettes, das mit Hub-Finnen entsprechend der Erfindung versehen ist, und zeigt weiterhin die Hubkraft, die durch die Hub-Finne erzeugt wird und zu einem geringeren Gleitwinkel führt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung im wesentlichen auf die Unterseite eines typischen Surfbrettes, das mit Hub-Finnen entsprechend der Erfindung versehen ist;
Fig. 3 ist eine weitere perspektivische Darstellung des Heckbereichs eines Surfbrettes mit Hub-Finnen entsprechend der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt des Surfbrettes mit Blickrichtung nach rückwärts entlang der Mittellinie und veranschaulicht die Schwenkbewegung der Hub-Finnen von der nach außen geneigten Hubposition zu der senkrechten Wendeposition;
Fig. 5 ist eine weitere perspektivische Darstellung einer einzelnen Hub-Finne bei der Anbringung am Boden des Surfbrett- Rumpfes;
Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung einer vollständigen Hub-Finnen-Anordnung mit einem Scharnier und zugehörigen Anschlägen;
Fig. 7 ist eine Unteransicht des rückwärtigen Bereiches eines Surfbrett-Rumpfes und veranschaulicht insbesondere die Art, in der die Hub-Finne mit positivem Angriffswinkel versehen ist;
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Hub-Finnen-Anordnung, die geeignet ist zum direkten Einsatz in die vorhandene Schieberschiene eines Surfbrettes;
Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung der Gelenkbewegungs- Anschläge der Finnen bei einer Ausführungsform gem. Fig. 8;
Fig. 10 ist eine Längsschnitt durch die Ausführungsform gem. Fig. 9;
Fig. 11 ist ein Querschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 10.
Auf Fig. 1A, 1B und 1C ist bereits oben kurz bezug genommen worden. Unter Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B ist darauf hinzuweisen, daß der Bug des Surfbrettes deutlich außerhalb des Wassers liegt bis zu einem Punkt, der kurz hinter der Position des Masts liegt. Das Heck liegt deutlich im Wasser und erzeugt dadurch eine relativ große Heckwelle, die die Tendenz hat, das rückwärtige Deck des Surfbrettes zu überspülen. Erfahrungsgemäß beträgt der Gleitwinkel bei einer Bewegung mit relativ hoher Geschwindigkeit unter normalen Bedingungen etwa 8º. Diese Bedingungen führen zu einer relativ hohen hydrodynamischen Schlepp- oder Bremswirkung und begrenzen daher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wesentlich.
In Fig. 1C ist dasselbe Surfbrett 10 mit einem typischen Surfbrett-Rumpf 12 gezeigt, das eine rückwärtige Finne 14 aufweist, die von der Mittellinie des Rumpfes in unmittelbarer Nähe des Hecks nach unten ragt. Erfindungsgemäß ist dieser Rumpf mit zwei Hub-Finnen 16 in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittellinie vor der Finne 14 versehen. Wenn sich das Surfbrett durch das Wasser vorwärts bewegt, üben die Finnen 16 eine aufwärts gerichtete Hubkraft F auf den Heckbereich des Fahrzeugs aus, so daß sie den Gleitwinkel A erheblich reduzieren, während gleichzeitig die Heckwelle flacher als bisher ist (und damit geringere Bremswirkung anzeigt) und somit ein geringeres Kielwasser erzeugt wird, das nicht das Bestreben hat, den rückwärtigen Deckbereich 18 des Surfbrettes zu überspülen.
Fig. 2 zeigt wiederum einen typischen Surfbrett-Rumpf 12. Dieser Rumpf 12 umfaßt einen Bug 20, ein Heck 22 mit der zuvor erwähnten Finne 14 in unmittelbarer Nähe des Hecks und in Ausrichtung mit der Längsmittellinie LC des Rumpfes. Die Rumpfform kann einer der auf dem Markt erhältlichen Ausführungen entsprechen oder einer der zahlreichen in Gebrauch befindlichen Ausführungen gleichen. Die größte Rumpfbreite liegt im Mittelbereich der Länge, und die Breite nimmt nach und nach in Richtung des Hecks ab.
Die flügelförmigen Hub-Finnen 16 befinden sich auf der Bodenfläche des Rumpfes (so daß sie bei Gebrauch im wesentlichen vollständig eintauchen) vor der Finne 14 und in gleichen Abständen zur Mittellinie LC und verhältnismäßig nah an der äußeren Kante oder Leiste 24 des Rumpfes, wie in den Zeichnungen gezeigt ist. Die genaue Position der Hub-Finnen 16 ist nicht wesentlich und kann in Abhängigkeit von der Kombination aus Rumpf und Finne variieren. Da es jedoch die Hauptaufgabe ist, das Heck des Surfbrettes anzuheben, liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß die Hub-Finnen im rückwärtigen Teil des Rumpfes angeordnet sein sollten. Während es die Hauptaufgabe der Hub-Finnen 16 ist, das Heck anzuheben, kann es sich erweisen, daß eine geringfügig nach vorne versetzte Position gegenüber einer solchen unmittelbar vor der Finne 16 wünschenswert ist aus dem Grunde, daß jede Anhebung über diejenige hinaus, die zum Anheben des Hecks bis zu einem wirksamen Gleitwinkel des Rumpfes notwendig ist, dazu führen kann, daß der Gleitwinkel auf einen Wert unterhalb des Optimums reduziert wird und damit der benäßte Bereich zunimmt, so daß die Bremswirkung erhöht wird.
Wenn jedoch die Hub-Finnen 16 geringfügig vor der Position liegen, die als die beste Position in bezug auf die Anhebung des Hecks allein angesehen wird, dann würde eine zusätzliche Anhebung über diejenige hinaus, die zum Erreichen des optimalen Gleitwinkels notwendig ist, tendentiell zu einer leichten Anhebung des gesamten Fahrzeugs führen und damit den benäßten Bereich verkleinern und die Bremswirkung weiter verringern. Zur Vergrößerung der Seitenstabilität ist es zugleich wünschenswert, daß die Finnen 16 in einem angemessenen Abstand zueinander liegen, und aus diesem Grunde sind sie relativ dicht an der äußeren Kante oder Leiste 24 des Rumpfes angeordnet. Zugleich ist zu berücksichtigen, daß eine Überschneidung mit der Finne 14 zu vermeiden ist, so daß in den meisten Fällen der beste Kompromiß darin besteht, die Finnen 16 etwas vor der Finne 14 anzuordnen, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist.
Beide Finnen sind mit dem Rumpf 12 schwenkbar verbunden für eine Bewegung zwischen einer ersten Endstellung, d. h. der Hubstellung, in der die Finnen nach unten und außen voneinander fort gerichtet sind, wie es am besten in Fig. 4 erkennbar ist. In dieser Hubposition bildet jede Finne 16 einen Winkel zwischen etwa 40º (vorzugsweise etwa 45º) und etwa 60º gegen die Senkrechte. Die Finnen können nach innen in eine zweite Endposition schwenken, die in gestrichelten Linien in Fig. 4 gezeigt ist, welche zweite Endposition im wesentlichen rechtwinklig zum Rumpf und parallel zu der Finne 14 nach unten gerichtet ist. Geeignete Anschläge, die später beschrieben werden sollen, begrenzen die Bewegung der Finne 16 zwischen den beiden Endstellungen.
Die Schwenkachsen, die durch die Scharniere gebildet werden, an denen die Finnen 16 montiert sind, befinden sich in enger Anlage an der Bodenfläche des Rumpfes. Jede Scharnierachse erstreckt sich im wesentlichen in Längsrichtung und ist leicht derart geneigt, daß jede Hub-Finne 16 mit einem leichten Angriffswinkel versehen ist, so daß während der Vorwärtsbewegung des Surfbrettes die Hub-Finnen 16 in die schräg nach außen gerichtete Position bewegt werden, die in Fig. 4 gezeigt ist, und dadurch die gewünschten Hubeffekte hervorrufen. Diese Scharnierachsen sind in Unteransicht auf den Rumpf gem. Fig. 7 nach außen um etwa 3º in bezug auf die Mittellinie LC des Rumpfes geneigt. Der Winkel von 3º in bezug auf die Rumpflinie bewirkt drei Dinge:
(1) Wenn die Hub-Finne 16 nach außen in die geneigte Hubposition geschwenkt wird (vorzugsweise ein Winkel von 45º), folgt aus dem Winkel von 3º, den die Scharnierachse aufweist, ein Angriffswinkel von 3º zwischen der Finne 16 und dem Wasser, das relativ zu der Finne strömt. Dieser Angriffswinkel erzeugt einen Hub, wenn sich die Finne durch das Wasser bewegt.
(2) Wenn das Surfbrett eine Wende durchführt und sich wiederum auf einem im wesentlichen geraden Kurs befindet, übt das Wasser aufgrund des Angriffswinkels von 3º einen positiven Druck auf die Innenfläche der Finne aus, die sich in senkrechter Stellung während der Wende befunden hat, so daß die Finne nach außen in die um 45º abgewinkelte Position gedrückt wird, in der sie wiederum die Hubfunktion aufnimmt.
(3) Wenn die Finne in ihrer im wesentlichen senkrechten Position steht (weil sie sich auf der Außenseite des Bogens befindet), wirkt sie als zusätzliche Finne, die die Stabilität verstärkt, die durch die normale Finne 14 hervorgerufen wird. Wegen des Winkels von 3º verbessert sie die Wende, d. h. sie ist bestrebt, das Surfbrett in die Wende hineinzusteuern, so daß schnelleres Wenden und Halsen möglich werden. Dies unterstützt die Steigerung der Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs, dies reduziert die Zeit, die bei geringerer Geschwindigkeit in einer Wende verbracht wird, da eine raschere Rückkehr zu der schnelleren Geschwindigkeit möglich ist, die beim Segeln auf geradem Kurs erreicht wird.
Symmetrische Finnen, wie sie oben beschrieben wurden, eliminieren seitenbezogene Finnen, d. h., die Finnen 16 sind austauschbar. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, gewölbte (asymmetrische) Finnen zu verwenden. In diesem Falle ist ein positiver Angriffswinkel, beispielsweise der oben erwähnte Winkel von 3º nicht erforderlich. Gewölbte Finnen sind allgemein bei Luft- und Wasserfahrzeugen seit Jahrzehnten verwendet worden; siehe beispielsweise die Diskussion in Aircraft Layout & Detail Design, von Newton H. Anderson B.S., 1. Auflage, McGraw-Hill Book Co., New York & London, 1941, Kapital 3, Seite 73 ff.
Ein anderer Vorteil der Hub-Finnen während einer Wende besteht darin, daß die Finnen durch rasches Anheben des Hecks bis in eine optimale Gleitwinkelposition beim Ausfahren des Surfbrettes aus einer Wende eine höhere Beschleunigung von der geringeren Geschwindigkeit des Brettes in der Kurve auf die höhere Geschwindigkeit, die während des Segelns auf geradem Kurs erzielt wird, bewirken.
Wie zuvor erwähnt wurde, können durch Verwendung einer Scharnieraufhängung die einzelnen Finnen 16 auf der Außenseite eines Bogens nach unten aus der Hubposition in die senkrechte Position schwenken und damit das zuvor erwähnte Problem des "Eingrabens" eliminieren. Verbunden mit jeder Scharnieranordnung ist die Einrichtung zur Begrenzung der Bewegung der Finnen zwischen der senkrechten Position und der abgewinkelten Position, beispielsweise bei 45º. Der Hubwinkel kann, wie zuvor erwähnt, in weitem Umfang variieren, und ein Winkel von 45º kann gewählt werden als Kompromiß zwischen einer Erhöhung der senkrechten Hubkomponente, wenn die Hub-Finnen 16 näher zur Waagerechten bewegt werden, und der zunehmenden Überschneidungs-Bremswirkung zwischen den Hub-Finnen 16 und dem Rumpf, wenn der Winkel zwischen diesen abnimmt. Im Hinblick auf das Thema der Überschneidungs-Bremswirkung sollte auch vermerkt werden, daß die Hub-Finnen 16 auch weit genug seitlich auseinandergesetzt werden, damit eine Überschneidungs-Bremswirkung zwischen den beiden Hub-Finnen selbst vermieden wird. Eine vergrößerte Überschneidungs-Bremswirkung kann auch erzeugt werden, wenn die Finnen zu nahe bei der Finne 14 angeordnet sind.
In bezug auf Fig. 5 ist zu beachten, daß die Scharnieranordnung 28 glatt und stromlinienförmig ausgebildet ist, und da die Mittellinie des Scharniers im wesentlichen zusammenfällt mit der Bodenfläche des Rumpfes, befindet sich wenigstens eine Hälfte des Scharniers und dessen zugehöriger Anschlagmechanismus innerhalb der Kontur des Rumpfes, so daß die Bremswirkung gering gehalten wird.
Eine vollständige Hub-Finnen-Anordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Die Hub-Finne 16 umfaßt ein flügelartiges Finnenelement 30, das ein Kunststoff-Formteil ist, das einen einstückig angeformten zylindrischen Bereich 32 aufweist, der an dem inneren Ende des Elements ausgebildet ist. Ein langgestreckter Scharnierstift 34 erstreckt sich durch das zylindrische Element und ragt mit den gegenüberliegenden Enden aus dem Element heraus. Ein Stangenelement 36, das mit dem Scharnierstift 34 etwa unter einem rechten Winkel verschweißt ist, erstreckt sich über eine erhebliche Strecke durch das Innere des flügelförmigen Finnenelements 30 und schafft dadurch eine beträchtliche konstruktive Festigkeit. Anschlaggliedern 38 sind mit den nach außen vorspringenden Endbereichen des Scharnierstifts 34 verschweißt. Die gegenüberliegenden Enden des Scharnierstifts 34 erstrecken sich in geeignete Öffnungen in gegenüberliegenden Haltegliedern 40 und 42. Die Halteglieder 40 und 42 sind mit im Winkelabstand liegenden Schultern 44 versehen, die mit den Anschlägen 38 zusammenwirken und damit die Wendeposition und die Hubposition jeder Finne bestimmen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Halter können aus geformten Kunststoff oder Metallformguß bestehen. Sie sind identisch mit Ausnahme der Schulteranordnungen 44, die sie zu seitenbezogenen Teilen machen. Es mag angemerkt werden, daß die Teile, die die Finnen-Anordnung mit einer linksseitigen Bewegung ausstatten, identisch sind mit den Teilen einer Hub-Finnen-Anordnung mit rechtsgängiger Bewegung. Linksgängige Bewegung kann in eine rechtsgängige Bewegung geändert werden, indem lediglich die Positionen der Haltegliedern 40 und 42 gewechselt werden.
Die Hub-Finnen-Anordnung umfaßt weiterhin eine Basisanordnung 46 mit einem langgestreckten, im wesentlichen rechtwinkligen Kunststoff-Formteil, das eine langgestreckte Ausnehmung 48 aufweist, die sich über die Länge des Teiles erstreckt und so bemessen ist, daß die Halter 40 und 42 und die inneren Enden der flügelförmigen Finnen einschließlich der Teile 32, 34 und 38, die oben erwähnt wurden, aufgenommen werden können. Die Basisanordnung umfaßt zwei mit Gewinde versehene Metalleinsätze 50, die in ihrer Position eingeformt sind. Die Basisanordnung ist so gestaltet, daß sie in einer geeignet bemessenen Ausnehmung in dem Surfbrett-Rumpf in ihrer Position befestigt werden kann. Folglich ist ihre Bodenfläche mit geeigneten Rippen 56 und Kanälen 58 beliebiger Größe und Form versehen, die eine vergrößerten Oberflächenbereich liefern, der mit Klebstoff oder Zement (vorzugsweise Epoxy) in Berührung kommt. Die Frontfläche 52 der Basisanordnung liegt in einer Ebene mit der Bodenfläche des Rumpfes. Schrauben 54 halten die Halter 40 und 42 in ihrer Position innerhalb der Basisanordnung 46. Wenn die Anordnung zusammengebaut ist, dienen die Anschläge 38 auf dem Scharnierstift 34 in Verbindung mit den Schultern oder Flanken 44 der Halter 40 und 42 zur Begrenzung der Bewegung der Hub-Finnen 16 zwischen der senkrechten Position und der Winkelposition (vorzugsweise 45º) Mit anderen Worten, die Winkelbeziehung zwischen den Schultern 44 ist derart, daß die quadratischen Stege, die einen Teil der Anschläge 38 bilden, bei der bevorzugten Ausführungsform auf eine Winkelbewegung von etwa 45º um die Scharnierachse begrenzt sind, so daß die Winkelbewegung der Hub-Finnen 16 entsprechend begrenzt ist.

BEISPIEL

Ein Satz von Hub-Finnen ist entworfen worden zur Anbringung an der Bodenfläche eines Surfbrettes entsprechend den oben beschriebenen Kriterien. Die Finnenkonstruktion weist die folgenden Charakteristika auf:
- Länge jeder Finne 17,78 cm (7 Zoll) (von der Mittellinie des Scharniers zur Spitze)
- Maß im Ansatzbereich 10,16 cm (4 Zoll)
- Maß an der Spitze 5,7 cm (2 1/4 Zoll)
- Fläche jeder Finne 121 cm² (18 3/4 Zoll²)
- Ansatzbereich Querschnitt NACA 0010
- Spitzen Querschnitt NACA 0015
Die obigen Parameter repräsentieren einen konservativen Weg zur Hub-Finnenkonstruktion. Die Ausführung der Finnenformen mit symmetrischem Querschnitt der vierstelligen NACA-Serie ist vorhersehbar und erfordert keine große Präzision bei der Fabrikation für die Erreichung erwarteter Ergebnisse. Es wird erwartet, daß laminare Flußabschnitte zu einer geringeren Bremswirkung führen, aber eine sehr viel höhere Präzision bei der Herstellung erfordern würden. Es ist anzunehmen, daß die Ausführung dieser Finnentypen wesentlich und in nicht vorhersehbarer Weise beeinflußt würden durch kleine Einschnitte oder Kratzer auf der Finnenoberfläche. Wie erwähnt wurde, können auch gewölbte Finnenquerschnitte verwendet werden. Die Verwendung von Finnen mit einem höheren Schlankheitsgrad würde theoretisch zu größerer Wirksamkeit führen, könnte jedoch auch unvorhersehbare Probleme zur Folge haben, wie etwa eine starke Abbremsung aufgrund einer Verdrehung der Finne unter starker Belastung.
Die folgenden Anmerkungen werden für den Fachmann hilfreich sein. Die Winkelbeziehung, d. h. der bevorzugte Hubwinkel von 45º und der bevorzugte Angriffswinkel von 3º, sind nicht notwendigerweise die optimalen Winkel. Diese Winkel sowie der Finnenquerschnitt, die Finnenfläche, der Schlankheitsgrad der Finnen, die Form der Spitze der Finnen, der Finnengrundriß und andere Variablen können zur Erzielung einer besseren Gesamtkonstruktion verändert werden. Slalombretter, Wellenbretter, Geschwindigkeitsbretter und dergleichen stellen alle unterschiedliche Anforderungen, die zu berücksichtigen wären, wenn das optimale Design für ein bestimmtes Brett zu erzielen ist.
Es wird auch angemerkt, daß die soeben beschriebene Struktur an einem existierenden Surfbrett angebracht werden kann, indem Ausschnitte in den Rumpf geschnitten und die Hub-Finnen-Basisanordnungen in den Ausschnitten befestigt werden. Wenn bereits Gleitschienen in dem Surfbrett vorhanden sind, müssen sie entfernt oder verstopft werden, bevor diese Basisanordnungen der Hub-Finnen montiert werden.
Durch Abwandlung der Konstruktion können die Hub-Finnen auch direkt in den Schwertschlitzen montiert werden. Es muß eine Einrichtung zur Einstellung des Hub-Finnen-Scharnierwinkels vorgesehen sein, damit eine Anpassung an unterschiedliche Anordnungen von Schwertschlitzen erfolgt.
Eine abgewandelte Konstruktion dieser Art ist in den Fig. 8 bis 11 gezeigt. Hier ist die Hub-Finne 16, die im wesentlichen dieselbe Form wie zuvor aufweist, frei schwenkbar an einem Sockel 60 befestigt, der aus geformten Kunststoff besteht und eine Stromlinienform aufweist. Das Ansatzende der Finne 16 ist mit einem Scharnierstift 62 versehen, der sich nach vorwärts in das äußere Ende des Sockels 60 erstreckt. Der Sockel 60 weist eine Ausnehmung 64 im Inneren auf, die einen Verriegelungsring 66 aufnimmt, der an dem Scharnierstift 62 mit Hilfe eines Haltestifts 68 befestigt ist. Zwischen der Finne 16 und dem Sockel 60 befindet sich ein Anschlagring 70 (siehe Fig. 8), der den Scharnierstift 62 umgibt. Der Anschlagring 70 ist in dem Sockel verkeilt durch zwei Keilzapfen 72 auf einer Fläche, und auf der anderen Fläche befinden sich zwei im Winkelabstand liegende Schultern 74, die mit einem Steg auf einem ringförmigen Anschlagglied 76 zusammenwirken, das auf den Scharnierstift 62 geschweißt ist. Die Schultern 74 und das Anschlagglied 76 besitzen dieselbe Funktion der Schwenkungsbegrenzung, wie sie in bezug auf die erste Ausführungsform zuvor erläutert wurde.
Der Sockel 60 wird in der Schieberschiene 80 des Surfbrett-Rumpfs mit Hilfe einer Innensechskantschraube 82 (Fig. 10 und 11) befestigt, die sich durch den Körper des Sockels in den Schlitz der Schieberschiene 80 erstreckt. Die Schraube 82 ist in eine Mutter 84 eingeschraubt, die in der Haltenut 86 der Schieberschiene gehalten ist. Die Mutter 84 wirkt mit einer Scheibe 88 zusammen; beide weisen ausgerundete Oberflächen auf einer ihrer Flächen auf, die eine gewisse Schwenkeinstellung der Schraube 82 gestatten, während sie trotzdem einen guten kraftübertragenden Kontakt in der Schieberhaltenut 86 bieten. Dies ermöglicht es, eine in geeigneter Weise abgeschrägte Unterlage 90 zwischen dem Sockel 60 und der äußeren Oberfläche der Schieberschiene (und angrenzend an die Rumpfoberfläche) anzuordnen. Durch Verwendung von Unterlagen mit unterschiedlichem Keilwinkel kann der Angriffswinkel der Finne in der Hubposition eingestellt werden.
Diese Abwandlung ist sehr nützlich zur Anbringung der Hub-Finnen an existierenden Surfbrettern etc. Die Finnen-Scharnierachse dieser Abwandlung liegt in Abstand unterhalb der Rumpfoberfläche, und die Bremswirkung ist wegen des Sockels etwas verstärkt. Es handelt sich jedoch trotzdem um eine wirkungsvolle Konstruktion.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist anhand eines Beispiels beschrieben worden. Fachleute werden bemerken, daß zahlreiche Änderungen gegenüber den Konstruktionsdetails möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung, wie sie anschließend beansprucht wird, zu verlassen.

Claims

1. Finnen-Anordnung für ein Wasserfahrzeug mit einem Rumpf (12), welche Anordnung zwei flügelförmige Finnen (16) und eine Montageeinrichtung zum Befestigen der Finnen (16) am Boden des Rumpfes in der Nähe des hinteren oder heckseitigen Bereichs (22) des Fahrzeugs in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittellinie (LC) oder Symmetrieachse des Rumpfes (12) umfaßt, derart, daß sie im Gebrauch schenkbar und im wesentlichen vollständig in Wasser eingetaucht sind, wobei jede Finne (16) in bezug auf die Montageeinrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Finnen (16) derart positioniert und/oder geformt sind, daß beide Finnen die erste Endstellung im Gebrauch einnehmen, wenn sich das Fahrzeug auf einem Vorwärtskurs befindet, daß in diesem Falle die Finnen derart auf das sich relativ bewegende Wasser treffen, daß die beiden Finnen eine Hubkraft entsprechend der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugen, welche Hubkraft mit dem Rumpf (12) derart reagiert, daß der hintere Bereich des Rumpfes angehoben wird, und daß die eine oder andere der Finnen (16) in Richtung der zweiten Endstellung während der Wendebewegung des Rumpfes bewegt wird, in welcher zweiten Endstellung sich die Finnen nach unten erstrecken und keine Hubkraft durch die nach unten gerichteten Finnen (16) ausgeübt wird.

2. Finnen-Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Montageeinrichtung Anschläge (38, 74, 76) zur Begrenzung der Winkelstellung der Finne zwischen den Endstellungen umfaßt, und bei der die Finnen (16) in der ersten Endstellung nach unten und außen in Bezug aufeinander gerichtet sind.

3. Finnen-Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Montageeinrichtung (28) derart angeordnet ist, daß die Schwenkachse mit dem Rumpfboden fluchten kann, und daß die Montageeinrichtung (28) weich konturiert ist zur Reduzierung des Strömungswiderstandes.

4. Finnen-Anordnung nach Anspruch 3, bei der die Montageeinrichtung (60-76) derart angeordnet ist, daß die Schwenkachse nach außen in einen Abstand zu der Bodenfläche des Rumpfes gebracht werden kann.

5. Finnen-Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Montageeinrichtung (28) in einer Ausnehmung der Rumpfbodenfläche befestigt ist.

6. Finnen-Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Montageeinrichtung einen Fuß (60) umfaßt, der im Gebrauch aus der Rumpfbodenfläche herausragt, welcher Fuß befestigbar ist an einer Finnen-Schiene (80) eines Segelbootes.

7. Finnen-Anordnung nach Anspruch 6, bei der der Fuß (60) Befestigungseinrichtungen (82, 84) zur Befestigung in einer Aufnahmenut der Finnen- Schiene umfaßt.

8. Finnen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Montageeinrichtung eine Einrichtung umfaßt, die eine Änderung des Anstellwinkels der Finne (16) gestattet.

9. Wasserfahrzeug mit einem Rumpf (12) und zwei flügelförmigen Finnen (16) am Boden des Rumpfes in Richtung des hinteren oder heckseitigen Bereichs (22) des Fahrzeugs in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittellinie (LC) oder Symmetrieachse des Rumpfes (12), derart, daß im Gebrauch die Finnen schwenkbar sind und im wesentlichen vollständig in das Wasser eintauchen, wobei jede Finne (16) in Bezug auf die Montageeinrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Finnen (16) derart positioniert und/oder geformt sind, daß die beiden Finnen die erste Endstellung im Gebrauch einnehmen, wenn das Fahrzeug auf einem Vorwärtskurs fährt, und daß die Finnen (16) dabei derart auf das sich relativ bewegende Wasser treffen, daß sie eine Hubkraft entsprechend der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugen, welche Hubkraft mit dem Rumpf (12) derart reagiert, daß das Heck des Rumpfes angehoben wird, und daß die einer oder andere Finne (16) in Richtung der zweiten Endstellung während einer Wendebewegung des Rumpfes bewegt wird, welche Finne in der zweiten Endstellung nach unten gerichtet ist und keine Hubkraft durch diese nach unten gerichtete Finne (16) ausgeübt wird.

10. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, bei dem die Finnen (16) in der ersten Endstellung sich nach unten und voneinander fort nach außen erstrecken, bei dem der Rumpf (12) ein Gleitrumpf ist, und daß die Hubkraft ausreicht zur Reduzierung des Gleitwinkels des Rumpfes.

11. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, bei dem die Finnen (16) in der ersten Endposition nach unten und auseinander nach außen gerichtet sind mit einem Winkel von etwa 40º bis etwa 60º in Bezug auf die Senkrechte, und daß sie in der zweiten Endstellung senkrecht nach unten gerichtet sind.

12. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9, 10 und 11, bei dem die Finnen (16) scharnierförmig am Rumpf aufgehängt und frei zwischen der ersten und zweiten Endstellung schwenkbar sind.

13. Wasserfahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Finnen (16) scharnierförmig an dem Rumpf (12) angebracht und frei zwischen der ersten und zweiten Endstellung schwenkbar sind, daß sich jede Scharnierachse im wesentlichen in Fahrtrichtung in Bezug auf den Rumpf (12) erstreckt, und daß die Finnen (16) derart angeordnet sind, daß sie sich automatisch in die erste Endstellung entsprechend der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs entlang einem im wesentlichen geraden Kurs bewegen.

14. Wasserfahrzeug nach Anspruch 12 oder 16, bei dem diejenige Finne (16), die sich auf der Außenseite eines Bogens befindet, aus der ersten Endstellung in die zweite Endstellung geschwenkt werden kann, so daß sie sich im wesentlichen senkrecht nach unten erstreckt und ein Eingraben der Finne (16) während der Bogenfahrt vermieden wird, während die Finne (16) auf der Innenseite des Bogens in der ersten Endstellung verbleibt und weiterhin eine Hubkraft auf den Rumpf (12) ausübt.

15. Wasserfahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Finnen (16) scharnierförmig an dem Rumpf (12) angebracht und frei zwischen der ersten und zweiten Endstellung schwenkbar sind, bei dem sich jede Scharnierachse im wesentlichen in Fahrtrichtung erstreckt, und daß Anschläge (38) vorgesehen sind, die die Bewegung der Finnen zwischen der ersten und zweiten Endstellung begrenzen.

16. Wasserfahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Finnen (16) scharnierförmig an dem Rumpf (12) angebracht und frei zwischen der ersten und zweiten Endstellung schwenkbar sind, bei dem sich jede Scharnierachse im wesentlichen in Fahrtrichtung erstreckt und nahe der Rumpfbodenfläche liegt, und bei dem jede Scharnierachse im Winkel nach außen in Bezug auf die Längsmittellinie (LC) gerichtet ist und einen positiven Anstellwinkel bildet.

17. Wasserfahrzeug nach Anspruch 13, 15 oder 16, bei dem die Scharnierachse dicht an der Bodenfläche des Rumpfes liegt.

18. Wasserfahrzeug nach Anspruch 13, 15 oder 16, bei dem jede Scharnierachse nach außen im Abstand zur Rumpfbodenfläche liegt.

19. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem der Rumpf ein Segelbootrumpf ist.

20. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 18, bei dem feste Finnen an dem Rumpf vorgesehen sind.