NL1026677C2 - Zelfinstellende asymmetrische kiel, zwaard, of roer voor een vaartuig. - Google Patents

Description

Zelfinstellende asymmetrische kiel, zwaard, of roer voor een vaartuig

De uitvinding heeft betrekking op een kiel, een zwaard, of een roer van een vaartuig, welke volgens de vinding wordt opgebouwd uit twee of 5 meer segmenten die aan elkaar zijn verbonden middels scharnieren, waarvan de draai-assen parallel zijn gericht en in het langsscheepse symmetrievlak liggen en ongeveer verticaal gericht zijn, en waarvan de verdraaiingen zijn begrensd tot een gewenste maximale hoek, opdat een stroomprofiel met een gewenste kromming wordt aangenomen.

10 De voorste en de achterste van de zo aan elkaar verbonden segmenten zijn met de romp van het vaartuig verbonden middels twee in de romp van het vaartuig gelagerde assen, die ook parallel zijn aan voornoemde scharnieren, verder kort aan te duiden als "assen". Bij toepassing in een roer zijn de segmenten niet direct met de twee assen 15 aan het vaartuig verbonden, maar aan het bovenste roerdeel, dat met de hoofd roer-as is verbonden aan het vaartuig. In het vervolg is de vinding kort aan te duiden als "vin". Onder het begrip "scharnier" valt te verstaan de bekende uitvoeringsvormen met een pen die door gaten steekt en zo twee delen draaibaar verbind (pen-gat scharnier), 20 zoals die bijv. gebruikelijk zijn bij roerophangingen, of een alternatief flexibel scharnier zoals verder beschreven.

De scharnieren met een begrensde verdraaiing en de twee assen, die de vin verbinden aan het vaartuig, laten een verdraaiing en een laterale verplaatsing van de segmenten toe, zodat de vin 25 automatisch een asymmetrisch profiel met een gewenste kromming kan aannemen onder invloed van de hydrodynamische belasting. In geval van een kiel of zwaard is deze belasting het gevolg van een zijwaartse drift van het vaartuig, die wordt veroorzaakt door windkracht en golfkracht op de romp van het vaartuig, en eventueel de windkracht op 30 het zeil, indien het een zeilvaartuig betreft. In geval van een roer ontstaat de belasting bovendien ten gevolge van de stuuruitslag van het roer. Het is bekend dat de kromming van een stroomprofiel in een aanstroming van water leidt tot een veel hogere dwarskracht op het profiel dan een symmetrisch stroomprofiel, hetgeen uiteraard gunstig 35 is. Naast de automatische kromming van de vin bestaat door een geschikte plaatsing van de scharnieren en de twee assen de mogelijkheid om ook de hoek van aanstroming van het water naar de vin gunstiger te maken.

Een kiel die is opgebouwd uit verplaatsbare of verdraaibare 1026677 2 delen, en daardoor een asymmetrisch profiel kan aannemen, is bekend uit diverse octrooien, bijvoorbeeld US4280433 van Haddock. Het doel is de efficiëntie van de kiel te vergroten, waardoor een kleinere uitvoering van de kiel mogelijk wordt, zodat de vaarweerstand wordt 5 verkleind, en indien gewenst de diepgang van het vaartuig ook kan worden verkleind. Bij onderhavige vinding is ook een andere toepassing, namelijk die van een roer voorzien, en daarbij is bovendien het effect van belang dat de roeruitslag kleiner hoeft te zijn om een gelijk sturend effect te genereren, waardoor de remmende 10 kracht ten gevolge van de roeruitslag aanzienlijk kleiner is.

De uitvinding onderscheid zich van bekende uitvoeringen van een vin met beweegbare delen dat deze zelfstellend is, terwijl andere uitvoeringen gebruik maken van een bedieningsmechaniek, hetgeen een nadeel is vanwege de kwetsbaarheid van zo'n mechaniek, de extra ruimte 15 die het in beslag neemt, de aandacht die het van de bemanning vraagt, en de kosten van de bouw en onderhoud van het mechaniek. Een tweede verschil met de bekende vinnen met een instelbare kromming van het profiel, zoals in genoemde octrooi, is dat een groot gedeelte van de vin een vast geheel vormt met het vaartuig, terwijl de huidige 20 aanvraag een vin betreft die slechts met twee assen verbonden is met het vaartuig. Verder is een verschil dat de hoek van aanstroming gunstig kan worden beïnvloed door een geschikte keuze van de plaats van de scharnieren en gelagerde assen. Tenslotte is een verschil met enkele octrooi aanvragen dat daarin gebruik wordt gemaakt van een 25 buigzame zij-beplating voor de vervorming van het stroomprofiel.

De zelfstellende eigenschap ontstaat onder invloed van de hydrodynamische belastingen. In geval van een kiel of zwaard ontstaat deze belasting ten gevolge van een zijwaartse drift van het vaartuig, of in geval van een roer is dit ten gevolge van het sturen. De 30 belastingen ontstaan doordat aan de lijzijde een hogere waterdruk ontstaat dan aan de loefzijde. In het geval van een roer ontstaat een hogere waterdruk aan de zijde van de roeruitslag. Van belang voor het juist functioneren van de vinding is dat het drukverschil tot een kromming van het stroomprofiel in de juiste richting leidt, d.w.z. bol 35 aan de loefzijde, hetgeen wordt bewerkstelligd door een geschikte keuze van de plaats van de diverse scharnier assen en de twee gelagerde assen. De twee assen bevinden zich daarom op het voorste en het achterste segment, zodat de scharnieren, die de segmenten verbinden, zich tussen deze twee buitenste scharnieren in bevinden.

1026677_ 3

Indien ook nog de voorste gelagerde as voldoende voorlijk wordt geplaatst, en de achterste gelagerde as voldoende achterlijk, wordt bereikt dat een buigend moment ontstaat die de vin in de juiste kromming brengt.

5 In de gekromde stand van het profiel is de lengte tussen de assen, gemeten langs de centerlijnen van de segmenten, iets groter dan de afstand tussen de 2 assen. Dit lengteverschil dient te worden opgenomen door speling in de scharnieren. In geval van flexibele scharnieren wordt dit lenteverschil opgenomen door de rek van het 10 materiaal.

Bij een toepassing in bijvoorbeeld de kiel of zwaard van een zeilboot leidt de vinding met name bij aan de wind varen tot betere zeileigenschappen. Echter, het kan voorkomen dat de asymmetrie ongewenst is, bijvoorbeeld bij een koers die voor de wind is. In zo'n 15 geval kan de beweegbaarheid worden geblokkeerd zodanig dat de vin vast staat in de symmetrische middenstand. Bij voorkeur gebeurt dit door borging met een borgpen van de twee assen waarmee dé vin vast zit aan het vaartuig, omdat deze vanuit de binnenkant van het vaartuig toegankelijk zijn.

20 Een alternatieve oplossing voor het borgen is dat in plaats van een gebruikelijk pen-gat scharnier een flexibel scharnier wordt toegepast tussen de vin-segmenten, die een bepaalde weerstand hebben tegen verdraaiing, zodat de vorm van de vin vanzelf in de symmetrische middenstand neigt. Naast de voordelen van het overbodig maken van een 25 borging van de vin heeft een dergelijke uitvoering van deze scharnieren als voordelen dat vervuiling of aangroei van algen e.d. geen storende invloed kunnen hebben op het functioneren van het mechanisme. Bij toepassing van de vinding in een roer zal in geval van het gebruik van scharnieren, in de uitvoering van pen-gat scharnieren, 30 de segmentverdraaiingen een stuurspeling vertonen, zodat een kleine roeruitslag geen effect heeft, hetgeen niet wenselijk is. Daarom geldt voor een roer dat flexibele scharnieren met een zekere stijfheid tegen verdraaiing moeten worden gebruikt, omdat hierdoor de speling wordt weggenomen. Bovendien wordt bij deze uitvoering een glad 35 buitenoppervlak verkregen, zonder open spleten tussen de segmenten, zodat de stroomlijn optimaal en de vaarweerstand zo laag mogelijk is. Om een eenvoudige montage en demontage van een dergelijk flexibel scharnier mogelijk te maken is deze opgebouwd uit twee U-vormige metaalprofielen, waartussen een rubber laag is verlijmd of 1026677 4 gegalvaniseerd. De dikte en de elasticiteit van de rubber laag zijn dusdanig te kiezen dat de gewenste weerstand tegen verdraaiing van het scharnier en gewenste begrenzing van de verdraaiing worden bereikt. Voor een eenvoudige montage en demontage zijn de U-vormige profielen 5 met verzonken bouten te bevestigen aan de vin-segmenten.

De twee assen die de segmenten verbinden met de romp van het vaartuig moeten, naast het toelaten van een verdraaiing van de segmenten ten opzichte van het vaartuig en het weerstaan van buigende momenten (a) en een dwars belastingen (b), ook een axiale belasting 10 kunnen opnemen, wat met name inhoudt: de belastingen (c) omlaag in verband met het gewicht van de vin, belastingen (d) die zowel omhoog als omlaag zijn gericht die optreden als het vaartuig zou vastlopen op een obstructie onder water, of belastingen (e) omhoog die optreden als op het land het scheepsgewicht op de vin wordt gesteund. Een 15 belangrijke eis voor het juist functioneren is dat de assen zonder een teveel aan wrijving kunnen bewegen onder belasting a,b en c, zodat de hydrodynamische belastingen de verdraaiingen kan bewerkstelligen. Bij de overige belastingen is de lichte en soepele roteerbaarheid niet van belang. De assen zijn daartoe gelagerd met een geschikte combinatie 20 van radiale en axiale lagers. De keuze van deze combinatie hangt sterk af van de afmeting en het gewicht van de vin. Voor een kleine lichte vin zal dit een combinatie zijn van radiale glijlagers en een axiale glijlager voor beide axiale belastingsrichtingen, terwijl bij een grote zware uitvoering de beste combinatie zal bestaan uit rollagers 25 voor axiale belastingen omlaag en de radiale belastingen, en met glijlagers voor belastingen omhoog.

In het geval van een kiel met een hoeveelheid ballast gewicht, die is bedoeld om een richtend moment te verkrijgen als het vaartuig een helling maakt, treed de volgende complicatie op. Ten 30 gevolge van het hellen van het vaartuig zal het ballast gewicht een component dwars op de kiel hebben, welke tegen de hydrodynamische kracht in werkt. Als deze kracht groter zou worden dan de hydrodynamische kracht zou de asymmetrie van het profiel in de verkeerde richting kunnen buigen. Dit fenomeen betekent een beperking 35 van het maximale ballastgewicht, hetgeen in veel gevallen onwenselijk is. In zo'n geval wordt een voorziening aangebracht waarmee de lagering van de twee assen kan worden geborgd in de beide asymmetrische standen, op het moment dat de helling klein genoeg is en het profiel in de juiste stand staat. Evenals bij voornoemde borging 1026677 I 1 5 in de symmetrische middenstand gebeurt dit bij voorkeur door borging met een borgpen van de twee assen waarmee de vin vast zit aan het vaartuig, omdat deze vanuit de binnenkant van het vaartuig toegankelijk zijn.

5

Vervolgens zal de uitvinding verder aan de hand van enkele in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden met drie segmenten nader toegelicht worden.

Figuur 1 toont een zijaanzicht van een vaartuig met een kiel 10 en een roer volgens de uitvinding

Figuur 2 toont een bovenaanzicht van een uitvoering van een doorsnede van een vin.

Figuur 3 toont een bovenaanzicht van een uitvoering als roer, met een roeruitslag 15 Figuur 4 toont een bovenaanzicht van een alternatieve uitvoering van een scharnier door het gebruik van een flexibel verbindingsmateriaal, bijvoorbeeld rubber.

Het in figuur 1 weergegeven vaartuig 1 met kielsegmenten 2,3,4. De drie segmenten zijn onderling scharnierend verbonden met 20 twee scharnieren 5, en het voorste en het achterste segment zijn draaibaar met het vaartuig verbonden door middel van twee in het vaartuig radiaal en axiaal gelagerde assen 6. Van het roer zijn de segmenten 8,9,10 weergegeven die onderling scharnierend zijn verbonden met twee scharnieren 11, en het voorste en het achterste segment zijn 25 draaibaar zijn verbonden met het bovenste roerdeel 12, die met een roer as 7 is verbonden met het vaartuig.

In figuur 2 is in het asymmetrisch gekromd profiel de ligging zichtbaar van de scharnieren 5 en de assen 6. Voorts is zichtbaar dat de verdraaiingen van de scharnieren begrensd is tot een kleine hoek 30 . ten gevolge van de smalle wig-vormige spleten tussen de segmenten. De pijl 14 geeft de richting van het aanstromende water met een kleine drifthoek. De loefzijde is in dit geval de bovenkant en de lijzijde is de onderkant van het profiel. De pijl 15 geeft de resultante van de hydrodynamische dwarskracht weer en staat in de richting van loef, 35 d.w.z. dat deze kracht de externe krachten ten gevolge van wind en golven compenseerd, en dus de drift tegen gaat. Uit de figuur wordt duidelijk dat als de externe krachten omdraaien, bijvoorbeeld door overstag gaan van een zeilvaartuig, de pijl 15 in de tegenovergestelde 1026677 6 richting zal komen waardoor de vervorming van het profiel in de andere richting wordt gebracht.

In figuur 3 zijn roersegmenten 8,9,10 en de hoofd roer as 7 weergegeven. Pijl 15 stelt de hydrodynamische dwarskracht voor die het 5 gevolg is van de roeruitslag a en een eventuele drift van het vaartuig. De pijl 16 is de projectie van pijl 15 op de vaarrichting, en stelt de extra vaarweerstand voor van het roer als gevolg van de roeruitslag. De figuur maakt duidelijk dat deze kracht bij benadering evenredig is met de roeruitslag, zodat een kleinere uitslag leidt tot 10 een kleinere vaarweerstand.

In figuur 4 is een alternatief scharnier afgebeeld die een begrensde verdraaiing toelaat tussen segmenten 8 en 9 door de vervorming van een flexibel verbindingsmateriaal 18, bijvoorbeeld rubber, en een weerstand tegen verdraaiing heeft ten gevolge van de 15 stijfheid van het flexibele materiaal en de gekozen dikte van de materiaal 18. Het scharnier is opgebouwd uit twee ü-vormige profielen 17 van een hard materiaal, bijvoorbeeld staal, die verlijmt zijn of gegalvaniseerd zijn tegen het flexibele materiaal. Deze uitvoering met ü-profielen laat een eenvoudige montage en demontage toe middels de 20 bouten 19.

102667?

Claims (4)

1. Een kiel, een zwaard, of een roer van een vaartuig, welke is opgebouwd uit segmenten, die aan elkaar zijn verbonden middels 5 scharnieren, waarvan de draai assen parallel zijn en in het langsscheepse symmetrievlak liggen en ongeveer verticaal gericht zijn, en waarvan de verdraaiingen zijn begrensd tot een gewenste maximale verdraaiing, zodanig dat een asymmetrisch stroomprofiel met een gewenste kromming wordt aangenomen, met het kenmerk dat het aantal 10 segmenten twee of meer bedraagt, bij voorkeur drie, waarvan geen van de segmenten een starre verbinding heeft met het vaartuig, maar alleen het voorste en het achterste segment elk, middels een as, een in de romp van het vaartuig radiaal en axiaal gelagerde roterende as verbinding heeft, waarvan de rotatie as parallel is aan voornoemde 15 scharnier assen, zodat automatisch een verdraaiing en een laterale verplaatsing van de segmenten gebeurt onder invloed van de hydrodynamische belasting, die wordt veroorzaakt door een zijwaartse drift van het vaartuig, waardoor de vin een asymmetrisch profiel met een gewenste kromming aanneemt, en bovendien de hoek van aanstroming 20 van het water naar de vin wordt vergroot.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het is toegepast als roer van een vaartuig, zodat de hydrodynamische belasting, naast de zijwaartse drift van het vaartuig, ook door een roeruitslag wordt veroorzaakt, waardoor door de vinding het effect van 25 het roer wordt versterkt, zodat een kleinere roeruitslag of een kleiner roerblad nodig is, waardoor de vaarweerstand ten gevolge van een roeruitslag sterk wordt gereduceerd.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de scharnieren tussen de segmenten worden gevormd door twee U-vormige 30 profielen, die zijn vervaardigd van een hard materiaal, bijvoorbeeld staal, die met boutverbindingen zijn bevestigd aan de segmenten, en waartussen een elastische materiaal, bijvoorbeeld rubber, is verlijmd of gegalvaniseerd met een dikte en met een materiaalelasticiteit dusdanig dat de weerstand tegen verdraaiing van het scharnier en de 35 begrenzing van de verdraaiing worden verkregen zodat de gewenste asymmetrische profielkromming wordt bereikt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de twee in het vaartuig gelagerde assen zijn voorzien van een borging zodanig dat de twee uiterste asymmetrische standen van het profiel, 40 alsook de symmetrische middenstand kan worden vastgezet. 1026677 _