SE533975C2 - Simfena - Google Patents

Description

20 25 533 975 nera uppstigningshastigheten för att därigenom minska risken för dykarsjuka.

Genom US 4,934,97l är en simfena känd vars blad är begränsat rörligt fäst vid armar, vilka armar är fästade vid ett fot- parti med en relativt stor vinkel mellan fotpartiet och färd- riktningen, och vars blad har formen av en fena.

Sammanfattning av uppfinningen Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en simfena medelst vilken det är möjligt att eliminera de ovan nämnda nackde- larna.

Detta syfte uppnås med en simfena enligt patentkrav 1.

Föredragna utföringsformer beskrivs i de osjälvständiga pa- tentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bi- fogade ritning, på vilken Pig. la och 1 b är schematiska vyer som visar de krafter som verkar på en konventionell simfena vid utförande av benspar- kar, Fig. 2-5 är schematiska vyer av de krafter som verkar på en simfena enligt uppfinningen vid utförand av bensparkar samt vinkelläget hos simfenans vinge i förhållande till foten, var- vid endast en vinge hos den uppfinningsenliga simfenan visas, Fig. 6 är en schematisk vy som visar den i ansökan definierade vinkeln mellan fotsulan och färdriktningen hos en simmande person försedd med den uppfinningsenliga simfenan, varvid en- dast simfenans vingar visas schematiskt, Fig. 7a och 7b visar lämpliga vinklar som en vinge kan anta vid utförande av bensparkar för att simma framåt (Fig. 7a) och 10 15 20 25 30 533 975 bakåt (Fig. 7b), Fig. 8 är en schematisk perspektivvy av simfena enligt uppfin- ningen försedd med motstående armar med tre rörliga vingar monterade mellan armarna och visad i läge för att simma framåt, Fig. 9a och 9b är en sidovy respektive en vy ovanifràn av en låsskena till en mekanism för omställning av simfenan mellan drift framåt och bakåt, vilken låsskena visas anpassad till en simfena med tre vingar, Fig. 10a och 10b en sidovy respektive en vy ovanifràn och Fig. l0c är en ändvy av en av de motstående armarna i form av hus för inrymmande av låsskenan till mekanismen för omställning av simfenan mellan drift framåt och bakåt, vilket hus visas an- passad till en simfena med tre vingar och utan lâsskena, Fig. lla är en schematisk sidovy av de tre vingarna monterade vid en arm och med en anslagsklack hos respektive vinge anlig- gande mot en låsklack hos låsskenan och visar alla delar ”på varandra", Fig. llb är en bruten schematisk vy ovanifràn av vyn i Fig. lla, Fig. 12 är en schematisk vy över en vinges asymmetriska före- dragna placering i förhållande till fötterna hos en användare av simfenor utformade enligt uppfinningen, och Fig. 13 är en schematisk sidovy av vid en vinge utnyttjade ut- tryck.

Bøskrivning av föredragna utföringsformer I Pig. la och lb visas de vid bensparkens utförande uppkomna krafterna som verkar på en konventionell simfenan genom den uppkomna vattenrörelsen. Denna vattenrörelse ger upphov till en kraft F som verkar på simfenan. Denna kraft kan delas upp i en horisontell komposant L och en vertikal komposant D. Det är den horisontella komposanten L som genererar drivkraft framåt 10 15 20 25 30 533 975 medan D är motstånd. En effektiv simfena har ett högt värde pà L samtidigt som D är litet. Ett mått på effektiviteten är alltså förhållandet mellan L och D enligt E=L/D. För att en simfena ska fungera bra ska värdet på L vara tillräckligt stort för att generera tillräckligt med framdrivande kraft.

Samtidigt ska E vara stor för att simfenan inte ska vara "trög". Det är av denna anledning som en konventionell simfena uppvisar sämre prestanda än simfenan enligt uppfinningen. Även om L kan vara tillräcklig är motståndet högt. Främsta anled- ningen till detta är att en konventionell simfena endast an- vänder ”ena sidan” för att generera drivkraft, och närmare be- stämt genereras drivkraft endast från trycksidan.

I Fig. 2 och 3 visas motsvarande krafter, som uppkommer vid utövande av en benspark, hos en vid benets fot anordnad sim- fena enligt uppfinningen, vilken simfena endast är visad sche- matiskt av dess vinge och endast av en vinge samt visad i läge för drift framåt.

I Fig. 4 och 5 visas motsvarande krafter, som uppkommer vid utövande av en benspark, hos en vid benets fot anordnad sim- fena enligt uppfinningen, vilken simfena endast är visad sche- matiskt av dess vinge och endast av en vinge samt visad i läge för drift bakåt.

I Fig. 6 àskådliggörs den i ansökan definierade vinkeln a mel- lan fotsulan och färdriktningen hos en simmande person och an- tas vara relativt konstant, ca 40°, men den kan variera mellan ca 60° och 20°. Vidare visas benens rörelseriktning och därmed vingarnas riktning hos respektive simfena, då man simmar framåt. Om man antar att denna vinkel bibehàlles vid utförande av bensparkarna är, såsom framgår av Fig. 7a och 7b, det lämpligt att vingarna vid simning tillåts att svänga mellan en vinkel ßlvid framàtdrift och en vinkel ßzvid bakátdrift som 10 15 20 25 30 533 975 kan variera mellan ca 10° och ca 45° i förhållande till ett plan vinkelrätt mot armens 4,4' längdriktning och i beroende av hur snabb kontra lättdriven fena man önskar.

Vidare antar man att de bensparkar man utför sker med samma avstånd A åt bägge håll i förhållande till den resulterande framdrivningskraften hos simmaren, såsom framgår av Fig. 6.

I Fig. 8 visas en föredragen utföringsform av en simfena l en- ligt uppfinningen innefattande ett fotparti 2 avsedd att in- rymma och fästas vid en användares fot (icke visad), vilket fotparti 2 omfattar åtminstone ett tåparti 3, motstàende armar 4,4' som är fästade vid fotpartiet 2 eller tàpartiet 3 eller en kombination därav och som skjuter ut framåt, dvs. i rikt- ningen för foten, och minst två, i den visade utföringsformen tre, blad 5 med företrädesvis symmetrisk vingprofil. I den nedanstående beskrivningen är bladen 5 benämnda vingar 5. I den visade utföringsformerna är armarna fästade vid tàpartiet 3. Vidare är armarna 4,4' fästade vid tàpartiet 3 på så sätt att det bildas en relativt stor vinkel mellan huvudriktningen hos fotpartiets 2 fotsula och armarnas huvudriktning, vilken vinkel uppgår till ca 40° i den visade utföringsformen.

Vingarna 5 är svängbart fäst vid de motstàende armarna 4,4' på så att den kan röra sig, dvs. svängas mellan två ändlägen i beroende av utförd benspark, såsom schematiskt visas i Fig. 7a och 7b. Den vinkel, dvs. det vinkelutslag, som vingen kan röra sig mellan kommer att beskrivas närmare nedan.

Vidare såsom framgår av Fig. 8 är vingarna 5 försedda vid sina respektive sidokanter med gavlar 6. Syftet med gavlarna 6 är att stänga inne vattenströmningen över vingarna och därmed eliminera ett oönskat strömningsmönster, turbulens, vid ving- arnas 5 sidokanter. Härigenom får simfenan 1 ytterligare för- bättrad prestanda. 10 15 20 25 30 533 975 Vidare är vingarna 5 företrädesvis utformade ihåliga och försedda med icke visade hàl, så att vatten kan tränga in i och ut ur desamma. Vingarna 5 är företrädesvis neutralt avvägda i vattnet, dvs. de bör ha en densitet som ligger så nära vattnets som möjligt och tillverkad av ett inkompressibelt material.

Genom att ersätta bladet hos en konventionell simfena med be- gränsat svängbara vingar enligt uppfinningen är det även möj- ligt att åstadkomma en backfunktion hos simfenan. För omställ- ning av simfenan 1 mellan ett läge för framàtdrift och ett läge för bakàtdrift, back, är simfenan försedd med en omställ- ningsmekanism, som framgår av Fig. 9a-llb och som innefattar ett vid företrädesvis simfenans fotparti 2 anordnat och vid detsamma lagrat manöverhandtag 10. Ena armen 4' bildar före- trädesvis en del av denna omställningsmekanism.

Simfenans armar 4,4' är utformade med spetsigt ovalt tvärsnitt (Fig. lOc). På ena armens insida, närmare bestämt armen 4', är en låsskena 12 förskjutbart anordnad i ett lämpligt spår.

Låsskenan 12 är företrädesvis förspänd medelst en fjäder 14 mot sitt verksamma läge, dvs. sitt spärrande läge, vilket visas i Fig. lla för drift framàt, och pàverkbar mellan ett låsläge och ett frigàngsläge medelst manöverhandtaget 10.

Företrädesvis sträcker sig en wire eller tråd 13 i en lämplig hylsa eller rör 15 mellan manöverhandtaget och làsskenan för påverkning av densamma.

Såsom framgår av Fig. 9a till llb är làsskenan 12 försedd med låsklackar 16, vilka är inrättade att samverka dels med före- trädesvis två anslagsklackar 17a, l7b centrerade kring en la- gertapp 18 anordnad vid respektive sida av vingarna 5 och dels företrädesvis fyrkantiga hàl 16' i armen 4'. Lagertapparna 18 är avsedda för vingarnas 5 svängbara fastsättning vid respek- 10 15 20 25 30 533 975 tive arm 4,4', vilka är försedda med till lagertapparna 18 komplementärt lagringsorgan/hàl 19'. Detta lagringsorgan/hål 19' är anordnade mitt för motsvarande lagringsorgan/hål 19 i låsskenan 12, varvid emellertid de sistnämnda lagringsorga- nen/hålen 19 är ovala för att möjliggöra förskjutning av lås- skenan vid omställning av simfenans driftsläge. Lagertapparna 18 är anordnade vid vingens 5 rotationscentrum, såsom definieras nedan och har företrädesvis sådan längd att den sträcker sig genom dels lagringsorganen/hålen 19 i låsskenan och dels lagringsorganen/hålen 19' i armarna 4,4'.

Anslagsklackarna 17a, 17b uppvisar mellan sig två utrymmen som motsvarar den frigång eller vinkelrörelse som vingen 5 kan bibringas vid utförande av benspark upp och ned. Denna vinkelrörelse begränsas av respektive låsklack 16, mot vilka i sitt verksamma läge respektive ändyta hos anslagsklackarna kommer att anligga i vingarnas 5 respektive ändläge, såsom framgår av Fig. lla, varvid denna figur visar alla delar på varandra för att man skall se hur de passar ihop och deras inbördes förhållande.

Genom att dra tillbaka låsskenan medelst manöverhandtaget 10 frigöres respektive låsklack 16 från ingrepp med anslagsklack- arna 17a,17b, varvid vingarna 5 kan rotera fritt. Làsskenans 12 förskjutning i armen 4' begränsas av làsklackarnas 16 för- skjutning i hålen 16'.

Såsom framgår av Fig. 8 skall armarnas 4 längd räknat från den yttersta spetsen av tåpartiet 3 vara sådan att vingen 5 när- mast tåpartiet fritt kan svängas runt sina vid armarna anord- nade lagringspunkter. Vidare är avståndet mellan lagringspunk- terna 19 anpassat efter vingarnas kordlängd så att desamma fritt kan svängas runt. 10 15 20 25 30 533 975 Nedan beskrivs funktionen och fördelarna hos en simfena 1 för- sedd med vingar. I nedanstående beskrivning anges en vinge, men det är uppenbart att samma fördelar uppnås hos en simfena med flera vingar.

Närmare bestämt utgör en vinge ett betydligt bättre alternativ än en konventionell fena/blad. En vingprofil, som är rätt ut- formad, utnyttjar såväl trycksida som sugsida för att generera kraft, där kraftbidraget från sugsidan ofta är flera gånger större än från trycksidan, om man antar att man kan fixera denna vinge vad gäller position och rotation i förhållande till foten. Vidare antas att denna rotation är olika om man rör fenan uppåt eller nedåt, eller om man vill ha drivkraft framåt eller bakåt, varvid strömnings- och kraftsituationen ser ut såsom framgår av Pig. 2-5. Krafterna hos en simfena en- ligt uppfinningen ger därför upphov till en betydligt bättre verkan än krafterna hos en konventionell simfena.

För att en envingeslösning ska fungera bra måste vingarean vara tillräckligt stor för att kunna generera tillräckligt med kraft för att accelerera dykaren. Vingens area bestäms av vingbredden samt kordlängden. Sedan måste den aktiva delen av pendelrörelsen vara tillräckligt stor för att kraften ska hinna verka, dvs. vingen måste hinna svänga mellan respektive ändläge. Genom asymmetrisk placering av vingen i förhållande till foten kan man öka arean tack vare att det då är möjligt att öka vingbredden något. Man kan även öka kordlängden. Med ökad kordlängd ökar arean, men samtidigt minskar man den ak- tiva delen av pendelrörelsen. För att kompensera denna minsk- ning av den aktiva delen kan man öka vinkeln ßl. Men ökar man vinkeln för mycket stallar vingen dvs. man får en avlösning av strömningen på sugsidan och drivkraften minskar samtidigt som motståndet ökar kraftigt. Särskilt tydligt är detta fenomen 10 15 20 25 30 533 975 när man accelererar från stillastående när dykarens egen has- tighet inte bidrar till att minska anfallsvinkeln. Visserligen går det att göra en envingeslösning som är bättre än en kon- ventionell fena, men det går inte att hitta en optimal kombi- nation av kordlängd och anfallsvinkel ßl med bara en vinge.

Däremot genom att dela upp arean på flera vingar kan man åstadkomma en liten kordlängd och en tillräckligt liten vinkel ßl samtidigt som den totala vingarean blir tillräckligt stor.

En flervingeslösning ökar fenans verkningsgrad avsevärt.

För att ytterligare förbättra verkningsgraden hos simfenan en- ligt uppfinningen kan man optimera vingprofilen. Vingen kan dessutom ha symmetrisk eller asymmetrisk profil, men eftersom man vill att den ska fungera lika bra framåt som bakåt blir valet en symmetrisk profil. Eftersom profilen skall utnyttjas i vatten är det lämpligt att använda en profil avsedd för vat- tenapplikationer en sk ”hydrofoil”. Vidare skall vingen arbeta i ett stort register på anfallsvinklar, vilket gör att man bör välja en ”ganska tjock” vinge. En föredragen vingprofil är en Selig S8035 profil.

Beträffande vinkelutslaget vid rörelse uppåt och nedåt hos simfenan kan man konstatera att detta blir olika för framåt- drift jämfört med bakåtdrift. Detta beror på att fotens rö- relse vid framàtdrift beskriver en cirkulär rörelse med cir- kelns centrum framför foten. Foten rör sig mot krökningscent- rum. Vid bakåtdrift rör sig foten ifrån krökningscentrum. Op- timeringspunkt bör vara då vingen befinner sig i mittläge i Fig. 2-5. Det är då vingen har störst hastighet, varvid vingens horisontella kraftkomposant går genom simma- rens/dykarens tyngdpunkt, samt benet ”gömmer sig” bakom dyka- ren och orsakar minst motstånd. Dykarens önskade hastighet pà- verkar valet av vinkelutslag. En snabbare dykare utnyttjar ett 10 15 20 25 30 533 975 10 mindre vinkelutslag. En annan viktig sak att beakta här är att en del av pendelrörelsen går àt till att rotera Vingen fràn ett läge till ett annat. Ju större vinkelutslag mellan ändlä- gena desto större del av pendelrörelsen går àt att rotera Vingen och det är bara i ändlägena som Vingen kan generera kraft. Ett sätt att minska den icke verksamma delen av pendel- rörelsen är att minska kordlängden på Vingen. Om vingbredden är densamma gör detta även att vingens effektivitet ökar sam- tidigt som kraften minskar. Det går alltså inte att hitta ett Optimum för alla dykare och alla dyksituationer, varför det är lämpligt att ha varierbara ändlägen som kan utprovas individu- ellt. Ett lämpligt utgångsläge kan vara följande: Om man börjar med att definiera ett nollplan som ett plan vin- kelrätt mot armarnas 4,4' längdriktning så gäller för drift framåt respektive bakåt att Vingen skall röra sig mellan en vinkel ßlrespektive ßg av ca l0° till ca 45°, se Fig. 7a, 7b.

I Fig 13 Visas var rotationsaxeln Cr och tryckcentrum Cp är belägna på en vingprofil med kordlängd C. Man brukar definiera ett tryckcentrum Cp (Centre of pressure) för en profil som 25% av kordlängden räknat från profilens framkant. Detta kan vari- era en aning fràn profil till profil och även beroende på an- fallsvinkeln men det är ett bra riktvärde. För att Vingen ska fungera måste rotationsaxelns placering Cr ligga framför Cp.

Samtidigt gäller att ju längre från Cp, Cr ligger desto större del av pendelrörelsen måste användas till att rotera Vingen från ett ändläge till ett annat. Belastningen på omställnings- mekanismen ökar även med ökat avstånd mellan Cp och Cr. Ett lämpligt Värde på Cr borde då vara 20% av kordlängden från framkanten. Då är avståndet mellan Cp och Cr litet samtidigt som det garanterar önskvärd funktion. 10 15 533 975 ll För att fenorna inte ska slå i varandra får fenorna inte vara för breda eller rättare sagt de får inte sticka ut för mycket på insidan. Samtidigt är det så att en bredare vinge är effek- tivare. Men om man gör en stadig infästning av vingen på foten kan man acceptera en viss asymmetrisk placering, vilket i sin tur medger en bredare vinge utan att de slår i varandra.

Vingen bör inte sticka ut mer än ett avstånd L som uppgår till 8-16 cm, företrädesvis 12 cm, mot insidan räknat från fotens mitt, se Fig. 12. Även om i den ovanstående beskrivningen anges att simfenan i en föredragen utföringsform skall vara försedd med tre vingar är det uppenbart att den kan ha färre eller fler än tre vingar, t.ex. två eller fyra vingar.

Claims (12)

1. 0 15 20 25 533 975 12 Patentkrav 1.

2. Simfena (1) innefattande ett fotparti (2) avsett att in- rymma och fästas vid en användares fot, vilket fotparti (2) omfattar åtminstone ett tåparti (3) med en fotsula, motstående armar (4,4'), som är fästade vid fotpartiet (2) och som skjuter ut framåt, och minst två blad (5), varvid de minst två bladen (5) är begränsat svängbart fästade mellan de motstående armarna (4,4'), kännetecknad av att armarna (4,4') är fast fästade vid åtminstone tåpartiet (2) under bildande av en vinkel (a) definierad såsom vinkeln mellan fotsulan och armarnas (4,4') axiella riktning, vilken vinkel uppgår till mellan ca 20 och 60°, och att armarna är stela.

3. Simfena enligt krav 1, kännetecknad av att vinkeln (u) uppgår till ca 40°.

4. Simfena (1) enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att bladen (5) är utformade som vingar som var och en har symmetrisk vingprofil.

5. Simfena enligt krav 3, kännetecknad av att vingprofilen är Selig S8035 profil.

6. Simfena (1) enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att den dessutom innefattar en omställningsmekanism an- ordnad vid simfenan (l) för att möjliggöra omställning av de minst två bladen (5) mellan två bestämda vinkelinter- vall för åstadkommande av framåtdrivande respektive bak- åtdrivande rörelse hos simfenan vid utförande av benspar- kar. 10 15 20 25 10. ll. 533 975 13 Simfena (l) enligt krav 5, kännetecknad av att omställ- ningsmekanismen innefattar en av armarna 4', ett manöver- handtag (10), en låsskena (12) med låsklackar (16), vil- ken låsskena är förspänd medelst en fjäder (14) mot sitt spärrande läge, och att låsskenan (12) är påverkbar me- delst manöverhandtaget (10) under förmedling av ett pà- verkningsorgan (13), mellan ett låsläge, i vilket bladen (5) kan röra sig mellan bestämda vinkelintervall och i vilket de är inrättad att samverka med anslagsklackar (17a,l7b) anordnade vid bladens (5) ena sida, och ett frigångsläge i vilket bladen (5) är fritt roterbara.

7. Simfena enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att vinkelintervallet, definierad i förhållande till ett plan vinkelrätt mot armarnas (4,4') längdriktning, uppgår vid drift fram respektive back till mellan ca lO° och ca 45°.

8. Simfena enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att vingprofilens tryckcentrum (Cp) är beläget bakom vingpro- filens rotationsaxel (Cr) sett från vingprofilens fram- kant.

9. Simfena enligt något av kraven l-8, kännetecknad av att vingprofilens rotationsaxeln (Cr) är belägen på ca 20% av kordlängden och tryckcentrum (CP) på ca 25% sett från vingprofilens framkant.

10. Simfena enligt något av kraven 1-9, kännetecknad av att Vingen (5) är placerad asymmetriskt i förhållande till fotpartiet (2).

11. Simfena enligt något av kraven 1-10, kännetecknad av att gavlar (6) är anordnade vid bladens (5) sidokanter. 533 975 14

12.Simfena enligt något av kraven 1-ll, kännetecknad av att bladen (5) är ihåliga och avsedda att fyllas med vatten vid dykning.