EP2137061B1

EP2137061B1 - Biegeschlagflügel und antriebsvorrichtung für einen biegeschlagflügel

Info

Publication number: EP2137061B1
Application number: EP08735380A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Bannasch; Leif Kniese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: WO2008128780A1; US20110281479A1; ATE501925T1; US8323062B2; DE502008002883D1; EP2137061A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung insbesondere für einen Biegeschlagflügel, einen Biegeschlagflügel mit einer solchen Antriebsvorrichtung sowie ein Wasserfahrzeug mit einem Antriebs- und/oder Steuerorgan.
Die Antriebsvorrichtung für einen Biegeschlagflügel ist an einer Seite mit einem Antrieb verbindbar ausgestaltet und weist ein im Wesentlichen in Form eines Keiles ausgebildetes Biegeelement auf, das wenigstens zwei, sich vom Antrieb weg erstreckende und auf der Seite des Antriebs voneinander beabstandete Biegeabschnitte aufweist, deren Abstand voneinander sich in Richtung vom Antrieb weg verringert und die im Bereich des vom Antrieb abgewandten Ende des Biegeelementes kraftübertragend gekoppelt sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen Biegeschlagflügel, der sich elastisch dreidimensional verformen kann, wobei eine Formänderung mit stetigem Konturübergang stufenlos einstellbar ist.
Die Erfindung wurde in mehreren Aspekten durch Beobachtungen des Vogelfluges und des Unterwasser-Fluges von Pinguinen, Seeschildkröten, Manta-Rochen inspiriert, die über interessante Flug- bzw. Schwimmeigenschaften und zum Teil außergewöhnliche Manövrierfähigkeiten verfügen, welche mit in der Technik üblicherweise verwendeten, vergleichsweise starren Systemen bisher so noch nicht erreicht werden konnten.
Sie entspringt dem Wunsch, eine technische Lösung zu schaffen, die sich im bewegungskinematischen und strömungsdynamischen Verhalten den Naturvorbildern (insbesondere den Manta-Flügeln) ein Stück weit annähert und - ohne die Biologie im Detail kopieren zu wollen - auf möglichst einfache Weise mit den in der Technik verfügbaren Mitteln und Materialen realisiert werden kann.
Konstruktionen, bei denen in der Interaktion von flexiblen Verbundstrukturen mit der Umgebung bemerkenswerte Eigenschaften erzielt werden, sind im Stand der Technik z.B. unter dem Markenname Fin Ray Effect ® bekannt und umfassen z.B. Zahnbürsten, Hebelkonstruktionen, Zangen, Schwimmflossen etc. Diese haben mit anderen, gleichermaßen bekannten Profilelementen für Segel und Flugzeugflügel gemein, dass sie sich unter äußerer Krafteinwirkung auf für die betreffende Anwendung vorteilhafte Weise passiv verformen. Einige Konstruktionen sind um eine Drehachse an der Basis kipp- oder schwenkbar oder können - z. B. im Fall einer Rückenlehne eines Sitzes - auch formändernd verspannt werden.
In AU 6563380 A (MC Kinlay I. B.) wird eine Ruderkonstruktion beschrieben, die an einer Achse gehalten wird und eine in der Querschnittsebene veränderliche Profilform aufweist.
Bekannt sind zudem Profilelemente - speziell für Schiffssegel ( LU 88 528 A , Thirkell Laurent) und Tragflügel ( EP 0 860 355 A1 , Flavio Campanile) - mit einer flexiblen Außenhaut und innen liegenden Abstandshaltern, die von einem biegesteifen Mittelteil auf Länge gehalten oder seitlich verkrümmt werden, sowie Flügelrippen mit einem geschlossenen - und somit längenkonstanten - biegsamen Außengürtel, deren Wölbung in begrenztem Umfang über eine aktive Veränderung des Neigungswinkels von inneren Aussteifungselementen gegenüber dem Außengürtel variiert werden kann. Die Variation zielt in den besagten Fällen auf eine Beeinflussung der Profilgeometrie in Anströmrichtung ab, die Flügelgeometrie in Mast- oder Spannweiterichtung wird nicht angesprochen.
Das Dokument US 6089178 , das als nächstliegender stand der Technik angesehen wird, beschreibt eine Antriebsvorrichtung für untervasserfahrzuge, wobei auf jeder Seite des Fahrzeuges eine Biegegschlaglamelle angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfache konstruktive Maßnahmen einen elastisch biegsamen Flügel sowie eine Antriebsvorrichtung für einen solchen Flügel zu schaffen, der sich in mehreren Richtungen verformen kann und bei dem eine stufenlose Formänderung mit fließendem Konturübergang einstellbar ist, so dass diese z. B. in der strömungsdynamischen Anwendung für Steuerfunktionen oder auch zur Vortriebserzeugung genutzt werden kann, wobei hinsichtlich der Nutzung im weiteren Sinne auch andere Anwendungsfunktionen ermöglicht werden sollen.
Ferner wird angestrebt, zwei oder mehr Flügel zu einem System für die Quertriebs-, Vortriebs- und/oder Auftriebserzeugung, beispielsweise zu einem Wasserfahrzeug nach Art eines "bionischen Nurflüglers", zu vereinen, der mit Rochen-ähnlicher Beweglichkeit komplexe Flugmanöver ausführen kann.
Insbesondere wird angestrebt, sämtliche Teile des Flügels, insbesondere dessen Antriebsvorrichtung die Teile seines Skeletts möglichst flexibel zu gestalten, weich und gelenkig miteinander zu verbinden und dennoch eine hohe Strukturfestigkeit zu erzielen.
Diese Aufgabe wird von der Antriebsvorrichtung für einen Biegeschlagflügel erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Biegeabschnitte an der Seite des Antriebs im Wesentlichen entlang der Längsachse des Keils relativ zueinander beweglich gehalten sind und das Biegeelement in Abhängigkeit von der relativen Position der Biegeabschnitte an der Seite des Antriebs in eine unterschiedliche, in Dickenrichtung des Biegeschlagflügels, d. h., senkrecht zum Querschnitt des in Form eines Keils ausgebildeten Biegeelementes, weisende Krümmung überführbar ausgestaltet ist.
Der erfindungsgemäße Biegeschlagflügel löst die obige Aufgabe dadurch, dass wenigstens eine der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen vorgesehen ist zur Veränderung der Außenkontur des Biegeschlagflügels, wobei die antriebsseitigen Enden der Biegeabschnitte im Bereich der Flügelwurzel angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug löst diese Aufgabe dadurch, dass das Antriebs- und/oder Steuerorgan ein erfindungsgemäßer Biegeschlagflügel ist. Die Bezeichnung Wasserfahrzeug umfasst auch Fahrzeuge, welche sich in anderen Fluiden, inklusiven Gasen bewegen, also auch Luftfahrzeuge.
Unter einen Biegeabschnitt sind sowohl Zugelemente, z.B. Zugkräfte übertragende Seile, als auch Druckelemente, welche Zug- und Druckkräfte übertragen, wie Druckstangen oder Holme zu verstehen. Diese Biegeabschnitte können auch flächige Elemente, z.B. eine biegsame Platte sein. Unter der Form eines Keils ist ein Körper zu verstehen, bei dem zwei Elemente oder Seitenflächen, einen spitzen Winkel definierend aufeinander zulaufen. Keilform im Sinne der vorliegenden Erfindung kann umfassen, setzt aber nicht voraus, dass die aufeinander zulaufenden Elemente sich auch in einem spitzen Winkel treffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass ein Biegeschlagflügel - z. B. im strömungsdynamischen Sinne ein Flügel oder Steuerorgan - mit einem flexiblen Trägerelement als Biegeabschnitt ausgestattet ist, welches im Inneren des Flügels in Spannweitenrichtung verläuft und als Biegeträger fungiert, welcher mit einem Aktuator verbunden ist, der den Biegeträger quer zur Flügelfläche stufenlos verkrümmen kann.
Daraus ergibt sich, dass - wenn der einen Biegeabschnitt definierende Biegeträger in der besagten Anordnung verkrümmt wird, die Auslenkung in Spannweitenrichtung nichtlinear anwächst und am distalen Ende, d. h. an der Flügelspitze jeweils ihren größten Wert erreicht. Eine solche Bewegung ist für den Antrieb und/oder die Steuerung mit einem z. B. am Heck eines Fahrzeuges angebrachten erfindungsgemäßen Flügels und/oder bei der Vortriebserzeugung mit einer zyklischen Schlagbewegung eines quer zur Strömung angeordneten Flügels oder auch zur Stabilisierung eines Strömungskörpers von großem Vorteil, da hierbei im äußeren Flügelbereich der größte Effekt erzielt wird.
Im Unterschied zu der sonst allgemein üblichen Vorgehensweise, dass zur Erzeugung eines Flügelausschlages der Flügel an der Wurzel als Starrkörper um eine Gelenkachse gedreht bzw. geschwenkt wird, wobei ein hohes Wurzelbiegemoment entsteht, das durch eine entsprechend steife und massive Holmauslegung aufgefangen werden muss, und sich der Flügel unter Einwirkung der fluiddynamischen Kräfte allenfalls passiv, d. h. entgegen der Schlagrichtung verformt, besteht eine wesentliche Besonderheit der vorliegenden Erfindung darin, dass die Verstellkraft nicht an der Wurzel und nicht quer zum Holm, sondern an der Spitze des Trägerelementes bzw. etwa im Bereich des Kräfteschwerpunktes der strömungsdynamischen Kräfte im Außenbereich des Flügels in die Struktur eingebracht wird, um gezielt den Außenbereich des Flügels zu aktuieren.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, der erfindungsgemäße Biegeschlagflügel sowie das erfindungsgemäße Luft- und Wasserfahrzeug können durch verschiedene, voneinander unabhängige jeweils für sich vorteilhafte Ausgestaltungen weiter entwickelt sein. Auf diese Ausgestaltungen und die mit den Ausgestaltungen jeweils verbundenen Vorteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
Die Kraftübertragung auf den Außenbereich des Flügels kann erfindungsgemäß durch Zugelemente oder Druckstangen als Biegeabschnitte des Biegeelementes geschehen, die vom proximalen Ende, also von der Flügelwurzel aus in Form eines Keils unter spitzem Winkel zur vom Abtrieb abgewandten Seite, z.B. einer Spitze des Biegeelementes geführt werden, wo die Biegeabschnitte an dessen vom Antrieb abgewandten Ende kraftübertragend verbunden sind. Mittels entsprechender Aktuatoren eines Antriebs kann wenigstens einer der abtriebsseitigen Abschnitte eines Biegeabschnittes bedient werden, wobei Zugelemente, - seile etc. in der Regel schlanker und leichter als Druckstäbe sind, und im Hinblick auf den Leichtbau und auch aus diversen anderen Gründen in der Regel zu bevorzugen sind. Da die Verstellkraft vom Angriffswinkel abhängt, der im Fall eines Biegeschlagflügels aber durch die Profilhöhe an der Wurzel des Flügels begrenzt wird, kann bei mittiger Anordnung der Trägerelemente, d.h. tragender Biegeabschnitte auch nur die halbe Profil- bzw. Flügelhöhe als Basisabstand, d.h. der abtriebsseitige Abstand zweier gekoppelter Biegeabschnitte, genutzt werden. Bei großem Basisabstand ist die Zugkraft entsprechend größer und zugleich ist der Verstellweg kleiner. Je nach Anwendung, Vorgaben und Einflussfaktoren, u. a.: Stärke der einwirkenden bzw. aufzubringenden Kräfte, Längen- Dicken-Verhältnis des zu bewegenden Flügels, Aktuatorprinzip, sensorischen Anforderungen und anderweitigen Rahmenbedingungen, zu entscheiden, welche Ausführungsform die geeignetste ist.
Bei einseitiger Krafteinwirkung bzw. einer Anwendungssituation, in der der Flügel nur in einer Schlagrichtung aktiv bewegt werden muss, bietet es sich z. B. an, wenigstens einen Biegeabschnitt des Biegeelementes soweit als möglich an die Außenkontur des Flügels zu verlagern und die Verkrümmung vorzugsweise über ein oder mehrere Zugelemente zu realisieren, die nach Möglichkeit in der Nähe oder in der gegenüberliegenden Außenkontur angeordnet sind. Auf diese Weise wird der größtmögliche Basisabstand reduziert. Bei beidseitig bzw. in beiden Bewegungsrichtungen symmetrischen Kraftverhältnissen kann zur Kraftübertragung ein druckstabiler Biegeabschnitt mit einem weiteren druckstabilen Biegeabschnitt gekoppelt sein.
Generell sei vermerkt, dass bei Nutzung des verfügbaren Einbauraumes zur Anordnung der Gurte möglichst weit im Außenbereich und einen entsprechend großen Basisabstand das Flächenträgheitsmoment und somit die Strukturfestigkeit des Flügels erhöht wird.
So kann ein Abschnitt wenigstens eines Biegeabschnittes am antriebsseitigen Ende in einem Lager kippsicher gehalten sein. Kippsicher bedeutet, dass der gehaltene Abschnitt relativ zum Lager nicht gekippt werden kann. Eine Drehbewegung um die Längsachse des gehaltenen Abschnitts sowie eine axiale Verschiebung entlang der Längsachse sind zulässig und in einigen Ausführungen auch erwünscht. Bei anderen Ausführungen kann der gehaltene Abschnitt im Lager auch fixiert sein.
So kann die Erfindung zudem eine Lagerung vorsehen, die im allgemeinsten Sinne ein irgendwie geartetes Bauteil bedeutet, an welchem die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung bzw. der antriebsseitigen Biegeabschnitte der erfindungsgemäße Flügel befestigt, gehalten oder geführt sein kann - z. B. eine Platte, eine offene Rahmenstruktur, ein Spannelement oder eine geschlossene Hülle, ein Rumpfsegment etc., gegebenenfalls auch ein anderer Flügel. Somit kann das erfindungsgemäße Biegeelement des erfindungsgemäßen Flügels bzw. dessen Antriebsvorrichtung im antriebsseitigen Basisbereich, d. h. an seiner Wurzel, in einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf die Halterung kippsicher - womit nicht um ein Drehegelenk schwenkbar gemeint ist - geführt ist. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das zur Lagerung verwendete Bauteil dann seinerseits wieder in einer aus dem Stand der Technik bekannten Form beweglich gelagert sein kann und sich insgesamt vielfältige Kombinationsmöglichkeiten mit bekannten Konstruktionen ergeben, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen werden soll.
Im Folgenden befasst sich die Beschreibung im Wesentlichen mit einer vorteilhaften Ausführung für Flügel mit relativ schlanken Profilen, die beidseitig belastbar und mit geringem Kraftaufwand bei stetigem Konturverlauf beidseitig aktuierbar ist.
In der besagten vorteilhaften Ausführungsform ist der als ein Biegeabschnitt dienender Biegeträger an der oberen oder unteren Profilkante angeordnet und wird in seinem Basisbereich in einer geeigneten Aufnahme am Rumpf vorzugsweise so gehalten, dass seine Oberkante etwa tangential in die Rumpfkontur übergeht. An der gegenüberliegenden d. h. entsprechend unteren oder oberen Profilkante, ist ein flexibler Druckstab als weitere Biegeabschnitt eingefügt, der im Außenbereich des Flügel im spitzen Winkel mit dem Biegeträger verbunden ist und in der Projektion auf Mittelebene des Flügels die gleiche Ausrichtung wie der oben genannte Biegeträger hat, mit selbigem am gewünschten Angriffspunkt kraftschlüssig verbunden ist, und in seinem Basisbereich auf der betreffenden Rumpfseite in einer entsprechenden Aufnahme gleitend geführt wird, so dass er in seiner Längsrichtung verschoben werden kann. Für die axiale Verschiebung ist ein Aktuator vorgesehen, der im Basisbereich oder zumindest in der Nähe desselben oder am Ende des Druckstabes direkt oder mittels einer geeigneten mechanischen Verbindung angreift. Da der Flügel in beide Richtungen ausgelenkt werden soll, fungiert der Druckstab in der Gegenrichtung als Zugelement, wobei -Aktion gleich Reaktion- klar ist, dass auch der Biegestab in seiner Längsrichtung abwechselnd mal auf Zug und mal auf Druck belastet wird. Aus der Symmetriebedingung geht hervor, dass der Biegeträger und der Druck- bzw. Zugstab als Biegeabschnitte im Flügelbereich auch identisch ausgelegt werden können, weshalb sie in weiteren allgemein als "Holme" oder "Gurte" bezeichnet werden. Dabei sei klar gestellt, dass die Gurte bzw. Holme gegebenenfalls auch flexible flächige Elemente, Komposite oder Funktionseinheiten sein können, die sich aus mehreren, nebeneinander angeordneten Strukturkomponenten bzw. Faserelementen zusammensetzen, welche in Bezug auf ihre individuelle Auslegung und Faserausrichtung feinere Differenzierungen aufweisen, ggf. auch individuell auswechselbar gestaltet sein können, womit z. B. ein variable Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingungen ermöglicht wird und Service und Reparatur erleichtert werden. Abgesehen von dem beim Lastwechsel als Zug- oder Druckspannung alternierenden Vorzeichen der Spannungsrichtung in Verlaufsrichtung der Holme oder Gurte werden die mechanischen Eigenschaften und insbesondere auch die Biegeeigenschaften des Biegeträgers bzw. des Biegeschlagflügels insgesamt stets im Zusammenwirken der mechanischen Eigenschaften und der geometrischen Anordnung aller Teilkomponenten im Verbund bestimmt. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion enthält der Flügelträger zwei physisch oder zumindest funktionell differenzierbare Strukturelemente, die einzeln oder im Verbund in einer geeigneten/ erfindungsgemäßen Weise variabel angesteuert bzw. aktuiert werden können. Mit anderen Worten: Beide Holme zusammen bilden das Biegeelement einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion.
Die Krümmung bzw. Biegebewegung des Flügels die wird in der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch herbeigeführt, dass die beiden Holme in ihrem Basisbereich relativ zueinander axial verschoben werden. Dieses impliziert zwei Möglichkeiten. So kann z. B. ein Holm an seiner Wurzel fixiert sein, während der andere beweglich gelagert ist. Ebenso können auch beide Holme beweglich, d.h. in axialer Richtung verschiebbar gelagert sein. Die Führung kann einseitig z. B. innen oder außen, vorn oder hinten beispielweise in einer Führungsnut, Gleitschiene o. Ä. oder in eine Hülse ggf. auch Kugel- oder Rollenlagern oder auch freihängend, d. h. ohne direkte Festkörperberührung beispielsweise über eine geeignete Ausrichtung bzw. Verspannung von Zugelementen realisiert werden, welche in vorteilhafter Weise mit dem Aktuator-System gekoppelt sein können.
Die Biegekurve, d. h. der Biegeverlauf eines gebogenen Biegeabschnittes, kann in vorteilhafter Weise durch konstrukive Maßnahmen (Materialverteilung, Geometrie etc) und/oder durch operative Maßnahmen beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Biegeelement im Wesentlichen in Form eines pyramidenförmigen Keils ausgestaltet sein und wenigstens drei, antriebsseitig voneinander beabstandete Biegeabschnitte aufweisen, deren Abstände voneinander sich in Richtung vom Antrieb weg verringert. Bei dieser Anordnung kann das Biegeelement nicht nur in einer Biegeebene verbogen werden, sondern kann, durch entsprechend aktuierte Relativbewegungen der antriebsseitigen Biegeabschnitte des Biegeelementes in einer weiteren Raumachse, d. h. auch aus der Biegeebene heraus gekrümmt werden. Das vom Antrieb abgewandte Ende des Biegeelements kann somit in sich schneidenden Krümmungsebenen gebogen werden, wodurch sich beispielsweise kreisförmige Biegebewegungen erzielen lassen.
Zwei stabförmige Biegeabschnitte, die als ein Keil ausgebildet sind, können nur in der Biegeebene gekrümmt werden, welche die Längsachsen des Keiles aufspannen. Koppelt man nun an die Spitze dieses Keiles einen weiteren Biegeabschnitt, der an der Seite des Antriebs von dieser Biegeebene beabstandet ist, so kann der ursprünglich V-förmige Biegekeil aus seiner Biegeebene heraus gekrümmt werden, wenn über den dritten Biegeabschnitt eine Zug- oder Druckkraft auf die Spitze des Keils ausgeübt wird.
Alternativ kann das Biegeelement auch vier Biegeabschnitte aufweisen, welche einen Keil in Form einer Pyramide mit einer viereckigen Grundfläche ausbilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann sich das dem Antrieb abgewandet Ende des Biegelementes in Richtung vom Antrieb weg als flexibler Fortsatz fortsetzen.
Auf diese Weise kann eine natürlicher anmutende Bewegungskinematik des Biegeelementes bzw. des von diesen angetriebenen Biegeschlagflügels erreicht werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Verbindungspunkt der Biegeelemente, z. B. zweier biegsamer Holme, bei etwa 2/3 bis 4/5 des maximalen Abstandes der maximalen Länge des Biegeelementes liegt, wodurch sich das Biegeelement ab dem Verbindungspunkt als flexibler Fortsatz zur Flügelspitze hin insgesamt weicher, d. h. biegsamer und leichter verbindbar fortsetzt, so dass sich ein "Armbereich" und ein Handbereich" unterscheiden lassen, welche unterschiedliche Eigenschaften besitzen und in sich in der Bewegungskinematik und in ihrem strömungsdynamischen Verhalten insofern unterscheiden, als der Handbereich im Auf- und Abschlag jeweils elastisch nachläuft und von vorn betrachtet, im Vergleich zum Armbereich in entgegensetzter Richtung gekrümmt ist. So ergibt sich in der Wechselwirkung mit dem Fluid eine überlagerte Biegeschwingung bzw. im Schlagzyklus eine Wellenbewegung, ohne dass dazu eine zusätzliche Aktuatorik benötigt wird. Zudem verbessert sich durch den S-Schlag das Strömungsverhalten an der Spitze und insbesondere bei einer Anordnung als Schwanz das Abrissverhalten der Strömung an der Hinterkante. Eine weiche Flügelspitze ist zudem bruchsicherer und kann im Fall einer Kollision auch außen keinen Schaden anrichten.
In einer weiteren Variante kann der Handbereich auch seinerseits als ein kleinerer Biegeschlagflügel bzw. einer Antriebsvorrichtung für diesen gestaltet sein, welcher separat angesteuert werden kann, so dass sich im Zusammenwirken von Arm- und Handflügel komplexere Bewegungsabläufe, bzw. gezielte Steuerfunktionen und Manöver realisieren lassen und das Strömungsverhalten inkl. Randwirbelbildung aktiv wie auf einem steuerbaren Winglet kontrolliert bzw. beeinflusst werden.
Ein weiterer wichtiger Freiheitsgrad der Bewegung kann dadurch erreicht werden, dass der Flügel in Spannweitenrichtung elastisch verwunden werden kann. Dieses ist besonders bei der Vortriebserzeugung wichtig. In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, dass in einer bevorzugten Ausführungsform auch das Biegeelement selbst torsionselastisch gestaltet ist. Die Torsionseigenschaften können durch Material und konstruktive Auslegung des oder der Biegeabschnitte vorgegeben bzw. eingestellt werden und durch die Strukturspannung, unterschiedlich starke Zugkräfte bzw. auch einen variablen Innendruck in den Biegeabschnitten in gewissen Grenzen beeinflusst werden.
Die Torsion kann einerseits passiv erfolgen, z. B. durch asymmetrische Einwirkung äußerer Kräfte auf den vorderen und hinteren Flügelbereich, andererseits aber auch - beispielsweise zum Steuern und Navigieren aktiv herbeigeführt werden. Mittels eines steuerbaren Aktuators kann auf einfache Weise die Torsionssteifigkeit des Flügels verändert und eine Dämpfung, Verstärkung bzw. aktiven Herbeiführung einer Verwindung der Flügel erreicht werden.
Die Flügelverwindung kann erfindungsgemäß auf unterschiedlichste Weise aktiv gesteuert werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung Zugelemente aufweisen, welche zumindest in einem Abschnitt spiralförmig im oder um wenigstens einen Biegeabschnitt verlaufen. Alternativ können in einem Abstand vom Biegeelement zwei voneinander beabstandete Profile in Bezug auf deren Profilhöhe diagonal verspannt sein und bei Zugeinwirkung den Diagonalabstand verkürzen, so dass die Profilelemente relativ zueinander um die Längsachse des Aktuatorarmes verdreht und die von den Profilelementen aufgespannte Fläche entsprechend verwunden wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführung kann die Übertragung einer Torsionskraft mittels einer flexiblen Welle erreicht werden.
Andererseits kann es in bestimmten Anwendungen günstig sein, dass pro Flügel zwei oder auch mehrere Antriebsvorrichtungen vorhanden sind, die voneinander beabstandet sind und beweglich mit Profilelementen, welche die Außenkontur des Flügels definieren, verbunden sind, wobei die Trägerelemente in Bezug auf ihre vertikale Auslenkung individuell angesteuert werden können. Dadurch können sich das vordere und hintere Biegeelement verschieden stark gekrümmt und somit die Flügelfläche auf unterschiedliche Weise vertwistet werden kann. Mit zwei oder mehr tragenden Biegeelementen können auch komplexere kinematische Abläufe realisiert werden - z. B. undulatorische Bewegungen etc.
Auf besonders vorteilhafte Weise kann eine kombinierte Biege- und Torsionsbewegung dadurch erreicht werden, dass sich wenigstens ein Biegeabschnitt zumindest abschnittsweise im Wesentlichen schraubenförmig vom antriebsseitigen Ende des Biegeelementes zum vom Antrieb abgewandten Ende des Biegeelementes erstreckt.
Erwähnt sei auch, dass mittels einer steuerbaren seitlichen Verwindung eines im Heckbereich eines Wasserfahrzeugs angeordneten erfindungsgemäßen Biegeschlagflügels auf diese Weise eine kombinierte Quer- und Höhenruderwirkung erreicht werden kann, deren Vorteile vom Vogelflug hinreichend bekannt sind.
Ein S-Schlag und ggf. verbessertes Abströmverhallten kann zudem auch in Profilrichtung, d.h. vom antriebsseitigen Ende zum abtriebsseitigen Ende, erreicht werden, indem z. B. Profilelemente mit einer flexiblen Hinterkante ausgestattet sind, die am abtriebsseitigen Ende des Flügels angeordnet sind. Flexible Hinterkanten sind auch geeignet, um z. B. in einer Manta-Rochen-ähnlichen Konstruktion mit zwei dreieckförmigen Flügeln und einem Schwanz sowie einer die Gesamtkonstruktion überspannenden elastischen Haut - bionischer Nurflügler - eine gleichmäßige stetige 3D-Verformung der gesamten, auf vielfältige Weise verkrümmbaren Fläche zu ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein mit dem antriebsseitigen Ende wenigstens eines Biegeabschnittes bewegungsübertragend verbindbarer Antrieb vorhanden sein, durch den im Betrieb eine zum vom Antrieb abgewandten Ende des Biegeelementes gerichtete Antriebskomponente in den Biegeabschnitt einleitbar ist.
Die Krafteinleitung zur axialen Verschiebung im Wesentlichen entlang der Längsachse des Keiles einer oder mehrerer Biegeabschnitte, z. B. Holme, im Wurzelbereich kann erfindungsgemäß auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise mittels entsprechender Hebelkonstruktionen oder anderweitigen Mitteln der Bewegungsumsetzung oder auch direkt mittels Linearantrieb: z. B. Linearmotoren, hydraulische, pneumatische Funktionselemente, künstliche Muskeln etc., die ggf. zugleich auch als Führungs- oder Halteelemente fungieren können. Auch hier bietet der Stand der Technik vielfältige Konstruktionsmöglichkeiten und fortlaufende Weiterentwicklungen, die hier nur beispielhaft angesprochen werden können, jedoch gleichrangig in die Erfindung einbezogen werden.
Exemplarisch sei eine vorteilhafte Ausführungsform des Antriebes etwas näher erläutert, bei der die Anbindung bzw. Krafteinleitung über Zugseile, Gurte, Bänder oder Transmissionsriemen erfolgt, die mit einem geeigneten Aktuator verbunden sind.
Eine günstige Krafteinleitung ergibt sich in diesem Fall insbesondere, wenn diese Zugelemente in axialer Ausrichtung bzw. möglichst tangential an dem betreffenden Biegeabschnitt angreifen, wobei Längsverschiebung durch Zug in distaler oder proximaler Richtung oder abwechselnd auch in beiden Richtungen erfolgen kann. Die Anbindung an den Biegeabschnitt kann z. B. mittels geeigneter Fügetechniken form-, Stoff- und/oder kraftschlüssig realisiert sein. Andererseits können, ähnlich wie bei biologischen Objekten Knochen und Sehnen miteinander verbunden sind, die Zugelemente dem betreffenden Holm als Biegeabschnitt auch seitlich oder in axialer Verlängerung entspringen, z. B. in Gestalt von flexiblen Fasern, die dann in geeigneter Weise gebündelt, geflochten, verwebt, verklebt und/oder bei Bedarf auch mit einer Schutzhülle umgeben werden können. Über Zugseile können die Bewegungskräfte platz- und gewichtssparend auch über größere Distanzen übertragen und z. B. über Rollen, Führungskanäle, Bowdenzüge etc. in die gewünschte Richtung gelenkt werden, so dass der dazugehörige Aktuator nahezu an beliebiger Stelle angeordnet werden kann, beispielsweise im Rumpf oder im Flügel selbst und der übrige Bauraum nicht durch die mechanischen Übertragungselemente blockiert wird. Zugleich kann auch eine maximale Beweglichkeit der Gesamtkonstruktion gewährleistet werden. In weiterer Anlehnung an die Biologie können die Fasern natürlich auch nach Art der Faszien mit einem künstlichen Muskelelement verbunden sein, dessen Aktuatorprinzip z. B. auf Längen- oder Volumenänderung basiert.
Neben ihrer Verstellfunktion können die kraftübertragenden Elemente in vorteilhafter Weise auch zur Befestigung eines Flügels beispielsweise an einem Träger oder Rumpfsegment genutzt werden.
Insbesondere kann der Antrieb wenigstens ein reversierbares Kraftübertragungselement aufweisen, welches wenigstens zwei Biegeabschnitte antriebsseitig miteinander verbindet. Dieses Ausführungsform umfasst z. B., dass zumindest ein Holm als Beispiel eines Biegeabschnittes mit einem schlaufenförmigen Zugband befestigt ist, das an beiden Enden oder als umlaufende Schlaufe mit einem motorischen Element zur Längsverschiebung des Holmes verbunden ist und im antriebseitigen Basisbereich des Biegeelementes um eine geeignete Aufnahme bzw. die Rumpfkontur geführt ist - vorzugsweise in einer Gleitbahn, über ein Rad oder ein mehrgliedriges Rollenlager - , so dass beim Zug des schlaufenförmigen Zugbandes in die eine oder andere Richtung der Befestigungspunkt des Holmes z. B. tangential entlang der Außenkontur der Stützstruktur verschoben wird.
Da bei jeder Zug- und Druckbelastung und entsprechender Biegebewegung auch Querkräfte auftreten, ist erfindungsgemäß eine geeignete Maßnahme vorgesehen, die verhindert, dass sich die Holme bzw. Gurte vom Flügelkörper/Profilkörper lösen.
Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass wenigstens ein Formstabilisator vorgesehen ist, welcher den maximalen Abstand zweier Biegeabschnitte an wenigstens einer Stelle des Biegeelementes begrenzt.
Bei Einwirkung der Aktuatorkraft verkrümmt sich der Druckstab nach außen konvex, während der Zuggurt gestrafft, d. h. in die Gerade gezogen wird. Die Aufgabe, den Abstand zwischen den Biegeabschnitten und damit die Profilhöhenverteilung des Flügels in der vorgegebenen Form zu erhalten kann auf verschiedene Weise gelöst werden. Dieses kann z. B. durch eine im äußeren Konturbereich ausgebildete bzw. außen aufliegende Haut, die in geeigneter Weise an passender Stelle zusammengehalten wird, durch außen oder innen liegende Spangenelemente, umlaufende Konturbänder, spezielle Führungstaschen am bzw. im Profilkörper, eine Befestigung an Profilrippen oder sonstige Abstandshalter geschehen, welche die Holme mittelbar oder unmittelbar verbinden, ohne die relative Längsverschiebung der Holme zueinander zu behindern.
Insbesondere können Verbindungsmittel vorgesehen sein, welche jeweils zwei Stellen der Biegeabschnitte unabhängig von der Verformung des Biegeelements im gleichen Abstand voneinander halten.
Dabei ist es hilfreich zu wissen, dass zwischen den Biegeabschnitten bei normaler Belastung eigentlich nur Zugkräfte übertragen werden müssen, was dem Leichtbau entgegenkommt. So ist es z. B. möglich, Holme mit einem einfachen 3D-Geflecht zu umgeben, bzw. ein solches in die Biegeabschnitte einzulaminieren, das im Zwischenraum eine Reihe von Querfasern/Schussfäden enthält. Durch eine entsprechende Anzahl und geeignete Anordnung der Verbindungselemente kann zudem eine unerwünschte lokale Verformung, ein sogenanntes "Buckling" bzw. im Extremfall auch der Bruch des Druckstabes verhindert und der Kraftfluss innerhalb der Struktur so gelenkt werden, dass Scherkräfte vermieden werden, der Biegestab in seinem Inneren nur auf Druck belastet wird und dementsprechend schlank gehalten werden kann, was neben dem Leichtbau auch der Strukturelastizität zugute kommt.
Ferner kann in vorteilhafter Weise, gemäß einer weiteren Ausführungsform des Biegeschlagflügels, dieser eine biegsame Außenhülle aufweisen, in der das wenigstens eine Biegeelement sowie wenigstens ein mit dem Biegeelement verbundenes, das Strömungsprofil des Biegeschlagflügels definierende Formgebungselement angeordnet sind.
Alternativ kann eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Profilkörpern vorgesehen sein, die im Wesentlichen entlang eines Biegeabschnittes angeordnet sind. Auf diese Weise bilden die am Biegeabschnitt angeordneten Profilkörper das Skelett, welches das Strömungsprofil des Biegeschlagflügels definiert.
Besonders vorteilhaft können die Profilkörper gleichzeitig die Formstabilisatoren der Antriebsvorrichtung darstellen. Auf diese Weise definieren die Profilkörper nicht nur das Strömungsprofil des Biegeschlagflügels, sondern sorgen gleichzeitig dafür, dass der Abstand zwischen Biegeabschnitten begrenzt wird.
In diesem Zusammenhang soll explizit genannt werden, dass die erfindungsgemäßen Flügel bzw. Profilkörper oder Teile davon auf unterschiedlichste Weise und mit unterschiedlichsten Materialien aufgebaut sein können, beispielsweise in offener Skelettbauweise mit partieller, einseitiger oder beidseitiger Haut bzw. Außenbespannung, als Hohlkörper oder auch Vollkörper, welcher beispielsweise aus einem gummiähnlichen Material, Elastomer, aus einem elastischen Schaumstoff etc. bestehen, oder in seinem Inneren auch in geeigneter Weise strukturiert sein kann. In dieser Richtung liefert der Stand der Technik fortlaufend neue Möglichkeiten. In diesem Zusammenhang seien z. B. die 3D Web-, Strickverfahren, Klebe- und Fügetechniken, Gradient- und Komposit-Materialien, Laminate und Verbundwerkstoffe, Mehrkomponenten Spritzguss-Verfahren etc. erwähnt, die eine Fülle von unterschiedlichen Konstruktionsvarianten ermöglichen, die hier nur exemplarisch anhand wenige Beispiele/Ausführungsformen angesprochen werden können.
Bei einer in der Technik allgemein bevorzugten Skelettbauweise wird eine dreidimensionale Verformung erleichtert, wenn die Flügel so aufgebaut sind, dass alle Strukturelemente beweglich und in den Gelenken elastisch miteinander verbunden sind. Dazu können die Profilrippen auch ganz oder teilweise in einem Elastomer eingebettet sein oder aus einem solchen bestehen.
Eine bevorzugte Anordnung, die eine große Beweglichkeit bei zugleich guter Formhaltigkeit ermöglicht besteht z. B. darin, dass am Trägerelement ein torsionselastisches Profilelement oder eine Reihe von Profilrippen in einem vorgegebenen Winkelbereich seitlich verkippbar befestigt sind, die vorzugsweise in Strömungsrichtung ausgerichtet und vorzugsweise beidseitig beweglich an den Holmen befestigt sind. Dabei kann Befestigung der Profilrippen an dem Trägerelement ggf. auch zwei oder mehr Freiheitgrade aufweisen, so dass die Profilrippen z.B. seitlich kippbar und zudem auch um die Mittelachse des Trägerelementes über einen vorgegebenen Winkelbereich drehbar gelagert sind. Das erleichtert eine Verwindung des Flügels bzw. reduziert die Torsionsbeanspruchung der Holme. Vorteilhaft ist dabei auch, dass sich die beweglich aufgehängten Rippen ohne Kraftaufwand fächerförmig verspreizt oder mit ihren freien Enden zusammengeführt werden können, und so der mit der 3D-Verformung der Flügelfläche verbundenen Längenänderungen, insbesondere im Bereich der Flügelhinterkante skelettseitig praktisch kaum Widerstand entgegengesetzt wird.
Selbstredend ist es - insbesondere bei Skelettbauweise - vorteilhaft, wenn die Konstruktion partiell oder insgesamt von einer elastisch dehnbare Außenhülle, beispielsweise einer Bespannung mit einer Art Netz, einer Membran oder allgemein Haut über- bzw. umspannt wird, welche die Teile flächig verbindet und elastisch koppelt, so dass praktisch keine weiteren Verspannungselemente benötigt werden. Eine elastische Haut sorgt gewissermaßen für ein "abgestimmtes" Verhalten der beweglichen Teile, und bei wechselnden Geometrien für stets fließende Konturübergänge. Zudem erfüllt sie natürlich auch eine strömungsdynamische Funktion und nicht zuletzt auch eine dekorative mit vielfältigen Ausgestaltungsmöglichkeiten als Sensor- oder anderweitige Funktionsoberfläche, Werbeträger etc.
Vermerkt sei ferner, dass das in jeder Bewegungskette entsprechende Sensoren und ggf. insgesamt auch eine Kontrolleinheit vorgesehen sein können.
In ähnlicher Weise kann auch die Flügelfläche eines im Schwanzbereich angeordneten Biegeschlagflügels durch aktives oder passives Spreizen oder Zusammenfalten verändert werden, was beispielsweise zur Trimmung oder Steuerung vorteilhaft sein kann. Dieser Freiheitsgrad kann auch dahinhegend weiter ausgebaut werden, dass die Profilelemente an den Biegeabschnitten in der Flügelebene in seitlicher Richtung frei schwenkbar aufgehängt sind, so dass die Flügelfläche ggf. auch ganz oder teilweise jalousie- oder flaschenschiff-artig in Holmrichtung zusammengeklappt werden kann. Durch Entriegelung des Schultergelenkes bzw. einer entsprechenden Lagerung der Flügelaufnahme oder eines Zusatzgelenkes z. B. im Wurzelbereich der Holme wird es möglich, den Flügel im Bedarfsfall auch an den Rumpf anzulegen, beispielsweise um den Transport zu erleichtern, die Konstruktion durch eine enge Druckschleuse zu schieben oder in Pfeilform zu "launchen", und danach die Flügel zu entfalten. Weitere vorteilhafte Klapp-, Falt- und Rollmechanismen werden später anhand der Figuren erläutert.
Damit die diversen Einzelelemente mit ihren unterschiedlichsten Freiheitsgraden optimal zusammenspielen, können sie z. B. durch Federn oder gummiähnliche Elastomere zusammengehalten sein, wobei letztere beispielsweise als umlaufendes Band ausgebildet sein können. Dieses kann zudem auch dazu dienen, die gewünschte Pflügelpfeilung festzulegen oder diese zu verändern.
Eine federelastische Kopplung der Strukturelemente kann auf einfachste Weise auch durch Ausbildung einer geeigneten Hautstruktur oder das Überziehen mit einem elastischen Netz oder einer elastisch dehnbaren Membran erreicht werden.
Die Profilrippen können auch ihrerseits wieder den jeweiligen Einsatzerfordernissen entsprechend unterschiedlich gestaltet sein. Die Palette reicht von massiv bis zu dünnen Spangen von voll bis hohl. Sie können z. B. aufblasbar sein, als Ballonets, Auftriebskörper, Tank oder anderweitig Nutzlastträger ausgebildet sein und bieten sich ggf. auch zur Befestigung bzw. die Integration von Sensoren oder anderen Funktionselementen an. Beispielsweise können profilbildende Flächenelemente auch als elektronische Leiterplatten ausgebildet sein, somit multifunktionell genutzt werden. Auch können die Profilelemente selbst nach Art der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgebildet sein, wodurch deren Profil aktiv variiert und verstellt werden kann.
Die Möglichkeit zur Befüllung von Profilkammern oder anderweitigen in passender Weise gestalteten Hohlräumen in der Flügelkonstruktion mit unterschiedlichen Medien, Gasen, Flüssigkeiten, Schäumen oder Feststoffpartikeln (Blei o. Ä.) etc., die sich in ihrer Dichte, Kompressibilität und anderen Eigenschaften unterscheiden, kann neben der erwähnten Trimmung der Gewichts bzw. statischen Auf- oder Abtriebs und dem Austarieren der Struktur auch zur Einstellung oder aktiven Regelung von mechanischen Eigenschaften, Steifigkeit, Elastizität, Rückstellkräften usw. genutzt werden. Dabei ist es von Vorteil, dass die Kammern zudem auch individuell oder in geeigneten Verbundsystemen variabel mit Druck beaufschlagt werden können, wozu geeignete Systemkomponenten (Füllstutzen, Ventile, Schläuche etc.) auf einfache Weise integriert werden können. Durch den Einsatz von druckbeaufschlagten Kammern oder Membranstrukturen können massive Strukturelemente eingespart und eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht erzielt werden. Zudem kann z. B. bei Unterwasserflügeln durch Entleeren von Ballast-Kammern auch das Transportgewicht in Luft reduziert werden.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung beinhaltet, dass auch die Biegeabschnitte des Biegeelements mit einem Medium gefüllt und durch variablen Innendruck ausgesteift bzw. auf einfache Weise für unterschiedliche Kraftverhältnisse und/oder Einsatzerfordernisse adaptiert werden können. Durch die Druckverhältnisse im Inneren eines Biegeabschnittes kann somit deren Biegeverhalten, d.h. deren Steifigkeit beeinflusst werden. Durch die Beeinflussung der Steifigkeit der Biegeabschnitte oder von Teilbereichen eines Biegeabschnittes in den Bereich, welcher sich verbiegt, kann die verbogene Form dieses Biegeabschnittes gezielt manipuliert werden. Auf diese Weise lassen sich auch komplexe Verbiegungen mit unterschiedlichen Krümmungsradien erzielen. Die Steifigkeit des Biegeabschnittes lässt sich sowohl passiv durch konstruktive Maßnahmen, wie Dickenverteilung, Profilierung, Gradienten oder Abschnitten mit Materialabstufungen erreichen. Ferner kann man die Steifigkeit auch aktiv, abschnittsweise oder über die gesamte Länge des Biegeabschnittes, ändern und steuern durch Ändern physikalischer, die Steifigkeit beeinflussender Parameter, wie Druck oder Temperatur. So können entlang den Längsachsen im Inneren eines Biegeabschnittes mehrere Druckkammern angeordnet sein, die individuell oder gekoppelt mit einem veränderbaren Druck beaufschlagt werden können.
Der Vollständigkeit halber sei nochmals genannt, dass auch die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen in den Flügeln unterschiedlich genutzt (Payload etc.) und/oder druckvariabel mit einem speziellen Fluid oder einfach nur mit dem Umgebungsmedium gefüllt sein können, was neben den anderen genannten Aspekten u. a. auch die optische oder akustische Transparenz weiter verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass Flügelteile oder die Struktur insgesamt membranartig ausgelegt und so gestaltet sind, dass sie durch den Staudruck (Luft, Wasser etc.) aufgeblasen werden.
Eine andere Alternative besteht auch darin, Flügelteile oder die Struktur insgesamt aus Elastomeren zu fertigen, wobei z. B. unterschiedliche Materialstärken und/oder Materialkombinationen mit verschiedenen Eigenschaften: Dichte, Dehn- und Biegeeigenschaften, E-Module, Shore-Härten etc. zum Aufbau und zur Differenzierung der erfindungsgemäßen Strukturen und der gewünschten Funktionsmerkmale genutzt werden können. Ein solcher Grundaufbau mit integrierten Duck- und Biegeelemente, Sehnen und "kollagenen" Fasern, Filmscharnieren, Hohlräumen, Füllelemente und differenzierten Hautstrukturen kann in weiten Teilen oder auch in Ganzen z. B. im Mehrkomponenten-Spritzguss hergestellt werden, wobei es denkbar ist, den Flügelaufbau im weiteren Sinne auch strukturierten Matrixkörper zu gestalten, in welchen anderweitige mechanische Elemente, vorgefertigte Bauteile oder auch andere Funktionsgruppen wie z. B. bestimmte Elektronik-Module, Sensoren etc. eingebettet, beispielsweise mit vergossen oder auch nachträglich ergänzt werden können. Die o. g. Möglichkeiten zur druckvariablen Kammerfüllung mit unterschiedlichen Medien sowie zur Nutzlastaufnahme bleiben bei diesem integrierten bzw. Embedded Design selbstredend erhalten.
In einer weiteren Ausgestaltungsform sind formveränderliche Rippen als Profilelement vorgesehen, deren Profilwölbung in Anströmrichtung mittels eines Aktuators verstellt werden kann. Diese können - um nur ein Beispiel zu nennen - ähnlich wie die eingangs beschriebenen Doppelflügel einseitig mit einem durchgehenden Holm bzw. Spangenelement ausgestattet sein, das die in Strömungsrichtung vor dem Flügelholm liegende Profilnase mit den dahinter liegenden Profilende verbindet, und durch Aktuierung, d. h. axiale Verschiebung entsprechender Teilelemente auf er gegenüberliegenden Profilseite relativ zueinander in der gewünschten Weise nach oben oder unten gekrümmt werden. Mittels der veränderlichen Profilwölbung können die Auftriebs- bzw. Vortriebswirkungen des Flügels gezielt beeinflusst oder auch Steuerfunktionen realisiert werden. Darüber hinaus gibt es aber auch noch viele andere Realisierungsmöglichkeiten, was gleichermaßen auch die dazu passenden Verstellelemente betrifft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges können wenigstens zwei Biegeschlagflügel gegenüberliegend an einem Rumpf angeordnet sein. Alternativ können die sich gegenüberliegenden Biegeschlagflügel auch, unter Weglassung des Rumpfes, mit ihren Flügelwurzeln direkt verbunden werden. Auf dieses Weise erhält man ein Wasserfahrzeug, welches durch entsprechende Steuerung der Schlagbewegung der einzelnen Biegeschlagflügel im Wasser komplex manövrierbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wasserfahrzeuges kann wenigstens ein Biegeabschnitt des einen Biegeschlagflügels mit dem Biegeabschnitt des anderen Biegeschlagflügels miteinander bewegungsübertragend verbunden sein. Dazu kann bezüglich der Fixierung eines Holmes zur Befestigung an einem separaten Träger oder Rumpfsegment bei einer Ausführungsform mit z. B. zwei gegenüberliegenden Schlagflügeln auch ein Holm des einen Flügels mit dem Pendant des gegenüberliegenden Flügels verbunden, beispielsweise als ein durchgehender flexibler Holm ausgebildet sein, wobei die zwei anderen Holme der gegenüberliegenden Seiten beispielsweise durch ein gemeinsames Verstellglied symmetrisch oder mittels separater Verstellglieder ggf. auch asymmetrisch in ihrer Längsrichtung verschoben werden können. In diesem Fall kann das Rumpfsegment in Größe, Form und Aufbau frei gestaltet werden oder auch ganz entfallen, woraus sich unterschiedliche Konstruktionsmöglichkeiten u. a. auch für Nurflügler ergeben.
Schließlich kann, in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges, wenigstens ein Biegeabschnitt des einen Biegeschlagflügels und wenigstens ein Biegeabschnitt des anderen Biegeschlagflügels mit demselben Antrieb verbunden sein. Auf diese Weise kann die Weglänge der Längsverstellung und die damit verbundene einseitige Dehnung oder Stauchung der Kontur, einer Haut oder eines innen liegenden Materials reduziert und gleichmäßig auf beide Seiten verteilt und die Symmetrie der Bewegung verbessert werden. Dazu werden beide Holme eines Flügels im Basisbereich verschiebbar gelagert und vorzugsweise mechanisch gekoppelt durch einen gemeinsamen Aktuator bewegt.
Dieses kann in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform z. B. dergestalt realisiert werden, dass das Trägerelement mit einem Zugband am Rumpf gehalten wird, welches an beiden Enden oder als umlaufendes Zugband mit einem motorischen Element zur Längsverschiebung verbunden ist und im Basisbereich des Trägerelementes eine dem Rumpfsegment beidseitig tangential anliegende Schlaufe bildet, die um den Rumpf verläuft und - dort vorzugsweise in einer Gleitbahn, über ein Rad oder ein Rollenlager geführt ist, um die Reibung zu minimieren - wobei die beiden Holme des Trägerelementes an gegenüberliegenden Seiten der Schlaufe - befestigt sind, so dass beim Zug des Bandes in die eine oder andere Richtung die beiden Holme in zueinander gegenläufiger Richtung tangential entlang der Außenkontur der Stützstruktur verschoben werden.
Durch Führung des Zugbandes um den Rumpf - insbesondere in Form einer ringförmig geschlossenen Schlaufe und die sattelähnliche Auflagefläche ergibt sich eine hohe Zug- und Druckstabilität und Robustheit gegen Stöße und sonstige mechanische Schockeinwirkungen. Zudem wird die Montage und Demontage des Flügels erleichtert. Alternativ hierzu kann die Führung der Holme und Stellelemente selbstverständlich ebenso auch an der Innenseite der Außenkontur oder über ein Innenskelett erfolgen.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen kann auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden. Sie kann in aktiv angetriebenen oder passiv angeströmten Strömungskörpern eingesetzt werden, beispielsweise in strömungsdynamischen Widerstandskörpern, Strömungskörpern, Strömungsleitkörpern, Quer- oder Antriebskörper, als Stabilisator, Flügel, Segel, Drachen etc., wobei die vorgenannten Anwendungen aus dazu angewendet werden können, um Energie aus einer Strömung zu extrahieren.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale können dabei unabhängig voneinander kombiniert oder weggelassen werden, wie dies oben bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Es zeigen:

Fig. 1 a bis e

das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer ersten Aus- führungsform eines Biegeelementes;

Fig. 2

eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung; sofern in dieser Anmeldung vom Verbindungselement gesprochen wird, ist damit er Bie- geabschnitt gemeint, in welchem vom Antrieb eine Kraft in das Biegeelement ein- gebracht wird;

Fig. 3 a,b,c

einen Schnitt durch einen elastischen Flügel- bzw. Profilkörper mit Führungsta- schen 6 sowie zwei Beispiele für unterschiedliche Ausführungen der Materialvertei- lung mit Kammern 5b zur Gewichtseinsparung und Formmaterial 5a zur Erzielung bestimmter mechanischer, strömungsdynamischer etc. Eigenschaften, als Möglich- keit zur druckvariablen Befüllung mit unterschiedlichen Medien, als Nutzraum etc;

Fig. 4

eine Frontansicht: Doppelflügel von vorn in verschiedenen Flügelauslenkungen/ Schlagphasen

a) einzeln dargestellt
b) ortsfest - zeigt zwischen den Strukturelementen bestehenden Freiraum 7, der als Designraum z. B, für die Gestaltung eines Rumpfsegmentes zur Verfügung steht;

Fig. 5

eine Ausbildung einer wellenförmigen Flügelkontur unter äußerer Krafteinwirkung 10 bei nach oben ausgelenktem Flügel (z. B. am Ende eines Aufschlages) -

a) "anatomisch"
b) schematisch;

Fig. 6

Ausführungsbeispiele für verschiedene vorteilhafte Befestigungsmöglichkeiten ei- nes erfindungsgemäßen Biegeschlagflügels an einem konvexen - vorzugsweise el- liptischem Rumpfquerschnitt mittels einer geschlossenen Zugbandschlaufe 14;

Fig 7

ein Ausführungsbeispiel für Nurflügler mit zwei Biegeschlagflügeln (Typ "Adler- Rochen") in zwei Ansichten: Biegeelement 1 dorsal (rückenseitig) durchgehend, ventral (bauchseitig) zweigeteilt und aktuiert, Rumpf ist als breiteres Profilelement ausgebildet, Die Schwanzaufnahme 18 kann ggf. auch als Düse für einen Jetan- trieb ausgelegt sein, welche vorzugsweise schwenkbar gelagert ist - für Schubvek- torsteuerung, die Profilelemente 16 sind in diesem Fall vorzugsweise als gräten- ähnliche Profilspangen ausgebildet, können vorteilhafterweise gemäß Anspruch 17 und 18 verstellbar sein - beispielsweise in Anlehnung an das in Anspruch 6 be- schriebenen Prinzip - natürlich entsprechend adaptiert;

Fig. 8

eine Frontal- und Dorsalansicht einer anderen Ausführungsform mit eingezeichne- ten Aktuatoren 20 und Antriebsrädern 15 und einem beweglichen Heckflügel/ Schwanz 21;

Fig. 9 a-e

ein Beispiel für einen Nurflügler mit elliptischem Rumpfquerschnitt 17 und drei biegsamen Flächenelementen 21, 4 in horizontaler Anordnung, der hervorragende Manövriereigenschaften insbesondere auch in der vertikalen Ebene hat - Loopings etc auf engstem Raum, Manta-ähnliche Anmutung im Habitus und kinematischen Verhalten;

Fig. 10

eine schematische Veranschaulichung der in Querrichtung divergierenden Bewe- gungstendenzen mit dem Grundprinzip: Kraftansatz am äußeren Ende 8 des Flü- gelholmes und das Buckeln vom Biegeelement 4 und dem aus seiner Ursprungsla- ge verschobenen Zugseils 3, welches durch eine Überlast entstehen kann wenn keine Profilrippen 16 vorhanden sind;

Fig. 11

eine Variante einer Flügelaufhängung mittels einer Zugschlaufe als Kraftübertra- gungselement 14. Das Antriebsrad 15 spannt über die Gegenlager 23 die Zug- schlaufe 14 und liegt innerhalb des Biegeelementes bzw. Trägerverbundes 1;

Fig. 12

eine weitere Variante einer Flügelaufhängung mittels einer Zugschlaufe 14, bei der das Antriebsrad 15 von einem Ausleger gehalten wird, der um einen proximalen Lagerpunkt aktiv oder passiv schwenkbar ist;

Fig. 13

eine weitere Variante einer Flügelaufhängung mittels einer Zugschlaufe 14, bei welcher die Antriebsvorrichtung seitlich ausfahrbar gestaltet ist, d. h. in seiner Spannweitenrichtung gegenüber einem Körper 17 verschoben und auch wieder eingefahren werden kann. Dabei spannt das Antriebsrad 15 über die Gegenlager 23 die Zugschlaufe 14 und wird über den Aktuator 20 gemeinsam mit den anderen Elementen der Antriebsvorrichtung 30 verschoben, wobei zugleich eine hier nicht dargestellte Längenkompensation der Zugbänder 14 durchgeführt wird;

Fig. 14

ein Beispiel für eine Ausführungsform bei welcher das Biegeelement von einer zug- festen Struktur 3, beispielsweise einem 3D Gewirk, umhüllt ist, welche quer zur Hauptachse verlaufende Faserelemente aufweist, welche ein Auseinanderweichen der die Holme verhindern und zugleich zur Befestigung von Profilrippen 16 dienen. Dabei sind die Biegeabschnitte 4 in spezielle Führungstaschen der zugfesten Struktur eingeschoben;

Fig. 15

ein Beispiel für einen Klappmechanismus mit Drehpunkten 24 im Holm, um die der äußere Flügelabschnitt quer zur Flügelfläche geklappt werden kann, und Verbin- dungsmitteln 26 welche ein Arretierung in der Arbeitsstellung ermöglichen;

Fig. 16

ein Beispiel für eine zusammenklappbare Flügelkonstruktion, die auch eine Verän- derung der Flügelpfeilung gestattet. Drehpunkt 24 im Holm um den Flügel klappen zu können und Drehpunkt 25 in den Profilen um diese klappen zu können und der Drehpunkt A 1 der Profile gegenüber dem Holm (siehe auch Fig. 19);

Fig. 17

ein Beispiel für einen Biegeschlagflügel mit einem Vogelflügel-ähnlichen Armskelett welches Gelenke aufweist und einen Faltmechanismus verkörpert, mit dem eine Längenveränderung des Flügel in Spannweitenrichtung bei gleichzeitiger Variation der Flügelfläche erreicht bzw. der Flügel auch zusammengefaltet werden kann. Drehpunkte 24 im Holm um den Flügel klappbar bzw. aktiv oder passiv veränderbar zu gestalten und somit eine Flächenänderung;

Fig. 18

einrollbare Flügel;

Fig. 19

ein an der Wurzel um die Achse A2 tordierbares Biegeelement 1 mit Profilelemen- ten 5 in unterschiedlichen Ausführungsformen beispielhaft als Hohlkörpern 5b, wel- che gegebenenfalls mit unterschiedlichen Medien druckvariabel befüllt werden können, zusätzlichen Versteifungsrippen 16 und Formmaterial 5a;

Fig. 20

eine Skizze eines Biegeelementes 1 mit Profilelementen 5 welche in den Achsen A2 und A1 gegenüber dem Trägerverbund 29 drehbar gelagert sind und so eine 3D Verformung des Flügel erleichtern bzw. ermöglichen;

Fig. 21

eine serielle Anordnung von mehreren Flügelpaaren 40, 40' an einem gemeinsa- men Rumpf 17, welche gemeinsam z. B. eine undulatorische Bewegung ausführen können, dabei in energiesparender Weise jeweils das Nachstromfeld des Vorläu- ferpaares nutzen können;

Fig. 22

einseitig befestigte Biegeschlagflügel 40, welche z. B. ein Objekt antreiben oder stabilisieren bzw. ein Medium bewegen (Propulsor) oder leiten können, oder auch von der Strömung bewegt werden können, z.B. zur Energiegewinnung;

Fig. 23

ein Flügelelement 40, welches mittels Aktuatoren 20 bezüglich einer anderen Kon- struktionseinheit bzw. Struktur ein- und ausgefahren werden kann, beispielsweise bei einem Schiff als Stabilisator eingesetzt werden kann;

Fig. 24

ein Beispiel für eine sternförmige Anordnung von mehreren Flügeln (2x3) um einen Rumpf 17 welche hin und her schlagen oder in zwei hintereinander gestaffelten Ebenen an Naben befestigt sind und als Rotoren gegenläufig gedreht werden;

Fig. 25

ein Beispiel für eine einseitig angeströmte Doppelflügelkonstruktion: Kite, Strö- mungsanker etc. mit dem Biegeabschnitt 4 und dem zugseitig angreifenden Biege- abschnitt 3, Profilrippen 16 und einer Sehnenscheide 27;

Fig. 26

eine weitere Ausführungsform eines Biegeelementes und

Fig. 27

eine weitere Ausführungsform eines Biegeelementes, mit welchem Biege- und Tor- sionsbewegungen erzeugbar sind.

In Figur 1 ist das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 30 für einen Biegeschlagflügel 40 dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 30 ist an einer Seite, der Antriebsseite I mit einem Antrieb 15 verbindbar ausgestaltet.
Die Antriebsvorrichtung 30 umfasst ein im Wesentlichen in Form eines Keiles ausgebildeten Biegeelementes 1 mit zwei Biegeabschnitten 3, 4, die antriebsseitig um einen Abstand d voneinander beabstandet sind. Antriebsseitig wird der Abstand durch Lagerelemente 2, die beispielsweise eine Aufnahme, Führung, ein Gleitlager oder eine Hülse sein können, definiert. Der Abstand α der Biegeabschnitte 3, 4 voneinander verringert sich in Richtung vom Antrieb weg, d. h. in Richtung der Längsachse L des Keiles, die sich von dessen Basis in Richtung der Spitze erstreckt. Im Bereich des vom Antrieb abgewandten Endes II des Biegeelementes 1, in Figur 1 der Keilspitze 8, sind die Biegeabschnitte 3, 4 kraftübertragend gekoppelt. Beispielsweise können wir die Biegeabschnitte 3, 4 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Sie können jedoch auch über Zwischenelemente kraftübertragend gekoppelt sein, solange die Keilform mit den sich in Richtung vom Antrieb weg verjüngenden Flanken der Biegeabschnitte 3, 4 gegeben ist.
Erfindungsgemäß sind die Biegeabschnitte 3, 4 antriebsseitig im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Keils relativ zueinander beweglich gehalten. Das Biegeelement 1 ist dazu in der Lage, in Abhängigkeit von der relativen Position der Biegeabschnitte an der Seite des Antriebs in eine unterschiedliche, in Dickenrichtung des Biegeschlagflügels weisende Krümmung überführt zu werden. In Figur 1 entspricht der Dickenrichtung des Biegeschlagflügels der Geraden, welche durch die beiden Lager 2 verläuft.
In Figur 1 sind die Lager 2 als kippsichere Lager dargestellt, welche zwar eine Drehung der Biegelemente 3, 4 um ihre Längsachse sowie eine axiale Verschiebung der Biegeabschnitte 3, 4 zulassen kann, die jedoch ein Verkippen der Biegeabschnitte 3, 4 gegenüber der Lagerung 2 verhindert. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ein an der Spitze 8 des Keiles angreifender Druck mit einer Kraftkomponente quer zur Längsachse eines Biegeabschnittes 3, 4 in eine Krümmung des entsprechenden Biegeabschnittes 3, 4 umgesetzt wird.
In den Figuren 1a bis 1d ist der Biegeabschnitt 4, welcher ein Zug- und Druckkräfte übertragendes Biegeelement, wie beispielsweise ein Druckstab oder Holm, beziffert, in seiner Lagerung 2 fixiert. D. h., der Biegeabschnitt 4 ist in der Lagerung 2 fest und unbeweglich gehalten. Der Biegeabschnitt 3, welcher zusammen mit dem Biegeabschnitt 4 das keilförmige Biegeelement 1 ausbildet, ist in Figur 1 als rein zugfestes Element, beispielsweise ein Zugseil oder ein Zuggurt dargestellt. Im Folgenden kennzeichnet Bezugszeichen 3 ein rein Zugkräfte übertragendes Teil und Bezugszeichen 4 ein Zug- und Druckkräfte übertragendes Teil.
Wenn man, wie in Figur 1b gezeigt ist, die Biegeabschnitte 3, 4 an der Seite des Antriebs 15 relativ zueinander im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Keils bewegt, führt das erfindungsgemäße Biegelement 1 eine Krümmung durch. Die Krümmung erfolgt in der Ebene, welche die Längaschsen der Biegeabschnitte 3 und 4 aufspannen und erfolgt in der Richtung, in welcher Kräfte, in Fig. 1b die Zugkräfte des Biegeabschnittes 3, auf den Biegeabschnitt 4 wirken. Dabei steigt die Auslenkung des Biegeabschnitts 4, bezogen auf die in Fig 1a gezeigte Ausgangsposition, umso größer, je weiter sich der Biegeabschnitt 4 vom der Antriebsseite weg erstreckt. In Figur 1b wird die Relativbewegung dadurch erreicht, dass an dem zugfesten Biegeabschnitt 3 durch den Antrieb 15 gezogen wird (in Figur 1b schematisch durch einen Pfeil dargestellt). Auf diese Weise werden durch den Biegeabschnitt 3 Zugkräfte an der Spitze 8 des Biegeelementes 1 auf den in Figur 1b stabförmig dargestellten Biegeabschnitt 4 übertragen. Die Zugkräfte wirken auf die Spitze des Biegeabschnittes 4 mit einer Kraftkomponente quer zur Längsachse des Biegeabschnittes 4, wodurch die Keilspitze 8 des Biegeelementes 1 in der Biegeebene ausgelenkt wird und das Biegeelement 1 in die in Figur 1b dargestellte Krümmung überführt wird.
Der Übergang von der Figur 1a zur Figur 1b bei Relativbewegung der antriebsseitigen Biegeabschnitte 3, 4 ist schematisch in der Figur 1d zusammengefasst. Dabei zeigen die als durchgezogene Linien dargestellten Biegeabschnitte 3, 4 den Ausgangszustand der Figur 1 a. Die gestrichelt dargestellten Biegeabschnitte 3', 4' zeigen den gekrümmten Zustand der Figur 1b nach Relativbewegung durch antriebsseitiges Verschieben des zugfesten Biegeabschnittes 3 antriebsseitig im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Keiles.
Alternativ kann, wie in Figur 1e gezeigt, auch der zugfeste Biegeabschnitt 3 in seinem Lager 2 fixiert sein. In Figur 1e ist der zug- und druckfeste Biegeabschnitt 4 entlang seiner Längsachse in der Lagerung 2 axial verschiebbar gehalten, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. In Figur 1e ist die kippsichere Lagerung 2 eine Hülse, deren Innenquerschnitt im Wesentlichen dem Außenquerschnitt des gehaltenen Biegeabschnittes 4 entspricht. Auf diese Weise ist eine axiale Relativverschiebung von Hülse 2 und Biegeabschnitt 4 gewährleistet, ohne dass der Biegeabschnitt 4 gegenüber der Lagerhülse 2 verkippt werden kann. Das Ausschieben des Biegeabschnittes 4 von der Antriebsseite weg führt dazu, dass über den zugfesten Biegeabschnitt 3, der in seinem Lager 2 fixiert ist, Zugkräfte auf die Keilspitze 8 in analoger Weise zu Figur 1b ausgeübt werden und eine mit Fig. 13 vergleichbare Krümmung des Biegeelementes 1 erreichbar ist.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Bewegungen der Figuren 1b und 1e zu kombinieren und antriebsseitig gleichzeitig am zugfesten Biegeabschnitt 3 zu ziehen und über den druckfesten Biegeabschnitt 4 durch axiales Verschieben in Richtung vom Antrieb weg Druckkräfte auszuüben.
Eine alternative Ausführung ist in der Figur 1c dargestellt. In dieser entspricht das Biegeelement 1 im Wesentlichen dem Biegeelement der Figur 1a, weist jedoch zusätzlich einen weiteren zugfesten Biegeabschnitt 3 auf. Die antriebsseitigen Biegeabschnitte 3, 4 sind voneinander beabstandet und liegen gemäß der Ausführungsform der Figur 1c im Wesentlichen auf einer Linie. Auf diese Weise kann, wenn die zugfesten Biegeabschnitte 3 an der Antriebsseite durch den Antrieb 15 im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Keiles relativ bezüglich des druckfesten Biegeabschnittes 4 bewegt werden, eine beidseitige Krümmung des Biegeelementes erzielt werden. Zieht man beispielsweise an dem in Figur 1c dargestellten linken Biegeabschnitt 3, wird eine der Figur 1b entsprechende Biegung durchgeführt, wobei der rechte Biegeabschnitt 3 mitgeführt und in seiner Lagerung axial vom Antrieb weg herausgezogen wird. Würde man dagegen, was in Figur 1c nicht dargestellt ist, antriebsseitig am rechten Biegeabschnitt 3 ziehen, würde sich das Biegeelement 1 in die entgegengesetzte Richtung verbiegen, was dem Spiegelbild der Figur 1c entsprechen würde. Auf diese Weise ist es möglich, das Biegeelement beidseitig in einer Ebene hin- und her zu verbiegen.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 30 für einen Biegeschlagflügel 40 gezeigt. Dabei, wie auch in allen nachfolgenden Figurenbeschreibungen wird für Teile oder Elemente, welche einer der vorangestellten Figuren entsprechen, das gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die Ausführungsform der Figur 2 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der Figur 1a, wobei jedoch der zugfeste Biegeabschnitt 3 in Figur 2 durch einen zug- und druckfesten Biegeabschnitt 4 ersetzt ist. Die zwei beweglichen Druckstäbe als Biegeabschnitte 4 spannen das im Wesentlichen in Form eines Keiles ausgebildete Biegeelement 1 auf. In ihren Lagerungen 2 sind antriebsseitig beide Biegeabschnitte 4 kippsicher gehalten. Wahlweise können eine oder auch beide von einem Antrieb im Wesentlichen entlang der Längsachse L des Keiles relativ zueinander bewegt werden.
Wenn, wie in Figur 2 gezeigt ist, auf den rechten Biegeabschnitt 4 vom Antrieb 15 Druckkräfte übertragen werden, so dass dieser im Lager 2 axial in Richtung vom Antrieb weg herausgeschoben wird, während der linke Biegeabschnitt 4 in seinem Lager 2 fixiert ist, krümmt sich das Biegeelement 1, wie in Figur 2 gezeigt ist.
Würde man dagegen auf den rechten Biegeabschnitt 4 Zugkräfte übertragen, so dass dieser Biegeabschnitt antriebsseitig axial im Wesentlichen in Richtung des Antriebes gezogen würde, während abermals der linke Biegeabschnitt fest eingespannt ist, würde sich die Krümmungsrichtung umkehren, d. h. die Biegespitze 8 im Uhrzeigersinn ausgelenkt.
Auf diese Weise lässt sich in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform mit einem Biegeelement 1, das lediglich zwei zug- und druckfeste Biegeabschnitte 4 aufweist, eine nach zwei Seiten sichtbare Biegung des Biegeelementes 1 erreichen.
Dabei kann ein Biegeabschnitte 4 antriebsseitig fixiert sein, während der andere Biegeabschnitt axial in seiner Lagerung 2 verschiebbar gehalten ist, d. h. dass dieser in und entgegen der Richtung, die im Wesentlichen der Längsachse L des Keiles entspricht, verschoben werden kann. Alternativ können beide Biegeabschnitte 4 antriebsseitig in kippsicheren Lagern 2 gehalten sein. In diesem Fall erzielt man die Biegebewegung dadurch, dass die beiden antriebsseitigen Biegeabschnitte entweder abwechselnd zug- oder druckbelastet werden oder gleichzeitig, aber entgegengesetzt, d. h., der eine Biegeabschnitt 4 wird zugbelastet und der andere Biegabschnitt 4 wird gleichzeitig druckbelastet. Die gleichzeitige, aber entgegengerichtete Kraftübertragung hat den Vorteil, dass größere Kräfte an der Spitze 8 des Biegeelementes 1 übertragen werden können.
Eine Ausführung, bei welcher beide Biegeabschnitte 4 antriebsseitig axial verschiebbar in kippsicheren Lagern 2 gehalten ist, ermöglicht, dass das Biegeelement 1 insgesamt in Richtung des vom Antrieb abgewandten Endes verschoben, d. h. ausgefahren werden kann, ohne dass sich das Biegeelement 1 verbiegt. Durch eine gleichgerichtete und gleichzeitige Verschiebung der Biegeelemente 4 der Fig. 2 kann also das Biegeelement 1 relativ zum Antrieb oder der Basis, an welcher die Antriebsvorrichtung angeordnet ist, verschoben werden.
Es ist auch möglich, mittels eines in einem Lager 2 fixierten Biegeabschnittes 4 eine Relativbewegung zu erzeugen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Länge des Biegeabschnittes von seiner Lagerung bis zu dem Punkt, an welchem der Biegeabschnitt kraftübertragend mit einem anderen Biegeabschnitt gekoppelt ist, verändert wird. Beispielsweise kann die Länge eines zug- und druckfesten Biegeabschnittes 4, der teleskopartig aufgebaut ist, verändert werden. Auch die Länge eines zugfesten Biegeabschnittes 3 verändert werden, beispielsweise, wenn man den Biegeabschnitt kontraktil nach Art eines Muskels aufbaut.
In Figur 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Biegeschlagflügels 40 gezeigt, der eine Antriebsvorrichtung gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform aufweist. Der Übersichtlichkeit halber ist in Figur 3 der Antrieb 15 nicht dargestellt. In Figur 3a ist der Biegeschlagflügel 40 perspektivisch dargestellt. Der Biegeschlagflügel 40 weist eine Spannweitenrichtung S, eine Sehnenrichtung B sowie eine Höhe H auf. Die antriebsseitigen Enden I der Biegeabschnitte 4 sind im Bereich der Flügelwurzel angeordnet. Die sich von der Antriebsseite I weg erstreckenden Biegeabschnitte 4 des Biegeelementes 1 verlaufen in der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen entlang der Spannweitenrichtung S des Biegeschlagflügels 40.
Der Flügel selbst weist einen Flügelkörper 5 auf, der aus einem plastischen Material besteht. Somit definiert der Flügelkörper 5 in der Figur 3 das Strömungsprofil des Biegeschlagflügels 40, wobei der Formkörper das Formgebungselement 5 des Biegeschlagflügels 40 darstellt.
Wie in den Figuren 3b und 3c dargestellt ist, kann der Flügelkörper 5 beispielsweise aus einem Formmaterial 5a, wie beispielsweise Schaum oder einem Elastomer bestehen, welches Hohlräume 5b aufweist. Die Biegeabschnitte 4 des Biegelementes 1 sind mit der Außenhülle des Formkörpers 5 in Figur 3 verbunden, in dem im Bereich der Außenhülle des Formkörpers 5 Taschen 6 vorgesehen sind, in welchen die Biegeabschnitte 4 angeordnet werden können.
Die Biegebewegung der Antriebvorrichtung 30, d. h. die Krümmung der Biegeabschnitte 4 im Bereich des keilförmigen Biegeelementes 1 von den antriebsseitigen Biegeabschnitten 4 bis zur Spitze 8, kann auf den elastischen Formkörper übertragen werden. Auf diese Weise lässt sich mit konstruktiv einfachen Mitteln ein Biegeschlag realistisch nachstellen, indem die Biegebewegung des Biegelementes 1 fließende, der Biegebewegung folgende Konturübergänge des Formgebungselementes 5 auslöst.
Wie in Figur 3c dargestellt ist, kann der Formkörper 5 eine abströmseitige elastische Hinterkante 22 aufweisen, welche das strömungsdynamische Verhalten optimiert und Verwirbelungen im Bereich der abströmseitigen Hinterkante verringert. In Figur 3 ist die Strömungsrichtung durch Pfeile angedeutet. Bei im Querschnitt im Wesentlichen ellipsenförmig ausgebildetem Formkörper 5 ist die anströmseitige Kante das stumpfe, runde Ende und die abströmseitige Kante das Ende mit einem spitzen Winkel.
Figur 4 zeigt eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges, bei welchem als Antriebs- und/oder Steuerorgane ein erfindungsgemäßer Biegeschlagflügel 40 eingesetzt wird. Das Wasserfahrzeug der Figur 4 umfasst zwei erfindungsgemäße Biegeschlagflügel 40a und 40b, die einander gegenüberliegend angeordnet und an ihren Flügelwurzeln direkt miteinander verbunden sind. Bei dem Wasserfahrzeug der Figur 4 ist der Biegeabschnitt 4' des einen Biegeschlagflügels 40a mit dem Biegeabschnitt 4' des anderen Biegeschlagflügels 40b bewegungsübertragend verbunden. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform bildet ein durchgehender Biegeabschnitt 4' jeweils einen Biegeabschnitt des einen Biegeschlagflügels 40a und des Biegeschlagflügels 40b. Ansonsten entspricht die Antriebvorrichtung im Wesentlichen der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform. Die anderen Biegeabschnitte 4 der Biegeschlagflügel 40a bzw. 40b sind an ihren antriebsseitigen Enden bewegungsübertragend jeweils mit einem Antrieb 15 verbunden. Durch den Antrieb kann im Betrieb des Wasserfahrzeuges eine im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des keilförmigen Biegeelementes 1 gerichtete Antriebskomponente in den Biegeabschnitt eingeleitet werden. Das heißt, die antriebsseitigen Enden der Biegeabschnitte 4 sind mit dem jeweiligen Antrieb 15 im Wesentlich in Richtung der Längsachse des Keils hin- und her bewegbar verbunden. Die Bewegungen der beiden Antriebe 15 werden so synchronisiert, dass die Biegeabschnitte 4 gleichzeitig beide nach außen ausgedrückt (obere Skizze der Figur 4a) bzw. nach innen zusammengezogen (untere Skizze der Figur 4a) werden. Auf diese Weise lässt sich eine symmetrische Verbiegung der beiden Biegelemente 1 erzielen und das Wasserfahrzeug 50 der Figur 4 als Nurflügler betreiben.
Alternativ können die antriebsseitigen Abschnitte der Biegeabschnitte 4, statt jeweils mit einem eigenen Antrieb gekoppelt zu sein, auch mit einem gemeinsamen Antrieb verbunden werden.
In Fig. 5 ist der Armbereich 13 mit einer erfindungsgemäßen Längsverkrümmung aktiv nach oben gebogen dargestellt. Die Basis ist zwischen den Auflagern 9 mit der entsprechenden Gleitführung 2 fixiert. Die Lage des Verbindungspunktes 8 der beiden Holme ist durch das Verhältnis der wirksamen, d. h. ab dem Auflager 9 freien Länge von Druckstab 1 und Zuggurt 3 festgelegt, wirkt gegenüber den von außen einwirkenden Kräfte 10 als weiterer Fixpunkt bzw. virtuelles Auflager". Die seitliche Einwirkung der äußeren Kräfte 10 kann die Wölbung im Armbereich 13 nur verstärken. Die weiche flexible Spitze 11 hat hingegen keinen zweiten Fixpunkt. Die Flügelspitze 11 wird durch die seitliche Krafteinwirkung 10 über den gesamten Handbereich 12 im Vergleich zur Ausrichtung im entspannten Zustand 11' nach unten gebogen.
Daraus resultiert eine wellenförmige Biegeschlagbewegung, die mit dem erfindungsgemäß distalen Kraftansatz, axialer Führung der Holmbasis (Anspruch 1) und einer simplen Zusatzmaßnahme, einer elastisch nachlaufenden Hand auf einfache Weise realisiert werden kann, das Strömungsverhalten verbessert und für eine "organische" Anmutung in der Bewegungskinematik sorgt.
Fig. 6 zeigt Ausführungsbeispiele für verschiedene vorteilhafte Befestigungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Biegeschlagflügels an einem konvexen - vorzugsweise elliptischem Rumpfquerschnitt mittels einer geschlossenen Zugbandschlaufe 14. Fig. 6a zeigt eine einseitige Befestigung, d. h. nur an einem Holm und Fig. 6b zeigt eine beidseitige Befestigung, d.h. an beiden Holmen. Der Vorteil hierbei ist: eine einfache, robuste, zuverlässige Befestigung mit tangentialer/axialer, also optimaler Krafteinleitung in die Struktur, einer guten Formhaltigkeit in allen Bewegungssituationen und Lastfällen, einer großflächigen Auflage - keine dünnen Achsen, die crash-sicher, schockresistent und stets formschlüssig ist.
Die Holme werden über den Befestigungspunkt des Bandes geführt. Am in proximaler Richtung verlängerten Ende ist zum Abstützen gegen Rumpfkontur ein Widerlager vorgesehen, was eine sichere Führung bei seitlicher Krafteinwirkung auf einen Flügel sicherstellt. Fig. 6 c zeigt einen vorteilhaften Radantrieb. Durch Verschlaufung der Schlaufe 14 um ein Verstellrad 15 - in den Detailzeichnungen einfach bzw. doppelt - zur Traktionsverbesserung - gezeigt - wird Aktuator auf einfache Weise von großen äußeren Kräften entkoppelt. Letztere werden durch die große Schlaufe aufgenommen, können das Rad nicht zusammendrücken, greifen dort tangential in - nahezu - einem Punkt, d. h. etwa in derselben Achslage an, können das Rad nicht verkippen, womit die Achsenbelastung am Verstellrad minimiert wird. Fig. 6 d zeigt gleichermaßen vorteilhafte Alternativen mit einem Lochband mit guter seitlicher Führung, in das z. B. ein Zahnrad eingreifen kann. Fig. 6e und 6f zeigen, dass die Zugbandschlaufe 14 zumindest teilweise auch als Zahnriemen ausgebildet sein kann, an dem ein passendes Zahnrad 15 bzw. mehrere - vorzugsweise gekoppelte - Kopplung nicht gezeigt - Verstellräder 15 angreifen. Die Variante e) beansprucht weniger Bauraum, lässt mehr Platz im Rumpf, und ermöglicht über die Kräfteverteilung geringere Achslasten und Beanspruchung einzelner Zähne bzw. Zahnriemenabschnitte.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, die in Fig. 25 schematisch dargestellt ist, kann das Biegeelement 1 auch nur einseitig anströmbar gestaltet sein d. h. es wird gegenüber einem Fliessenden Medium in einen Anstellwinkel gebracht. In diesem Fall kann der Biegeabschnitt 4 mit der Hautkontur 19 auf der Druck aufnehmenden Seite der Konstruktion und der Biegeabschnitt 3 auf der Zug aufnehmenden Seite sein. Handelt es sich um eine drachenartige Struktur wäre in dem Fall ein Teil des Drachens der Biegeabschnitt 4 und die Waage (das haltende Netzwerk) der Biegeabschnitt 3. Dieser Biegeabschnitt 3 würde dann von dem Angriffspunkt 8 und / oder der Flügelhinterkante über Strukturelemente bis in den mittleren Bereich geführt werden und dort ggf. in die im Anschluss erwähnten Scheiden 27 einlaufen. Eine solche Struktur würde durch einen Gegenzug, ein Seil gehalten werden können und durch weitere Seile aktuiert werden können. Ein einseitiger Zug im Sinne eines Lenkdrachens führt so zu einem Anlufen auf der einen Seite und einem Abfallen auf der anderen und somit zu einer Drehung. Um den Auftrieb zu verändern, kann das Verbindungsglied auch zum Verstellen der Hinterkante eingesetzt werden. Die Zugelemente können in einer vorteilhaften Ausgestaltung schräg über den Flügel laufen, so dass sie bei einer Längenänderung zusätzlich eine Vertwistung des Flügels herbeiführen. Durch die neue Konstruktion liegen die Steuerseile dicht beieinander und könnten, um den Widerstand zu minimieren, teilweise gemeinsam in profilförmigen Sehnenscheiden 27 geführt und an dem unteren Ende zur Steuerfunktion wieder aufgefächert werden. Dies würde auch zu einer besseren Kontrolle führen, da die veränderte Anströmung der Seile, welche in Abhängigkeit mit der unterschiedlichen Spannung steht, damit reduziert wird
Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise als Anker, Scherbrett, Surfkite oder Drachen zum Einsatz kommen.
In Fig. 26 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 30 für einen Biegeschlagflügel 40 gezeigt. Dabei ist das Biegeelement 1 im Wesentlichen in Form eines pyramidenförmigen Keils mit viereckiger, hier quadratischer Grundfläche ausgestaltet. Das Biegeelement 1 weist hierzu vier antriebsseitig voneinander beabstandete Biegeabschnitte 4a bis 4d auf, deren Abstand voneinander sich in Richtung vom Antrieb (in Fig. 26 nicht dargestellt) weg verringert.
Die Biegeabschnitte 4a bis 4d stellen die Kanten des pyramidenförmigen Keiles dar, welcher sich von der Pyramidenbasis an der Antriebsseite bis zur Pyramidenspitze 8 im Bereich des vom Antrieb abgewandten Endes des Biegeelementes 1, der Pyramidenspitze 8 erstreckt.
Die antriebsseitigen Enden der Biegeabschnitte 4a bis 4d können von einem Antrieb 15 (in Fig. 26 nicht dargestellt) druck- oder zugbelastet werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass jeweils zwei Biegeabschnitte ein Biegeelement 1 ausbilden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. D. h., durch entsprechende Relativbewegung der antriebsseitigen Biegeabschnitte, beispielsweise der Biegeabschnitte 4a und 4c, kann das Biegeelement 1 in der Ebene, welche von den Längsachsen der Biegeabschnitte 4a und 4c aufgespannt wird, gekrümmt werden. Dadurch, dass weitere Biegeabschnitte 4b und 4d vorgesehen sind, welche auf die Spitze 8 des Biegeelementes 1 eine Kraft übertragen können, die eine Druckkomponente senkrecht zu dieser Ebene aufweist, ist es mit dem Biegeelement 1 der in Fig. 26 gezeigten Ausführungsform auch möglich, das Biegeelement 1 aus der von den Biegeabschnitten 4a und 4c definierten Biegeebene herauszukrümmen. Auf diese Weise kann das Biegeelement der Fig. 26 prinzipiell in all den Biegeebenen gekrümmt werden, welche durch die Längsachsen zweier der Biegeabschnitte 4a bis 4d definiert sind, in den die entsprechenden Biegeabschnitte antriebsseitig relativ zueinander verschoben werden. Somit kann die Spitze 8 des Biegeelementes 1 in mehreren Richtungen hin- und herbewegt werden und bei Mischbewegungen kreisen bzw. insgesamt eine konkav gewölbte Fläche beschreiben.
Die Ansteuerung der antriebsseitigen Abschnitte der Biegeabschnitte 4a bis 4d erfolgt vorzugsweise so, dass die jeweils diagonal gegenüberliegenden Abschnitte 4a und 4c bzw. 4b und 4d als V-Träger angesteuert bzw. aktuatorisch gekoppelt werden. Auf diese Weise erreicht man den größtmöglichen Basisabstand der auf der Seite des Antriebs voneinander beabstandeten Biegeabschnitte, wodurch die größtmögliche Kraft aufgebracht werden kann, da die Keilspitze 8 der jeweiligen V-Träger den größtmöglichen Winkel ausbildet.
Auch wenn dies in Fig. 26 nicht gezeigt ist, ist es nicht erforderlich, die einzelnen Biegeabschnitte 4a bis 4d gleich lang auszubilden. Auch muss die von den antriebsseitigen Abschnitten der Biegeabschnitte 4a bis 4d definierte Grundfläche der Pyramide nicht quadratisch sein, sondern kann eine beliebige Vierecksform annehmen. Es ist prinzipiell möglich, eine beliebige Anzahl an Biegeabschnitte einzusetzen und zu einem pyramidenförmigen Keil zu verbinden.
Ferner ist es auch möglich, dass in Fig. 26 zwei diagonal gegenüberliegend angeordnete Biegeabschnitte, beispielsweise die Abschnitte 4a und 4c oder die Abschnitte 4b und 4d, als rein zugfeste Biegeabschnitte, beispielsweise Zugseile, ausgebildet sind. Die möglichen Verbiegungen des Biegeträgers 1 werden dadurch nicht beeinträchtigt.
Fig. 27 zeigt eine weitere Ausführungsform des Biegeelementes 1, welche vom Grundprinzip her der Ausführungsform der Fig. 26 entspricht. Abweichend von der Fig. 26 weist das Biegeelement 1 der Fig. 27 jedoch drei antriebsseitig voneinander beabstandete Biegeabschnitte 4a bis 4c auf, die als Druckstäbe ausgebildet sind. Auch mit dieser Konfiguration von drei Biegabschnitten 4a bis 4c, die einen im Wesentlichen tetraederförmigen Keil ausbilden, ist es möglich, die Spitze 8 des Biegeelementes 1 wie die Spitze 8 des Biegeelementes 1 der Ausführungsform der Fig. 26 zu bewegen.
Ferner unterscheidet sich das Biegeelement 1 der Fig. 27 vom Biegeelement der Fig. 26 dadurch, dass sich die Biegeabschnitte im Wesentlichen schraubenförmig vom antriebsseitigen Ende des Biegeelementes zum vom Antrieb abgewandten Ende des Biegeelementes erstrecken. Durch diese schraubenförmige Ausgestaltung ist es möglich, dass kombinierte Biege- und Torsionsbewegungen erreicht werden können. Selbstverständlich ist es auch möglich, lediglich einen oder nur ausgewählte Biegeabschnitte eines Biegeelementes schraubenförmig auszugestalten, um gezielte Bewegungsmuster aus einer Biegebewegung überlagert durch eine Torsionsbewegung zu erreichen.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ist es, eine beliebige Anzahl an Antriebsvorrichtungen in einer beliebigen räumlichen Ausrichtung zueinander anzuordnen. Mehrere Antriebvorrichtungen können beispielsweise in einer Ebene um eine gemeinsame Mittelachse angeordnet sein, wodurch z. B. eine glockenförmige Bewegung möglich wird. Auch können mehrere Antriebsvorrichtung strahlenförmige im Raum um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet werden. Auf diese Weise könnte nach die Form eines Seeigels imitieren.
Die Antriebsvorrichtung bzw. der Flügel kann starr an einem Basiselement, z. B. einem Rumpf gehalten sein. Es ist jedoch auch möglich, die Antriebsvorichtung beweglich zu halten, beispielsweise durch einer Befestigung an einem dreh-, schwenk-, klappbaren oder sonstigen beweglichen Basiselement. Auf diese Weise kann die Antriebvorrichtung unabhängig von deren Betreib relativ zu dem Körper, an dem sie befestigt ist, verstellt werden.
Im Übrigen kann der pyramidenförmige Keil von einer beliebigen Anzahl von Biegeabschnitten ausgebildet werden.

Legende der Bezugszeichen mit Synonymen

1: Trägerelement, Holm, Biegeelement, Biegestab, Druckstab
2: Aufnahme, Lagerung, Führung, Gleitlager
3: Zugfestes Verbindungselement, Zugseil, Zuggurt, Spannelement
4: Verbindungselement, welches zug- und druckfest ist, Trägerelement, Holm, Biegeele- ment, Biegestab, Druckstab
5: Profilkörper, Flügelkörper,
5a: Formmaterial (Elastomer, Schaum etc.)
5b: Kammern, Hohlräume, Nutzraum
6: Tasche, Hülse, Gleitlager, Führung etc.
7: Freiraum, Designraum
8: Verbindungspunkt, Angriffspunkt, Kraftübertragungsstelle, Spitze
9: Auflager
9': virtuellen Auflager
10: äußere Krafteinwirkung
11: weiche/flexible/elastische/biegsame Sitze, elastisches Winglet
11': = 11 im entspannten Zustand
12: "Handbereich"
13: "Armbereich"
14: Zugband, Schlaufe, Kraftübertragungselement, Antriebskomponente
15: Antriebsrad, Verstellrad, ggf. Zahnrad, Antrieb
16: Profilrippen, Profilspangen, Formstabilisator
17: Rumpf, Rumpfsegment, Trägereinheit
18: Schwanzaufnahme, ggf. Düse für Schubvektorsteuerung
19: elastisches Konturband oder Hautkontur, Formstabilisator
20: Aktuator
21: Heckflügel, Schwanz
22: elastische Hinterkante
23: Gegenlager
24: Achse im Holm
25: Achse im Profil
26: Holm Verbindungselement
27: Sehnenscheide
28: Ausleger
29: Trägerverbund bzw. Trägerelement mit zwei Holmen
30: Antriebsvorrichtung
40, 40a, 40b: Biegeschlagflügel
50: Wasser- bzw. Luftfahrzeug
A1: Achse in Lotrichtung auf die Flügelfläche
A2: Achse in Spannweitenrichtung/Ausdehnungsrichtung des Trägerverbundes
I: antriebsseitiges Ende des Biegeelements
II: vom Antrieb abgewandtes Ende des Biegeelements
L: Längsachse des keilförmigen Biegeelements
d: Abstand zwischen Biegeabschnitten

Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können sein:

1. Biegeschlagflügel, der als Trägerelement einen von der Flügelbasis zur Flügelspitze verlaufenden flexiblen Holm besitzt, welcher an seiner Basis kipp- und drehfest gelagert ist und im Übrigen als Biegeelement fungiert, und mittels eines schräg am Außenbereich des Biegeelmentes angreifendem Verbindungsgliedes, das am anderen Ende mit einem Aktuator verbunden ist, quer zur Flügelfläche gekrümmt werden kann, so dass ein Flügelausschlag in Form einer Biegeschwingung mit stetigen Konturverlauf realisiert wird.
2. Biegeschlagflügel nach Punkt 1, bei dem der Flügel elastisch verwunden werden können.
3. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 2, bei dem der Holm torsionselastisch gestaltet ist.
4. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 3, bei dem das Verbindungsglied gleichermaßen als Biegeelement ausgebildet und an seiner Basis kipp- und drehfest in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist.
5. Biegeschlagflügel nach Punkt 4, der mit einem anderen Biegeschlagflügel verbunden ist, wobei ein Holm des einen Flügels mit dem Pendant des gegenüberliegenden Flügels als ein durchgehender flexibler Holm ausgebildet ist und die zwei anderen Holme der gegenüberliegenden Seiten durch ein gemeinsames Verstellglied symmetrisch oder mittels separater Verstellglieder ggf. auch asymmetrisch in ihrer Längsrichtung verschoben werden können.
6. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 5, bei welchem beide Holme als Verstellglied ausgebildet sind und an der Basis mechanisch gekoppelt vom Aktuator gegenläufig verstellt werden.
7. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei welchem das Trägerelemente nach dem Angriffspunkt des Verbindungselementes eine weiche, biegsame Spitze besitzt, die eine vom Arm abweichende Bewegung ausführen kann, z. B. bei äußerer Krafteinwirkung nachgiebig verformt werden kann, so dass bei einem Flügelschlag ein wellenförmiger Verlauf der Flügelkontur / S-Schlag / erzielt werden kann, bei Auftriebserzeugung auch als elastisches Winglet wirkt und zur Reduktion des Rand-Wirbelwiderstandes beiträgt.
8. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, dessen Körper aus einem Elastomer besteht, in welchem ggf. spezielle Taschen für Holm und/oder Verbindungselement vorgesehen sein können.
9. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei welchem der Flügelkörper in Skelettbauweise mit Profilrippen aufgebaut ist, die in Strömungsrichtung ausgerichtet sind.
10. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, welcher einen steuerbaren Aktuator zur Dämpfung, Verstärkung bzw. aktiven Herbeiführung einer Verwindung der Flügel aufweist.
11. Biegeschlagflügel nach Punkt 10, bei dem der Aktuator zur aktiven Verwindung der Flügel über Zugelemente am Flügel angreift, welche zumindest in einem Abschnitt spiralförmig im oder um das Trägerelement verlaufen.
12. Biegeschlagflügel nach Punkt 10, bei dem in einer vorbestimmten Distanz vom Trägerelement Zugelemente angeordnet sind, die zumindest zwei voneinander beabstandete Profile in Bezug auf deren Profilhöhe diagonal verspannen und bei Zugeinwirkung den Diagonalabstand verkürzen, so dass die Profilelemente relativ zueinander um die Längsachse des Trägerelementes verdreht und die von den Profilelementen aufgespannte Fläche entsprechend verwunden wird.
13. Biegeschlagflügel nach Punkt 10, bei welchem zur Übertragung einer Torsionskraft eine flexible Welle vorhanden ist.
14. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 10, bei welchem pro Flügel zumindest zwei Trägerelemente vorhanden sind, die voneinander beabstandet sind und in Bezug auf ihre Auslenkung individuell angesteuert werden können, so dass die Flügelfläche auf unterschiedliche Weise vertwistet werden kann.
15. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 14, bei dem Profilelemente mit einer flexiblen Hinterkante ausgestattet sind.
16. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 15, bei welchem die Profilelemente in einem Flügelbereich verformbar gestaltet sind.
17. Biegeschlagflügel nach einem der Punkte 1 bis 16, welcher zumindest ein steuerbares Aktuatorelement zur Formänderung von Profilelementen aufweist.
18. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei welchem das Rumpfsegment in zumindest einer Projektion einen in etwa elliptischen Querschnitt aufweist, in welchen die Holme des Trägerelements jeweils tangential einmünden bzw. diesem formschlüssig aufliegen, so dass sich im Formübergang von Stützstruktur und formvariablem Flächenelement ein stetiger Verlauf der Außenkontur ergibt.
19. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei einem der Holme des Trägerelementes ein schlaufenförmiges Zugband befestigt ist, das an beiden Enden oder als umlaufende Schlaufe mit einem motorischen Element zur Längsverschiebung des Holmes verbunden ist und im Basisbereich des Trägerelementes um die Rumpfkontur geführt ist - vorzugsweise in einer Gleitbahn, über ein Rad oder ein mehrgliedriges Rollenlager -, so dass beim Zug des schlaufenförmigen Zugbandes in die eine oder andere Richtung der Befestigungspunkt des Holmes tangential entlang der Außenkontur der Stützstruktur verschoben wird.
20. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, zumindest ein Trägerelement mit einem Zugband am Rumpf gehalten wird, welches an beiden Enden oder als umlaufendes Zugband mit einem motorischen Element zur Längsverschiebung verbunden ist und im Basisbereich des Trägerelementes eine dem Rumpfsegment beidseitig tangential anliegende Schlaufe bildet, die um den Rumpf verläuft und - dort vorzugsweise in einer Gleitbahn, über ein Rad oder ein Rollenlager geführt ist - wobei die beiden Holme des Trägerelementes an gegenüberliegenden Seiten der Schlaufe befestigt sind, so dass beim Zug des Bandes in die eine oder andere Richtung die beiden Holme in zueinander gegenläufiger Richtung tangential entlang der Außenkontur der Stützstruktur verschoben werden.
21. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei welchem eine motorische Einheit bzw. ein Verstellglied mehrere Verstellfunktionen gleichzeitig bedient.
22. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, welcher drei Flügel besitzet, von denen einer als rückwärtiges Schwanzsegment ausgebildet ist, sowie einer geeigneten Anzahl von Aktuatoren, die vorzugsweise im Rumpf angeordnet sind.
23. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, bei welchem zumindest die Flügel und das Schwanzsegment von einer elastisch dehnbaren Außenhaut umschlossen sind.
24. Biegeschlagflügel nach einem oder mehreren der vorherigen Punkte, welcher einen Mittel zur Änderung seines aero- bzw. hydrostatischen Auftriebes aufweist.

Claims

Antriebsvorrichtung (30) insbesondere für einen Biegeschlagflügel (40), die an einer Seite mit einem Antrieb (15) verbindbar ausgestaltet ist, mit einem im Wesentlichen in Form eines Keiles ausgebildeten Biegeelement (1), das wenigstens zwei, sich vom Antrieb weg erstreckende und auf der Seite des Antriebs voneinander beabstandete Biegeabschnitte (3, 4) aufweist, deren Abstand voneinander sich in Richtung vom Antrieb weg verringert und die im Bereich des vom Antrieb abgewandten Endes des Biegeelementes (1) kraftübertragend gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeabschnitte (3, 4) an der Seite des Antriebs im Wesentlichen entlang der Längsachse des Keiles relativ zueinander beweglich gehalten sind und das Biegeelement (1) in Abhängigkeit von der relativen Position der Biegeabschnitte (3, 4) an der Seite des Antriebs in eine unterschiedliche, in Dickenrichtung des Biegeschlagflügels weisende Krümmung überführbar ausgestaltet ist.
Antriebsvorrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt wenigstens eines Biegeabschnittes (3, 4) am antriebsseitigen Ende in einem Lager (2) kippsicher gehalten ist.
Antriebsvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (1) im Wesentlichen in Form eines pyramidenförmigen Keils ausgestaltet ist und wenigstens drei, antriebsseitig voneinander beabstandete Biegeabschnitte (3, 4) aufweist, deren Abstand voneinander sich in Richtung vom Antrieb weg verringert.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das vom Antrieb (15) abgewandte Ende des Biegeelementes (1) in Richtung vom Antrieb weg als flexibler Fortsatz (11) fortsetzt.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Biegeabschnitt (3, 4) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen schraubenförmig vom antriebsseitigen Ende des Biegeelementes (1) zum vom Antrieb abgewandten Ende des Biegelementes (1) erstreckt.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem antriebsseitigen Ende wenigstens eines Biegeabschnittes (3, 4) bewegungsübertragend verbindbarer Antrieb (15) vorhanden ist, durch den im Betrieb eine zum vom Antrieb abgewandten Ende des Biegeelementes gerichtete Antriebskomponente in den Biegeabschnitt (3, 4) einleitbar ist.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (15) wenigstens ein reversierbares Kraftübertragungselement (14, 16) aufweist, welches wenigstens zwei Biegeabschnitte (3, 4) antriebsseitig miteinander verbindet.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Formstabilisator (16) vorgesehen ist, welcher den maximalen Abstand zweier Biegeabschnitte (3, 4) an wenigstens einer Stelle des Biegeelementes (1) begrenzt.
Antriebsvorrichtung (30) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel (31) vorgesehen sind, welche jeweils zwei Stellen der Biegeabschnitte (3, 4) unabhängig von der Verformung des Biegeelementes (1) im gleichen Abstand voneinander halten.
Biegeschlagflügel (40) gekennzeichnet durch wenigstens eine Antriebsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Veränderung der Außenkontur des Biegeschlagflügels (40), wobei die antriebsseitigen Enden der Biegeabschnitte (3, 4) im Bereich der Flügelwurzel angeordnet sind.
Biegeschlagflügel (40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeschlagflügel (40) eine biegsame Außenhülle aufweist, in der das wenigstens eine Biegeelement (1) sowie wenigstens ein mit dem Biegelement (1) verbundenes, das Strömungsprofil des Biegeschlagflügels (40) definierendes Formgebungselement (5) angeordnet sind.
Biegeschlagflügel (40) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Profilkörpern (16) vorgesehen ist, die im Wesentlichen entlang eines Biegeabschnittes (3, 4) angeordnet sind.
Biegeschlagflügel (40) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkörper (16) gleichzeitig die Formstabilisatoren der Antriebsvorrichtung (30) darstellen.
Wasserfahrzeug (50) mit einem Antriebs- und/oder Steuerorgan, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs- und/oder Steuerorgan ein Biegeschlagflügel (40) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 ist.
Wasserfahrzeug (50) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Biegeschlagflügel (40) der Ansprüche 10 bis 13 gegenüberliegend aneinander oder an einem Rumpf (17) angeordnet sind.
Wasserfahrzeug (50) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Biegeabschnitt (3, 4) des einen Biegeschlagflügels (40) mit dem Biegeabschnitt (3, 4) des anderen Biegeschlagflügels (40) miteinander bewegungsübertragend verbunden sind.
Wasserfahrzeug (50) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Biegeabschnitt (3, 4) des einen Biegeschlagflügels (40) und wenigstens ein Biegeabschnitt (3, 4) des anderen Biegeschlagflügels (40) mit demselben Antrieb (15) verbunden sind.