EP2993118B1 - Flossenstabilisator und wasserfahrzeug - Google Patents

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EP2993118B1
EP2993118B1 EP15179814.7A EP15179814A EP2993118B1 EP 2993118 B1 EP2993118 B1 EP 2993118B1 EP 15179814 A EP15179814 A EP 15179814A EP 2993118 B1 EP2993118 B1 EP 2993118B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fin
tail
stabilizer
main
deformation body
Prior art date
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Active
Application number
EP15179814.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2993118A1 (de
Inventor
Dirk Buechler
Thomas Elsken
Sebastian Geier
Bram Van De Kamp
Markus Kintscher
Steffen Opitz
Martin Pohl
Michael Zollenkopf
Andreas Bubbers
Kai Danneberg
Lothar Knippschild
Thomas Siebrecht
Holger Spardel
Christian Thieme
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
SKF Marine GmbH
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
SKF Blohm and Voss Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV, SKF Blohm and Voss Industries GmbH filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP2993118A1 publication Critical patent/EP2993118A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2993118B1 publication Critical patent/EP2993118B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B63B39/061—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water by using trimflaps, i.e. flaps mounted on the rear of a boat, e.g. speed boat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/16—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces
    • B63B1/24—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces of hydrofoil type
    • B63B1/28—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces of hydrofoil type with movable hydrofoils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/36—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type

Definitions

  • the invention relates to a fin stabilizer for stabilizing a watercraft according to the preamble of claim 1, and a watercraft.
  • Stabilizers of watercraft in particular fin stabilizers, which are suitable both for driving and for “anchor” operation, have these two operating modes with regard to conflicting requirements.
  • Stabilizer fins optimized for driving should have a large span and a relatively small chord length.
  • the buoyancy forces for stabilizing the watercraft result from the inflow during travel and the angle of attack of the fin stabilizers.
  • the axis of rotation should be in the area of the center of lift of the fin stabilizer.
  • the stabilizer fins Since there is no or negligible flow to the stabilizer fins during "pre-anchor” stabilization, the force which counteracts a rolling movement must be generated by the fin stabilizers themselves, by displacement and flow build-up around the moving stabilizer fin.
  • the stabilizer fins should therefore have a large chord length with an axis of rotation closer to the nose of the stabilizer fins in the case of a “pre-anchor” stabilization with approximately the same span.
  • High propulsion torques are required so that the “anchor bolts" stabilizers can effectively counteract a rolling movement of the watercraft even while driving. Due to the large stabilizer fin and the powerful drive, these stabilizer systems have a high weight, a high power consumption and a large space requirement in the watercraft. Furthermore, when designing the fin stabilizers, a compromise must always be made between driving and "anchor" operation.
  • a fin stabilizer for stabilizing a watercraft which has a main fin which can be pivoted by a fin drive on the watercraft side and a tail fin which is movably mounted on the main fin.
  • the fin stabilizer has a locking device that actively controls the swiveling of the tail fin. In the "pre-anchor" mode, the locking device blocks a possible pivoting movement of the tail fin and thereby increases the area of the stabilizer fin. When driving, the locking device is switched to freewheeling and allows the tail fin to pivot freely, as a result of which the area of the stabilizer fin is reduced.
  • the publication US 2,151,836 A discloses a boat with elastic side catchers for wave shocks and support surfaces to reduce severe bow subsidence.
  • the publication DE 60 2005 004 944 T2 discloses an active roll stabilization system for ships. From the publication DE 39 39 435 A1 Stabilizing fins for damping the longitudinal movement in keel yachts are disclosed.
  • the object of the invention is to provide a fin stabilizer for a watercraft, which enables a high stabilizing effect of the watercraft with reduced technical effort both when driving and in the "anchor" mode, as well as against a rolling movement both anchor and Highly stabilized watercraft even while driving.
  • a fin stabilizer according to the invention for stabilizing a watercraft is defined in claim 1.
  • Both the flexible tail fin and the device for automatically adjusting a tail fin angle are designed to be passive. As a result, control devices, active controls and the like are not necessary. No active control devices have to be integrated into the fin stabilizer, so that it also has a reduced weight and less complexity than conventional fin stabilizers of the same size. The manufacturing effort and the maintenance effort of the fin stabilizer is significantly reduced.
  • the device effectively acts as a spring with a spring constant that is adapted to the forces acting on the stabilizer fin. In “pre-anchor" operation, the effective effective area of the stabilizer fin is extended by the tail fin, since the force acting on the tail fin during "pre-anchor" operation causes no or only a negligibly small deflection of the tail fin when the fin drive is adjusted.
  • a water flow acts in addition to the fin drive, so that the force acting on the tail fin causes a deflection and thus a laying of the tail fin in the direction of the water flow.
  • the effective area of the stabilizer fin is thus reduced when the vehicle is in motion, as a result of which the drive torque of the stabilizer fin drops and thus a larger angle of attack and the resulting greater lift force for reducing the roll is achieved.
  • the tail fin is mounted on the main fin so as to be pivotable about a pivot axis.
  • the device can in this case be an arrangement of at least one elastic deformation body, a cylinder-piston arrangement, a double-acting torsion spring and the like seated on the pivot axis, which passively adjust the tail fin angle and the pivoting of the tail fin.
  • the device has a deformation body which at least partially connects the main fin to the tail fin.
  • the deformation body preferably consists of an elastic combination of plastics and other suitable materials and has a defined spring constant.
  • the mechanical swivel axis between the tail fin and the main fin can be completely replaced by the deformation body.
  • the deformation body is designed in several parts, for example in multiple layers.
  • the individual bodies or layers can have a variable thickness.
  • the orientation of the layers can be selected differently depending on the required properties of the deformation body.
  • Reinforcing fibers can be embedded in the deformation body.
  • the behavior of the caudal fin can be precisely set by the composition of the deformation body, the geometric shape and the thickness or thickness distribution of the layers of the deformation body.
  • the deformation body has at least one stabilizing element.
  • This stabilizing element preferably only allows the degrees of freedom necessary for the operation of the fin stabilizer for deflection of the tail fin.
  • the stabilizing element thus acts as a kind of swivel guide, which prevents the device from twisting.
  • This layer element is preferably introduced in the middle or in the neutral phase of the deformation body.
  • the layer element can, for example, consist of a plastic, a fiber composite material, a metal or a metal mixed material or the like.
  • the stabilizing element connects the tail fin to the main fin at least in sections. This ensures that there is at least a continuous connection between the main fin and the caudal fin and that the caudal fin is still reliably attached to the main fin even if the deformation body is damaged.
  • the securing element of the fin stabilizer preferably has at least one web at least on one side. This measure creates a flat rib-like strut of the deformation body.
  • a plurality of webs, in particular wall-like webs, are preferably provided, at least some spaces between the webs being filled with compressible and stretchable materials such as plastic foams.
  • multi-part, in particular multi-layer deformation combinations and the like can also be used in the spaces.
  • the spring constant of the deformation element can be precisely adjusted via the materials in the spaces.
  • the materials can also be chosen so that their influence on the spring constant is negligible compared to the influence of a central plane of the deformation body.
  • the materials in the spaces can be chosen such that, depending on the swivel angle, an increasing resistance to swiveling the caudal fin is overcome.
  • the deformation body or the tail fin has a non-positive and / or positive connection with the main fin, at least in some areas.
  • the deformation body preferably also merges flush with the tail fin. This measure enables the manufacture of such a fin stabilizer with the aid of the usual manufacturing processes with a high degree of automation. Examples are screw connections and dovetail connections.
  • the deformation body can also be integrally bonded, for example glued, to the main fin and / or tail fin.
  • the deformation body or the caudal fin can extend flush or stepped from the main fin.
  • the flush design results in a shape of the fin stabilizer that can be optimized in terms of flow technology. This effectively prevents eddies in the transition areas between the main fin-device and device-tail fin.
  • the gradation simplifies the manufacture of the fin stabilizer.
  • a watercraft equipped with the fin stabilizer according to the invention is distinguished, in particular in the case of a technically reduced fin stabilizer, by a high roll stabilization both in the driving mode and in the "anchor" mode.
  • the Figure 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of a fin stabilizer 1 according to the invention.
  • the fin stabilizer 1 has a main fin 2 and a tail fin 4 which are connected to the main fin 2 via a device 6 for automatically adjusting a tail fin angle ⁇ .
  • the device 6 is in the longitudinal direction x the fin stabilizer 1 between the main fin 2 and the tail fin 4.
  • the tail fin angle ⁇ is closer to Figure 2 explained.
  • the main fin 2 is driven via a drive shaft 7 by a fin drive, not shown, on the watercraft side.
  • the drive shaft 7 extends in or almost in the transverse direction y of the fin stabilizer 1 and is arranged centrally in the vertical direction z of the fin stabilizer 1.
  • a receptacle (not shown) for establishing an operative connection between the drive shaft 7 and the fin stabilizer 1 is arranged near a leading edge 8 of the main fin 2, which is considered on the upstream side, and away from a trailing edge 9 of the main fin 2 and thus away from the tail fin 4.
  • Figure 2 illustrates the deflection of the tail fin 4 relative to a main fin center plane 3 by a tail fin angle ⁇ using a simplified sectional illustration of the first exemplary embodiment.
  • a position of the tail fin 4 deflected by the tail fin angle + ⁇ is illustrated here by the reference number 4+.
  • a position of the tail fin 4 deflected by the tail fin angle - ⁇ is illustrated here by reference numeral 4-.
  • the respective position results from the forces applied to the tail fin 4.
  • the tail fin 4 is always aligned in such a way that it takes place in the direction of a water flow adjacent to the main fin 2.
  • a pivot axis 11 designated here with the reference numeral 11 merely serves as a reference point for defining the tail fin angle.
  • Figure 3 presents a section of the device 6 in area A.
  • Figure 1 along the flow direction of the fin stabilizer 1.
  • the device 6 is designed as a one-piece, elastic deformation body 10.
  • the deformation body 10 extends over the entire extent of the stabilizer fin 1 in the trailing edge region of the main fin 2 in the transverse direction y and in the vertical direction z.
  • the deformation body 10 consists of polyurethane.
  • the device 6 serves as a pivot axis 11 ( Figure 2 ) and as a connection between the skin fin 2 and the tail fin 4.
  • the device 6 has a connecting element 12 on the main fin side, which connects the deformation body 10 to the main fin 2.
  • the connecting element 12 here has an H-shaped longitudinal section and is preferably resistant to bending and screwed to the main fin.
  • a tail-fin connecting element is not shown, but can be constructed analogously be.
  • the deformation body 10 is connected to the tail fin-side connecting element, for example, by means of a material bond.
  • the main fin-side connecting element 12, the deformation body 10 and the tail fin-side connecting element continue a streamlined shape of the main fin 2 to the tail fin 4.
  • FIG 4 a section through a second exemplary embodiment of the fin stabilizer 1 according to the invention is shown in the area of a device 6 for automatically adjusting a tail fin angle ⁇ between the tail fin 4 and the main fin 2.
  • the device 6 has a multi-part and in particular here a multi-layer deformation body 10, which extends over the entire transverse extension and vertical extension of the fin stabilizer 1 in the trailing edge region of the main fin 2. It is connected to a main fin-side connecting element 12 and a tail fin-side connecting element 18. It has a stabilizing element 16, which is introduced in the neutral phase of the deformation body 10 and extends between the main fin-side connecting element 12 and the tail fin-side connecting element 18. The stabilizing element 16 prevents the deformation body 10 from twisting in the event of an elastic deformation in order to deflect the tail fin 4. Two layers 21, 23 and 20, 22 are arranged on each side of the stabilizing element 16.
  • the thickness, ie the expansion in the vertical direction z, of the stabilizing element 16 and the individual layers 20, 21, 22, 23 can vary.
  • the individual layers 20 to 23 can consist of different materials.
  • the stabilizing element here is, for example, a plastic-based glass fiber composite material
  • the two inner layers 22, 23 lying directly against the stabilizing element 16 consist, for example, of a polyurethane or polyethylene foam
  • the two outer layers 20, 21 consist, for example, of a non-foamed polyurethane elastomer.
  • the stretchable and compressible layers 20, 21, 22, 23 are adapted to the thickness of the stabilizing element 16. This results in the desired shape of the device 6 and thus also the shape of the transition from the main fin 2 to the tail fin 4.
  • the stabilizing element 16 tapers in the direction of the tail fin.
  • the inner layers 22, 23 increase in height in the direction of the caudal fin, whereas the outer layers 20, 21 are tapered in the direction of the caudal fin in order to adjust the flow-optimized shape.
  • other courses are also possible.
  • the Figure 5 shows in perspective a third embodiment of the fin stabilizer 1 with a device 6 for automatically adjusting a tail fin angle ⁇ between a tail fin 4 and a main fin 2.
  • the device 6 has a multi-part deformation body 10 in which a stabilizing element 16 is embedded, which is introduced in the neutral phase is.
  • the stabilizing element 16 is here plate-like and has webs 24, 25, 26, 27 arranged on both sides.
  • the webs 24, 25, 26, 27 are each arranged opposite one another and run in the vertical direction z of the fin stabilizer 1 along the entire extent of the fin stabilizer 1 in the transverse direction y in the area of the deformation body 10. A detailed explanation of the webs is given in Figure 6 .
  • Figure 6 is an enlarged section of area B. Figure 5 shown.
  • the device 6 is connected to the main fin 2 by means of an H-shaped connecting element 12.
  • the connecting element 12 is the same as the connecting element 12 shown in the first exemplary embodiment Figure 2 executed so that repetitive explanations are omitted.
  • the connection of the caudal fin 4 to the deformation body 10 is also the same as the first exemplary embodiment, so that repeated explanations are also omitted here and to the explanations for Figure 2 is referred.
  • the webs 24, 25, 26, 27 are wall-like here and extend orthogonally from the stabilizing element 18 in the vertical direction z. They are each preferably evenly spaced from one another in the longitudinal direction x of the fin stabilizer 1 and at the head end from its outer skin 14. Due to the flow-optimized shape of the deformation body 10, the webs or walls 24, 25, 26, 27 extend to different distances from the stabilizing element 16 or have different heights. A large number of gaps 32, 33, 34, 35 are formed by the mutual spacing, the ends of the webs 28, 29, 30, 31 are connected to one another. The gaps 32, 33, 34, 35 are filled with a plastic foam 22, 23 in this embodiment.
  • the stabilizing element 16 and the webs 28, 29, 30, 31 are preferably also made of plastic.
  • the webs can be provided with corresponding holes for receiving or penetrating the plastic material.
  • the webs 28, 29, 30, 31 on one side are moved towards one another on the head side and the plastic material is compressed in the respective spaces 32, 33, 34, 35, which also allows the tail fin to be pivoted.
  • FIG 7 a section through a device 6 for automatically setting a tail fin angle ⁇ between a tail fin 4 and a main fin 2 of a fourth exemplary embodiment of a fin stabilizer 1 is shown.
  • a multi-part deformation body 10 of the device 6 has, on both sides, a plate-like stabilizing element 16 for closed chambers 36, 37, 38, 39.
  • a mutual connection of the chambers or spaces 36, 37, 38, 39 as in the third embodiment according to Figure 6 does not exist.
  • the chambers 36, 37, 38, 39 are arranged in pairs on both sides of the stabilizing element 16 one behind the other in the flow direction and are filled, for example, with a plastic foam.
  • Figure 8 shows a section through a device 6 for automatically adjusting a tail fin angle ⁇ between a tail fin 4 and a main fin 2 of a fifth exemplary embodiment of a fin stabilizer 1.
  • the essential difference from the exemplary embodiments already shown is the graded shape of the device 6 or its deformation element 10 in FIG Area of the main fin-side connecting element 12 and thus in the transition area from the main fin 2 to the device 6.
  • the deformation body 10 here has, for example, a rectangular longitudinal section.
  • the outer skin 14 runs in the direction of the caudal fin 4 parallel to the main fin median plane 3.
  • the caudal fin 4 is preferably streamlined, as in the previous exemplary embodiments. It extends here flush from the device 6.
  • the tail fin 4 can also be omitted.
  • the device 6 or its deformation element 10 then does not fulfill the task of existing tail fin 4, in that the device 6 yields to the water forces acting on it while driving and remains virtually rigid in the "anchor" mode. See also the in Figure 9 Described embodiment, in which the device 6 or the deformation body 10 forms the tail fin 4 or the tail fin 4 is the device 6 or the deformation body 10.
  • FIG 9 a section through a region of a sixth exemplary embodiment of the fin stabilizer 1 is shown.
  • the tail fin 4 in this exemplary embodiment is designed such that it is elastically deformed when a water force acting on it is exceeded.
  • the device 6 or the deformation body 10 is quasi integrated into the tail fin 4 and does not constitute an individual component.
  • the tail fin 4 is thus connected directly to the main fin 2. All features of the device 6 such as gaps, webs can be integrated into the elastic tail fin 4.
  • the mode of operation of the automatic device 6 for automatically adjusting a tail fin angle ⁇ is explained below.
  • the description refers to all in the Figures 1 to 7 shown fin stabilizers.
  • the device 6 and in particular its one-part or multi-part deformation body 10 acts quasi as a spring, the spring constant of which is set in such a way that there is no or almost no pivoting of the tail fin 4 relative to the main fin 2 during "anchoring" operation, whereas when driving the tail fin 2 is oriented in the direction of a water flow.
  • the spring constant is determined by the structure of the deformation body 10 and, in the multi-part deformation body 10 shown here by way of example, results from individual material properties of the layers 20, 21, 22, 23, interstice fillings, chamber fillings, stabilizing elements 16 and webs 28, 29, 30, 31 together.
  • the device 6 virtually forms an in from a load acting on the caudal fin 4 by an elastic deformation Figure 2 indicated pivot axis 11.
  • the device 6 extends the effective effective area of the fin stabilizer 1 through the tail fin 4, since the force acting on the tail fin 4 when the fin stabilizer 1 is pivoted for a significant deflection of the tail fin 4 by the tail fin angle + ⁇ , - ⁇ not sufficient.
  • an effective effective area of the fin stabilizer 1 is thus reduced Main fin 2 and formed by almost the entire surface of the tail fin 4.
  • the water flow acts in addition to the fin drive, so that the force acting on the tail fin 4 causes a deflection and thus a placement of the tail fin 4 in the flow.
  • the area of the fin stabilizer is thus reduced while driving, which means that the fin stabilizer can be more deflected by the fin drive.
  • the tail fin is thus virtually free-wheeling or free-moving, so that, when driving, the active surface of the fin stabilizer 1 is largely formed by the main fin.
  • a fin stabilizer for stabilizing a watercraft, with a main fin, which can be pivoted by a fin drive on the watercraft side, and with a tail fin, which is movably mounted on the main fin, with a device for automatically adjusting a tail fin angle between the tail fin and the main fin depending from a water pressure acting on an active surface of the caudal fin, and a watercraft which is stabilized by at least one such fin stabilizer.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flossenstabilisator zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Wasserfahrzeug.
  • Stabilisatoren von Wasserfahrzeugen, insbesondere Flossenstabilisatoren, die sowohl für den Fahrtbetrieb, als auch für einen "Vor-Anker" Betrieb geeignet sind, haben diese beiden Betriebsmodi betreffend widersprüchliche Anforderungen. Für den Fahrtbetrieb optimierte Stabilisatorflossen sollten eine große Spannweite und eine dazu relativ geringe Sehnenlänge aufweisen. Die Auftriebskräfte zur Stabilisierung des Wasserfahrzeugs resultieren aus der Anströmung während der Fahrt und dem Anstellwinkel der Flossenstabilisatoren. Für die Minimierung des benötigten Antriebdrehmoments sollte sich die Drehachse im Bereich des Auftriebsmittelpunktes des Flossenstabilisators befinden.
  • Da es bei einer "Vor-Anker" Stabilisierung keine bzw. vernachlässigbare Anströmung der Stabilisatorflossen gibt, muss die einer Rollbewegung entgegenwirkende Kraft von den Flossenstabilisatoren selbst, durch Verdrängung und Strömungsaufbau um die bewegte Stabilisatorflosse, erzeugt werden. Die Stabilisatorflossen sollten daher bei einer "Vor-Anker" Stabilisierung bei ungefähr gleicher Spannweite eine große Sehnenlänge mit einer Drehachse näher an der Nase der Stabilisatorflossen aufweisen. Damit die "Vor-Anker" Flossenstabilisatoren auch im Fahrtbetrieb einer Rollbewegung des Wasserfahrzeugs effektiv entgegenwirken können, werden hohe Antriebsdrehmomente benötigt. Durch die große Stabilisatorflosse und den starken Antrieb haben diese Stabilisatorsysteme ein hohes Gewicht, eine hohe Leistungsaufnahme und einen großen Platzbedarf im Wasserfahrzeug. Des Weiteren muss bei der Auslegung der Flossenstabilisatoren immer ein Kompromiss zwischen dem Fahrtbetrieb und dem "Vor-Anker" Betrieb eingegangen werden.
  • In der US5367970A ist eine Flosse mit variabel einstellbarer Außenkontur offenbart. In der Flosse sind Steuerdrähte integriert, die durch eine Längenänderung eine Wölbung der Flosse verursachen. Die Längenänderung wird über ein Steuersystem geregelt.
  • Aus der DE102011005313 B3 ist ein Flossenstabilisator zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs bekannt, der eine Hauptflosse, die durch einen wasserfahrzeugseitigen Flossenantrieb verschwenkbar ist, und eine Schwanzflosse hat, die beweglich an der Hauptflosse gelagert ist. Der Flossenstabilisator hat eine Arretierungseinrichtung, die die Schwenkung der Schwanzflosse aktiv regelt. Im "Vor-Anker" Betrieb sperrt die Arretierungseinrichtung eine mögliche Schwenkbewegung der Schwanzflosse und vergrößert dadurch die Fläche der Stabilisatorflosse. Im Fahrtbetrieb ist die Arretierungseinrichtung in Freilauf geschaltet und ermöglicht eine freie Schwenkbewegung der Schwanzflosse, wodurch die Fläche der Stabilisatorflosse verkleinert wird.
  • Diese bekannten Konzepte ermöglichen eine effektivere Stabilisierung des Wasserfahrzeugs als einteilige Stabilisatorflossen, insbesondere durch die Anpassung der Wirkfläche der Stabilisatorflossen. Jedoch wird hierbei eine aktive Regeleinrichtung benötigt, um zwischen den Betriebszuständen "Vor-Anker" und Fahrtbetrieb zu wählen. Weiterhin besteht bei der DE102011005313 B3 die Arretierungseinrichtung aus einer Vielzahl an mechanischen oder hydraulischen Bauteilen.
  • Die Druckschrift US 2 151 836 A offenbart ein Boot mit elastischen seitlichen Auffangflächen für Wellenstöße sowie Stützflächen zum Reduzieren starker Bugsenkungen. Die Druckschrift DE 60 2005 004 944 T2 offenbart ein aktives Rollstabilisierungssystem für Schiffe. Aus der Druckschrift DE 39 39 435 A1 offenbart sind Stabilisierungsflossen zur Dämpfung der Longitudinalbewegung bei Kielyachten bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flossenstabilisator für ein Wasserfahrzeug zu schaffen, der bei einem reduzierten technischen Aufwand sowohl im Fahrtbetrieb als auch im "Vor-Anker" Betrieb eine hohe Stabilisierungswirkung des Wasserfahrzeugs ermöglicht, sowie ein gegen eine Rollbewegung sowohl Vor-Anker, als auch im Fahrtbetrieb hoch stabilisiertes Wasserfahrzeug.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Flossenstabilisator zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Wasserfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
  • Ein erfindungsgemäßer Flossenstabilisator zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs ist im Anspruch 1 definiert.
  • Sowohl die flexible Schwanzflosse, als auch die Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels sind passiv ausgeführt. Hierdurch sind Regeleinrichtungen, aktive Ansteuerungen und dergleichen nicht notwendig. Es müssen keine aktiven Regeleinrichtungen in den Flossenstabilisator integriert werden, so dass dieser zudem gegenüber herkömmlichen Flossenstabilisatoren gleicher Größe ein reduziertes Gewicht und eine geringere Komplexität aufweist. Der Herstellungsaufwand sowie der Wartungsaufwand des Flossenstabilisators wird deutlich reduziert. Die Einrichtung wirkt quasi als eine Feder mit einer an die auf die Stabilisatorflosse wirkenden Kräfte angepassten Federkonstante. Dabei wird im "Vor-Anker" Betrieb die effektive Wirkfläche der Stabilisatorflosse durch die Schwanzflosse verlängert, da die beim "Vor-Anker" Betrieb auf die Schwanzflosse wirkende Kraft bei einer Verstellung des Flossenantriebs keine bzw. lediglich eine vernachlässigbar kleine Auslenkung der Schwanzflosse bewirkt. Im Fahrtbetrieb jedoch wirkt eine Wasserströmung zusätzlich zum Flossenantrieb, sodass die an der Schwanzflosse wirkende Kraft ein Auslenken und damit ein Legen der Schwanzflosse in Richtung der Wasserströmung bewirkt. Die wirksame Fläche der Stabilisatorflosse wird somit im Fahrtbetrieb verkleinert, wodurch das Antriebsmoment der Stabilisatorflosse sinkt und somit ein größerer Anstellwinkel und daraus resultierende größere Auftriebskraft zur Rollreduzierung erreicht wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Schwanzflosse an der Hauptflosse um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert. Hierdurch wird eine definierte mechanische Verschwenkung der Schwanzflosse ermöglicht. Die Einrichtung kann hierbei eine Anordnung von zumindest einem elastischen Verformungskörper, einer Zylinder-Kolben-Anordnung, einer auf der Schwenkachse sitzenden doppelwirkenden Drehfeder und dergleichen sein, die den Schwanzflossenwinkel und die Schwenkung der Schwanzflosse passiv einstellen.
  • Gemäß der Erfindung weist die Einrichtung einen Verformungskörper auf, der zumindest teilweise die Hauptflosse mit der Schwanzflosse verbindet. Vorzugsweise besteht der Verformungskörper aus einer elastischen Kombination aus Kunststoffen und anderen geeigneten Werkstoffen und weist eine definierte Federkonstante auf. Hierbei kann die mechanische Schwenkachse zwischen der Schwanzflosse und der Hauptflosse vollständig durch den Verformungskörper ersetzt werden.
  • Erfindungsgemäß ist der Verformungskörper mehrteilig, beispielsweise mehrlagig, ausgeführt. Die Einzelkörper bzw. Lagen können dabei eine variable Mächtigkeit aufweisen. Die Ausrichtung der Lagen kann je nach geforderten Eigenschaften des Verformungskörpers unterschiedlich gewählt sein. In den Verformungskörper können Verstärkungsfasern eingebettet sein. Durch die Zusammensetzung des Verformungskörpers, die geometrische Ausprägung und die Mächtigkeit bzw. Mächtigkeitsverteilung der Lagen des Verformungskörpers kann das Verhalten der Schwanzflosse präzise eingestellt werden.
  • Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Verformungskörper zumindest ein Stabilisierungselement auf. Dieses Stabilisierungselement lässt vorzugsweise nur die für den Betrieb des Flossenstabilisators notwendigen Freiheitsgrade für eine Auslenkung der Schwanzflosse zu. Das Stabilisierungselement wirkt somit quasi als Schwenkführung, die ein Verwinden der Einrichtung verhindert. Vorzugsweise ist dieses Lagenelement mittig bzw. in der neutralen Phase des Verformungskörpers eingebracht. Das Lagenelement kann beispielsweise aus einem Kunststoff, aus einem Faserverbundwerkstoff einem Metall bzw. einem Metallmischwerkstoff oder dergleichen bestehen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Flossenstabilisators verbindet das Stabilisierungselement zumindest abschnittsweise die Schwanzflosse mit der Hauptflosse. Hierdurch wird gewährleistet, dass zumindest eine durchgängige Verbindung zwischen der Hauptflosse und der Schwanzflosse besteht und die Schwanzflosse auch dann noch zuverlässig an der Hauptflosse angebunden ist, wenn der Verformungskörper beschädigt ist. Bevorzugterweise weist das Sicherungselement des Flossenstabilisators zumindest einseitig mindestens einen Steg auf. Durch diese Maßnahme entsteht eine flächige rippenartige Verstrebung des Verformungskörpers. Vorzugsweise sind mehrere Stege, insbesondere wandartige Stege, vorgesehen, wobei zumindest einige Zwischenräume zwischen den Stegen mit komprimier- und dehnbaren Materialien wie Kunststoffschäumen ausgefüllt sind.
  • Weiterhin können auch mehrteilige, insbesondere mehrlagige Verformungskombinationen und dergleichen in den Zwischenräumen verwendet werden. Eine definierte Übertragung der auf die Schwanzflosse wirkenden Kräfte auf den Verformungskörper wird hierdurch ermöglicht. Über die Materialien in den Zwischenräumen kann die Federkonstante des Verformungskörpers präzise eingestellt werden. Die Materialien können jedoch auch so gewählt werden, dass ihr Einfluss auf die Federkonstante gegenüber dem Einfluss einer Mittelebene des Verformungskörpers vernachlässigbar ist. Beispielweise ist es vorstellbar, die Materialien in den Zwischenräumen so zu wählen, dass in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel unterschiedlich große Widerstände überwunden werden müssen. Ebenso können die Materialien in den Zwischenräumen derart gewählt werden, dass je nach Schwenkwinkel ein zunehmender Widerstand zum Verschwenken der Schwanzflosse überwunden wird.
  • Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Flossenstabilisators weist der Verformungskörper oder die Schwanzflosse zumindest bereichsweise eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit der Hauptflosse auf. Bevorzugterweise geht der Verformungskörper auch bündig in die Schwanzflosse über. Durch diese Maßnahme kann die Herstellung eines derartigen Flossenstabilisators unter Zuhilfenahme der gängigen Herstellungsprozesse mit hohem Automatisierungsgrad erfolgen. Beispiele sind Schraubverbindungen und Schwalbenschwanzverbindungen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verformungskörper auch mit der Hauptflosse und/oder Schwanzflosse stoffschlüssig, beispielweise verklebt, werden.
  • Der Verformungskörper oder die Schwanzflosse kann sich bündig oder abgestuft von der Hauptflosse erstrecken. Durch die bündige Ausbildung ergibt sich insbesondere eine strömungstechnisch optimierbare Form des Flossenstabilisators. Wirbel in den Übergangsbereichen Hauptflosse-Einrichtung und Einrichtung-Schwanzflosse lassen sich so wirkungsvoll verhindern. Durch die Abstufung wird die Fertigung des Flossenstabilisators vereinfacht.
  • Ein mit dem erfindungsgemäßen Flossenstabilisator ausgerüstetes Wasserfahrzeug zeichnet sich insbesondere bei einem technisch reduzierten Flossenstabilisator durch eine hohe Rollstabilisierung sowohl im Fahrtbetrieb als auch im "Vor-Anker" Betrieb aus.
  • Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flossenstabilisators im nicht montierten Zustand,
    Figur 2
    eine vereinfachte Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels
    Figur 3
    einen Schnitt durch einen Teilbereich des ersten Ausführungsbeispiels,
    Figur 4
    einen Schnitt durch einen Teilbereich des zweiten Ausführungsbeispiels,
    Figur 5
    eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flossenstabilisators,
    Figur 6
    einen Schnitt durch einen Teilbereich des dritten Ausführungsbeispiels,
    Figur 7
    einen Schnitt durch einen Teilbereich eines vierten Ausführungsbeispiels,
    Figur 8
    einen Schnitt durch einen Teilbereich eines fünften Ausführungsbeispiels,
    Figur 9
    einen Schnitt durch einen Teilbereich eines sechsten Ausführungsbeispiels.
  • In den Zeichnungen weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselbe Bezugsziffer auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in einigen Figuren nur einige derselben konstruktiven Elemente mit einer Bezugsziffer versehen.
  • Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flossenstabilisators 1. Der Flossenstabilisator 1 weist eine Hauptflosse 2 und eine Schwanzflosse 4 auf, die über eine Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α zur Hauptflosse 2. Die Einrichtung 6 ist in Längsrichtung x des Flossenstabilisator 1 zwischen der Hauptflosse 2 und der Schwanzflosse 4 angeordnet. Der Schwanzflossenwinkel α wird näher in Figur 2 erläutert.
  • Die Hauptflosse 2 wird über eine Antriebswelle 7 von einem nicht gezeigten wasserfahrzeugseitigen Flossenantrieb angetrieben. Die Antriebswelle 7 erstreckt sich in bzw. nahezu in Querrichtung y des Flossenstabilisators 1 und ist in Hochrichtung z des Flossenstabilisators 1 mittig angeordnet. Eine nicht gezeigte Aufnahme zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle 7 und dem Flossenstabilisator 1 ist nahe einer anströmseitig betrachteten Vorderkante 8 der Hauptflosse 2 und entfernt von einer Hinterkante 9 der Hauptflosse 2 und somit entfernt von der Schwanzflosse 4 angeordnet.
  • Figur 2 veranschaulicht die Auslenkung der Schwanzflosse 4 relativ zu einer Hauptflossenmittelebene 3 um einen Schwanzflossenwinkel α anhand einer vereinfachten Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels. Eine Stellung der um den Schwanzflossenwinkel +α ausgelenkte Schwanzflosse 4 ist hier durch das Bezugszeichen 4+ verdeutlicht. Eine Stellung der um den Schwanzflossenwinkel -α ausgelenkte Schwanzflosse 4 ist hier durch das Bezugszeichen 4- verdeutlicht. Die jeweilige Stellung ergibt sich aus dem an der Schwanzflosse 4 anliegenden Kräften. Die Ausrichtung der Schwanzflosse 4 erfolgt dabei stets derart, dass sie in Richtung einer, an einer der Hauptflosse 2 anliegenden Wasserströmung erfolgt. Eine hier mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Schwenkachse 11 dient lediglich als Bezugspunkt zur Definition des Schwanzflossenwinkels.
  • Figur 3 stellt einen Schnitt der Einrichtung 6 im Bereich A aus Figur 1 längs in Anströmungsrichtung des Flossenstabilisators 1 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 6 als ein einteiliger, elastischer Verformungskörper 10 ausgeführt. Der Verformungskörper 10 erstreckt sich über die jeweils gesamte Ausdehnung der Stabilisatorflosse 1 im Hinterkantenbereich der Hauptflosse 2 in Querrichtung y und in Hochrichtung z. Beispielsweise besteht der Verformungskörper 10 aus Polyurethan. Die Einrichtung 6 dient quasi als Schwenkachse 11 (Figur 2) und als Verbindung zwischen der Hautflosse 2 und der Schwanzflosse 4. Die Einrichtung 6 verfügt neben dem Verformungskörper 10 über ein hauptflossenseitiges Verbindungselement 12, welches den Verformungskörper 10 mit der Hauptflosse 2 verbindet. Das Verbindungselement 12 hat hier einen H-förmigen Längsschnitt und ist vorzugsweise biegestabil und mit Hauptflosse verschraubt. Ein schwanzflossenseitiges Verbindungselement ist nicht dargestellt, kann jedoch analog aufgebaut sein. Eine Anbindung des Verformungskörpers 10 an das schwanzflossenseitige Verbindungselement erfolgt beispielsweise per Stoffschluss.
  • Das hauptflossenseitige Verbindungselement 12, der Verformungskörper 10 und das schwanzflossenseitige Verbindungselement führen eine stromlinienförmige Form der Hauptflosse 2 zur Schwanzflosse 4 fort. Eine den Verformungskörper 10, das hauptflossenseitige Verbindungselement 12 und das nicht gezeigte schwanzflossenseitige Verbindungselement bedeckende Außenhaut 14 geht bündig bzw. stufenlos von der Hauptflosse 2 zur Schwanzflosse 4 über.
  • In Figur 4 ist ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flossenstabilisators 1 im Bereich einer Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α zwischen der Schwanzflosse 4 und der Hauptflosse 2 gezeigt. Die Einrichtung 6 hat einen mehrteiligen und insbesondere hier einen mehrlagigen Verformungskörper 10, der sich über die gesamte Querausdehnung und Hochausdehnung des Flossenstabilisators 1 im Hinterkantenbereich der Hauptflosse 2 erstreckt. Er ist mit einem hauptflossenseitigen Verbindungselement 12 und einem schwanzflossenseitigen Verbindungselement 18 verbunden. Er hat ein Stabilisierungselement 16, das in der neutralen Phase des Verformungskörpers 10 eingebracht ist und sich zwischen dem hauptflossenseitigen Verbindungselement 12 und dem schwanzflossenseitigen Verbindungselement 18 erstreckt. Das Stabilisierungselement 16 verhindert eine Verwindung des Verformungskörpers 10 bei einer elastischen Verformung zum Auslenken der Schwanzflosse 4. Beidseits des Stabilisierungselements 16 sind jeweils zwei Lagen 21, 23 und 20, 22 angeordnet.
  • Je nach Anforderungen an den mehrlagigen Verformungskörper 10 kann die Mächtigkeit, d.h. die Ausdehnung in Hochrichtung z, des Stabilisierungselementes 16 und der einzelnen Lagen 20, 21, 22, 23 variieren. Ebenso können die einzelnen Lagen 20 bis 23 aus verschiedenen Materialien bestehen. Das Stabilisierungselement ist hier beispielsweise ein kunststoffbasierter Glasfaserverbundwerkstoff, die beiden unmittelbar an dem Stabilisierungselement 16 anliegenden inneren Lagen 22, 23 bestehen beispielsweise aus einem Polyurethan- oder Polyethylen-Schaum und die beiden äußeren Lagen 20, 21 bestehen beispielsweise aus einem nicht aufgeschäumten Polyurethan-Elastomer.
  • Die streck- und stauchbaren Lagen 20, 21, 22, 23 sind an das Stabilisierungselement 16 in ihrer Mächtigkeit angepasst. Daraus resultieren die gewünschte Form der Einrichtung 6 und damit auch die Form des Übergangs von der Hauptflosse 2 zur Schwanzflosse 4. Im gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel verjüngt sich das Stabilisierungselement 16 in Schwanzflossenrichtung. Die inneren Lagen 22, 23 nehmen in Schwanzflossenrichtung an Höhe zu, wohingegen die äußeren Lagen 20, 21 zum Einstellen der strömungsoptimierten Form in Richtung der Schwanzflosse verjüngt sind. Selbstverständlich sind auch andere Verläufe möglich.
  • Die Figur 5 zeigt perspektivisch ein drittes Ausführungsbeispiel des Flossenstabilisators 1 mit einer Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α zwischen einer Schwanzflosse 4 und einer Hauptflosse 2. Die Einrichtung 6 hat einen mehrteiligen Verformungskörper 10, in dem ein Stabilisierungselement 16 eingebettet ist, das in der neutralen Phase eingebracht ist. Das Stabilisierungselement 16 ist hier plattenartig und hat beidseits angeordnete Stege 24, 25, 26, 27. Die Stege 24, 25, 26, 27 sind jeweils gegenüberliegend angeordnet und verlaufen in Hochrichtung z des Flossenstabilisators 1 entlang der gesamten Ausdehnung des Flossenstabilisators 1 in Querrichtung y im Bereich des Verformungskörpers 10. Eine detaillierte Erläuterung der Stege erfolgt in Figur 6.
  • In Figur 6 ist ein vergrößerter Schnitt des Bereichs B aus Figur 5 dargestellt. Die Einrichtung 6 ist über ein hier H-förmiges Verbindungselement 12 mit der Hauptflosse 2 verbunden. Das Verbindungselement 12 ist gleich dem in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Verbindungselement 12 nach Figur 2 ausgeführt, sodass wiederholende Erläuterungen entfallen. Die Anbindung der Schwanzflosse 4 an dem Verformungskörper 10 ist ebenfalls gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auch hier wiederholende Erläuterungen entfallen und auf die Erläuterungen zur Figur 2 verwiesen wird.
  • Die Stege 24, 25, 26, 27 sind hier wandartig ausgeführt und erstrecken sich orthogonal von dem Stabilisierungselement 18 in Hochrichtung z. Sie sind jeweils bevorzugterweise gleichmäßig in Längsrichtung x des Flossenstabilisators 1 voneinander und kopfseitig von seiner Außenhaut 14 beabstandet. Aufgrund der strömungsoptimierten Form des Verformungskörpers 10 erstrecken sich die Stege bzw. Wände 24, 25, 26, 27 unterschiedlich weit von dem Stabilisierungselement 16 weg bzw. haben unterschiedliche Höhen. Durch die gegenseitige Beabstandung wird eine Vielzahl von Zwischenräumen 32, 33, 34, 35 gebildet, die kopfseitig der Stege 28, 29, 30, 31 miteinander verbunden sind. Die Zwischenräume 32, 33, 34, 35 sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem Kunststoffschaum 22, 23 ausgefüllt. Das Stabilisierungselement 16 und die Stege 28, 29, 30, 31 bestehen bevorzugterweise ebenfalls aus Kunststoff. Zur gegenseitigen Verzahnung des Kunststoffmaterials in den Zwischenräumen 32, 33, 34, 35 können die Stege mit entsprechenden Löchern zur Aufnahme bzw. Durchdringen mit dem Kunststoffmaterial versehen sein. Bei einer Verformung des Verformungskörpers 10 werden jeweils die Stege 28, 29, 30, 31 der einen Seite kopfseitig aufeinander zubewegt und das Kunststoffmaterial in den jeweiligen Zwischenräumen 32, 33, 34, 35 zusammengedrückt, wodurch sich ebenfalls ein Schwenkverhalten der Schwanzflosse einstellen lässt.
  • In Figur 7 ist ein Schnitt durch eine Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α zwischen einer Schwanzflosse 4 und einer Hauptflosse 2 eines vierten Ausführungsbeispiels eines Flossenstabilisators 1 gezeigt. Der wesentliche Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass hier ein mehrteiliger Verformungskörper 10 der Einrichtung 6 beidseits eines plattenartigen Stabilisierungselementes 16 für sich abgeschlossene Kammern 36, 37, 38, 39 aufweist. Eine gegenseitige Verbindung der Kammern bzw. Zwischenräume 36, 37, 38, 39 wie beim dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 6 besteht nicht. Die Kammern 36, 37, 38, 39 sind paarweise beidseits des Stabilisierungselements 16 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet und beispielsweise mit einem Kunststoffschaum gefüllt.
  • Figur 8 zeigt einen Schnitt durch eine Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α zwischen einer Schwanzflosse 4 und einer Hauptflosse 2 eines fünften Ausführungsbeispiels eines Flossenstabilisators 1. Der wesentliche Unterschied zu den bereits gezeigten Ausführungsbeispielen besteht in der abgestuften Form der Einrichtung 6 bzw. dessen Verformungskörpers 10 im Bereich des hauptflossenseitigen Verbindungselements 12 und somit im Übergangsbereich von der Hauptflosse 2 zur Einrichtung 6. Der Verformungskörper 10 hat hier beispielsweise einen rechteckigen Längsschnitt. Somit verläuft die äußere Haut 14 in Richtung der Schwanzflosse 4 parallel zu der Hauptflossenmittelebene 3. Die Schwanzflosse 4 ist wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bevorzugterweise stromlinienförmig ausgeführt. Sie erstreckt sich hier bündig von der Einrichtung 6 weg. Wahlweise kann auch die Schwanzflosse 4 entfallen. Hierbei erfüllt dann die Einrichtung 6 bzw. deren Verformungskörper 10 die Aufgabe der nicht vorhandenen Schwanzflosse 4, indem die Einrichtung 6 den auf sie wirkenden Wasserkräften im Fahrbetrieb nachgibt und im "Vor-Anker" Betrieb quasi starr bleibt. Siehe hierzu auch das in Figur 9 beschrieben Ausführungsbeispiel, bei dem die Einrichtung 6 bzw. der Verformungskörper 10 die Schwanzflosse 4 bildet bzw. die Schwanzflosse 4 die Einrichtung 6 bzw. der Verformungskörper 10 ist.
  • In Figur 9 ist ein Schnitt durch einen Bereich eines sechsten Ausführungsbeispiels des Flossenstabilisators 1 dargestellt. Zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α ist die Schwanzflosse 4 bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgeführt, dass sie beim Überschreiten einer auf sie wirkenden Wasserkraft elastisch verformt wird. Die Einrichtung 6 bzw. der Verformungskörper 10 ist quasi in die Schwanzflosse 4 integriert und stellt kein einzelnes Bauteil dar. Die Schwanzflosse 4 ist somit direkt an der Hauptflosse 2 angebunden. Sämtliche Merkmale der Einrichtung 6 wie Zwischenräume, Stege, können in die elastische Schwanzflosse 4 integriert sein.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der selbsttätigen Einrichtung 6 zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels α erläutert. Die Beschreibung bezieht sich dabei auf sämtliche in den Figuren 1 bis 7 gezeigte Flossenstabilisatoren. Die Einrichtung 6 und insbesondere deren einteiliger bzw. mehrteiliger Verformungskörper 10 wirkt quasi als eine Feder, deren Federkonstante so eingestellt ist, das beim "Vor-Anker" Betrieb keine bzw. nahezu keine Verschwenkung der Schwanzflosse 4 relativ zur Hauptflosse 2 erfolgt, wohingegen im Fahrtbetrieb die Schwanzflosse 2 in Richtung einer Wasserströmung ausgerichtet ist. Die Federkonstante bestimmt sich nach dem Aufbau des Verformungskörpers 10 und setzt sich bei den hier beispielhaft gezeigten mehrteiligen Verformungskörper 10 resultierend aus einzelnen Materialeigenschaften der Lagen 20, 21, 22, 23, Zwischenraumfüllungen, Kammerfüllungen, Stabilisierungselementen 16 und Stegen 28, 29, 30, 31 zusammen. Die Einrichtung 6 bildet quasi ab einer auf die Schwanzflosse 4 wirkenden Belastung durch eine elastische Verformung eine in Figur 2 angedeutete Schwenkachse 11.
  • Die Einrichtung 6 verlängert dabei im "Vor-Anker" Betrieb die effektive Wirkfläche des Flossenstabilisators 1 durch die Schwanzflosse 4, da die bei einer Verschwenkung des Flossenstabilisators 1 auf die Schwanzflosse 4 wirkende Kraft für eine deutliche Auslenkung der Schwanzflosse 4 um den Schwanzflossenwinkel +α, -α nicht ausreicht. Im "Vor-Anker" Betrieb wird somit eine effektive Wirkfläche des Flossenstabilisators 1 von der Hauptflosse 2 und von nahezu der gesamten Fläche der Schwanzflosse 4 gebildet. Im Fahrtbetrieb jedoch wirkt die Wasserströmung zusätzlich zum Flossenantrieb, sodass die an der Schwanzflosse 4 wirkende Kraft ein Auslenken und damit ein Legen der Schwanzflosse 4 in die Strömung bewirkt. Die Fläche des Flossenstabilisators wird somit im Fahrtbetrieb verkleinert, wodurch der Flossenstabilisator durch den Flossenantrieb stärker ausgelenkt werden kann. Im Fahrtbetrieb ist die Schwanzflosse somit quasi im Freilauf bzw. Freigang, so dass im Fahrtbetrieb die Wirkfläche des Flossenstabilisators 1 zum größten Teil von der Hauptflosse gebildet wird.
  • Offenbart ist ein Flossenstabilisator zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs, mit einer Hauptflosse, die durch einen wasserfahrzeugseitigen Flossenantrieb verschwenkbar ist, und mit einer Schwanzflosse, die beweglich an der Hauptflosse gelagert ist, mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels zwischen der Schwanzflosse und der Hauptflosse in Abhängigkeit von einem auf eine Wirkfläche der Schwanzflosse wirkenden Wasserdruck, sowie ein Wasserfahrzeug, welches durch zumindest einen derartigen Flossenstabilisator stabilisiert ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flossenstabilisator
    2
    Hauptflosse
    3
    Hauptflossenmittelebene
    4
    Schwanzflosse
    4+
    Um +α ausgelenkte Schwanzflosse
    4-
    Um -α ausgelenkte Schwanzflosse
    6
    Einrichtung
    7
    Antriebswelle
    8
    Vorderkante d. Hauptflosse
    9
    Hinterkante d. Hauptflosse
    10
    Verformungskörper
    11
    Schwenkachse
    12
    Verbindungselement hauptflossenseitig
    14
    Außenhaut
    16
    Stabilisierungselement
    18
    Verbindungselement schwanzflossenseitig
    20
    Lage
    21
    Lage
    22
    Lage
    23
    Lage
    24
    Steg
    25
    Steg
    26
    Steg
    27
    Steg
    32
    Zwischenraum
    33
    Zwischenraum
    34
    Zwischenraum
    35
    Zwischenraum
    36
    Kammer
    37
    Kammer
    38
    Kammer
    39
    Kammer
    α
    Schwanzflossenwinkel
    x
    Längsrichtung
    y
    Querrichtung/Breitenrichtung
    z
    Hochrichtung/Dickenrichtung

Claims (9)

  1. Flossenstabilisator (1) zur Stabilisierung eines Wasserfahrzeugs gegen Rollbewegungen, mit einer Hauptflosse (2), die durch einen wasserfahrzeugseitigen Flossenantrieb verschwenkbar ist, und mit einer Schwanzflosse (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (6) zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels (a) zwischen der Schwanzflosse (4) und der Hauptflosse (2) in Abhängigkeit von einer auf die Schwanzflosse (4) wirkenden Wasserkraft vorgesehen ist, wobei die Einrichtung (6) zumindest einen elastischen, mehrteilig ausgeführten Verformungskörper (10) aufweist, der zumindest teilweise die Hauptflosse (2) mit der Schwanzflosse (4) verbindet.
  2. Flossenstabilisator nach Anspruch 1, wobei die Schwanzflosse (4) an der Hauptflosse (2) um eine Schwenkachse (11) verschwenkbar gelagert ist.
  3. Flossenstabilisator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zum selbsttätigen Einstellen eines Schwanzflossenwinkels (a) die Schwanzflosse (4) beim Überschreiten einer auf sie wirkenden Wasserkraft elastisch verformbar ist,
  4. Flossenstabilisator nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verformungskörper (10) zumindest ein Stabilisierungselement (16) aufweist.
  5. Flossenstabilisator nach Anspruch 4, wobei das Stabilisierungselement (16) zumindest abschnittsweise die Schwanzflosse (4) mit der Hauptflosse (2) verbindet.
  6. Flossenstabilisator nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Stabilisierungselement (16) zumindest einseitig zumindest einen Steg (24, 25, 26, 27) aufweist.
  7. Flossenstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Verformungskörper (10) oder die Schwanzflosse (4) kraft- und/oder formschlüssig mit der Hauptflosse (2) verbunden ist.
  8. Flossenstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Verformungskörper (10) oder die Schwanzflosse (4) bündig von der Hauptflosse (2) erstreckt.
  9. Ein Wasserfahrzeug, stabilisiert durch zumindest einen Flossenstabilisator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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