WO2018138263A1 - Hydrofoil für ein wasserfahrzeug - Google Patents

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WO2018138263A1
WO2018138263A1 PCT/EP2018/051961 EP2018051961W WO2018138263A1 WO 2018138263 A1 WO2018138263 A1 WO 2018138263A1 EP 2018051961 W EP2018051961 W EP 2018051961W WO 2018138263 A1 WO2018138263 A1 WO 2018138263A1
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WO
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Prior art keywords
flow direction
hydrofoil
mast
wing
trailing edge
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/051961
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Cornelius Geislinger
Original Assignee
Ellergon Antriebstechnik 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 Ellergon Antriebstechnik Gmbh filed Critical Ellergon Antriebstechnik Gmbh
Publication of WO2018138263A1 publication Critical patent/WO2018138263A1/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 
    • 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
    • B63B1/248—Shape, hydrodynamic features, construction of the foil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B34/00—Vessels specially adapted for water sports or leisure; Body-supporting devices specially adapted for water sports or leisure
    • B63B34/40—Body-supporting structures dynamically supported by foils under water

Definitions

  • the invention relates to a hydrofoil for a watercraft, comprising a mast and at least one wing.
  • Hydrofoils make it possible to lift a watercraft such as a Hydrofoilboard while driving out of the water, thereby reducing the flow resistance. Only one section of the mast and the wing (s) remain submerged in the water.
  • a hydraulic oil of the type mentioned is known for example from EP 2 907 737 AI.
  • the invention is based on the object to further develop such a hydrofoil, in particular to further reduce the flow losses during driving.
  • the hydrofoil for a watercraft comprises a mast and at least one wing, wherein an upstream in the water flow edge of the mast has a shape which is selected from a group comprising: a wavy shape or serrated shape transverse flow direction, a wavy line or serrated shape in the flow direction, an at least partial training with a chamfer or rounding, and combinations thereof.
  • an edge of the at least one wing located in the water in the direction of flow has a shape selected from a group comprising a wavy line or serrated shape transverse flow direction, a wavy line or serrated shape in the flow direction, an at least partially formed with a chamfer or rounding, and combinations thereof.
  • a wavy line shape or serrated shape of the trailing edge transverse to the flow direction can be achieved, for example, by an asymmetrical design of an end section of the flow profile of the mast and / or of the at least one wing.
  • the integration in the flow profile avoids the installation of additional components.
  • An easily producible possibility is to form a serrated shape transversely to the flow direction by trailing edge sections with different chamfers and / or rounding.
  • a serrated shape is formed by a rectangular tooth profile with alternating bevels on both sides.
  • the wavy shape or serrated shape transverse to the flow direction can be obtained by material removal at the trailing edge, for example by grinding it.
  • wavy line or Zackenlinienform transverse to the flow direction of the relevant component already in the original molding with.
  • Alternatively or in addition to a corrugation or a serrated profile transverse to the flow direction it is also possible to form the respective trailing edge with a wavy line or serrated shape in the flow direction.
  • a serrated shape of the trailing edge in the flow direction may be obtained, for example, by a plurality of successive arcuate, triangular, trapezoidal, rectangular and / or pointed arc elements or arcuate recesses.
  • At least one wavy line or serrated shape of the trailing edge transverse to the flow direction and on the at least one wing is provided on the mast at least one wavy line or serrated shape in the flow direction.
  • the mast and / or the at least one wing made of fiber composite plastic.
  • a hydrofoil of the type described above is preferably used in a hydrofoilboard used for kitesurfing, jet skiing or windsurfing.
  • Figure 1 is a perspective view of a hydraulic oil after a first
  • Embodiment of the invention which is attached to a direction indicated by broken lines board,
  • Figure 2 is a view of a trailing edge with a wavy line across the
  • FIG. 4 shows a view of a serrated trailing edge with a zigzag profile
  • FIG. 5 shows an example of a chamfer on the trailing edge
  • FIG. 6 shows an example of a rounding at the trailing edge
  • Figure 7 is a view of a serrated trailing edge in the flow direction
  • Figure 9 is a view of a serrated in the flow direction trailing arcuate
  • Figure 10 is a view of a wing with a corrugated in the flow direction
  • Figure 11 is a view for illustrating the attachment of the wings on the mast.
  • FIG. 1 shows for the purpose of explanation as an example of a watercraft, a board 2 to which a hydraulic oil 1 is attached.
  • a hydrofoil 1 for example on boats.
  • the hydrofoil 1 has a mast 3, a connecting rod 4, a front wing 5 and a rear wing 6. These components are designed as separate components and connected to each other so that they can be replaced individually. This makes it possible to flexibly adapt the Hydrofoil 1 to different purposes. However, it is also possible to optionally integrate two or more components in a one-piece component.
  • the mast 3 has a first end portion 7 for attachment to the board 2 and a second end portion 8 for connection of the connecting rod 4. It has a height in the range of 700 to 1200 mm, a thickness in the range of 10 to 30 mm and a length in the direction of travel in the range of 80 to 150 mm.
  • the mast 3 is preferably made of a fiber composite plastic such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GRP). However, it may also be made of an aluminum alloy or a layered composite material.
  • the first end portion 7 of the mast 3 may form a flange-like attachment portion 12, which is widened with respect to its remaining cross-section and provides a bearing surface for the underside of the board 2.
  • the second end portion 8 of the mast 3 has a receptacle for the connecting rod 4, which is preferably formed in the form of a passage opening 9, in which the connecting rod 4 is inserted.
  • the receptacle may alternatively be formed as a recess open on one longitudinal side, in particular groove, in which the connecting rod 4 is fixed.
  • the front wing 5 and the rear wing 6 are fixed to the mast 3.
  • the connecting rod 4 is secured against rotation about its longitudinal axis A on the mast 3. This can be achieved for example by a corresponding profiling of the connecting rod 4 and the passage opening 9 and / or by means of suitable fastening means, as is explained in more detail in EP 2 907 737 AI.
  • the connecting rod 4 is made of metal, preferably a steel, titanium or aluminum alloy. It has a diameter in the range of 10 to 25 mm, whereby the flow resistance in the water remains low.
  • the length of the connecting rod 4 is preferably in the range of 400 to 1000 mm.
  • the connecting rod 4 can be designed with a constant diameter. However, only sections, for example the area which is guided in the passage opening 9 or groove, can be designed with a constant cross section.
  • the front wing 5 and the rear wing 6 are arranged one behind the other in the direction of travel and each releasably secured to one end of the connecting rod 4. Especially sits the front wing 5 at a front end 10 and the rear wing 6 at a rear end 11 of the connecting rod 4, so that relative to the direction of the front wing 5 in front of the mast 3 and the rear wing 6 is behind the mast 3.
  • Both the attachment of the connecting rod 4 to the mast 3 and the attachment of the wings 5 and 6 to the connecting rod 4 are each detachably formed.
  • connecting rods 4 of different lengths can be attached to the mast to change the position of the wings 5 and 6.
  • different front and rear wings 5 and 6 can be attached to the connecting rod 4.
  • the wings 5 and 6 are preferably made of fiber composite plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GRP), or a layer composite material.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • a plate 13 For attachment of the front wing 5, a plate 13 may be provided, which engages on an outer side of the mast 3 and an outer side of the front wing 5 and partially overlaps both components 3 and 5.
  • the plate 13 is clamped by releasable fastening means 14 with the connecting rod 4.
  • the front wing 5 is releasably secured to the mast 3.
  • the end portion 8 of the mast 3 and the relevant wing 5 are positioned to each other.
  • the connecting rod 4 receives mainly bending moments
  • the plate 13 is mainly used to transmit the torsional moments between the respective wing 5 and the mast.
  • At least one of the components of the hydraulic hose 1 dipping into the water is an edge 20 located downstream in the direction of flow, also referred to below as a trailing edge 20, in and / or in the flow direction or jagged. It has been shown in use that this can achieve a more pleasant driving behavior.
  • FIGS. 2 to 10 show a wavy line or serrated shape of the trailing edge 20 transversely to the flow direction S.
  • Such a trailing edge 20 can be achieved, for example, by an asymmetrical design of an end section of the flow profile of the mast 3 or of the wings 5 and 6 with respect to the flow direction S.
  • FIG. 3 shows by way of example a wavy line shape of the trailing edge 20 which is continuous over its entire course and thus differentiable in the mathematical sense.
  • a serrated shape may also be provided, as shown by way of example in FIGS. 3 and 4 with reference to a rectangular tooth profile and a zigzag profile.
  • the profiles shown are for the purpose of illustration only. Of course, other Zackenlinienformen can be provided.
  • a serrated shape transverse to the flow direction can be obtained, for example, by trailing edge portions 20a and 20b having different chamfers 21 and / or rounded portions 22. Examples of possible chamfers and modifications can be seen in Figures 5 and 6, which each show a section along the line III-III in Fig. 2.
  • Figure 5 shows a cross-sectional profile with two profiled edges 23 and 24, which run towards each other in the direction of the trailing edge 20 of the mast 3 or a wing.
  • both profiled flanks 23 and 24 are connected before their imaginary meeting by a chamfer 21, which with each of the profiled flanks 23 and 24 forms an angle ⁇ , ⁇ which is preferably different from 0 ° and 90 ° and integer multiples thereof.
  • the angle ⁇ enclosed between a profiled edge 24 and the chamfer 21 is in a range of 10 to 80 ° and more preferably in a range of 15 to 60 °.
  • a rounding 22 can be provided where in FIG. 5 the profiled flank 23 merges into the chamfer 21.
  • the rounding outlet 22a may include an acute angle ⁇ as in FIG. 5 with the other profiled flank 24.
  • the rounding 22 has a minimum radius of 0.5 mm. A maximum radius of curvature of the rounding 22 is 10 mm.
  • the embodiment thus results in a serrated shape, which is formed by a rectangular tooth profile with mutually alternating bevels 21 and / or rounded portions 22.
  • the chamfer angle or rounding radius may vary between the trailing edge portions 20a and 20b.
  • the wavy line or serrated shape transverse to the flow direction can be obtained by material removal at the airfoil in the region of its trailing edge 20, for example by grinding. However, it is also possible to make a corresponding shaping already in the prototyping of the respective component.
  • a trailing edge 20 it is possible to provide at a trailing edge 20 a wavy line or serrated shape in the flow direction. This may optionally be combined with a wavy or jagged shape transverse to the flow direction.
  • FIGS. 7 to 9 show examples of different serrations of the trailing edge 20 in the flow direction, without the invention being restricted to the illustrated tooth forms.
  • arc, triangular, trapezoidal, rectangular and / or pointed arch elements as well as arcuate recesses and combinations thereof come into question, which are arranged along the trailing edge 20 in succession.
  • a serrated shape can be combined in the flow direction with a continuous chamfer or rounding according to the cross-sectional shapes shown in FIGS. 5 and 6.
  • the measures explained above may be provided individually or in combination on the edges 20, which are located downstream in the direction of flow, of both the mast 3 and the wings 5 and 6. Due to the thickness of the mast 3 wavy lines or serrations are preferably provided transversely to the flow direction, whereas on the comparatively thin wings 5 and 6 rather a wavy line or serrated shape in the flow direction offers. It must be emphasized, however, that all measures can also be applied to a hydrofoil 1 in another way, as explained above, in order to reduce its flow losses in the water. In a further embodiment, the corrugation or serration of the trailing edge 20 is dispensed with.
  • the trailing edge 20 is preferably provided with a bevel 21 or a rounding 22, as described above and shown by way of example in FIGS. 5 and 6.
  • a measure can be made both on the mast 3 and on the wings 5 and 6.
  • it may also be limited to sections of the trailing edges 20 and / or trailing edges 20 of selected components 3, 5, 6.
  • For the respective cross-sectional profile results from such a chamfer 21 or rounding 22 in the region of the trailing edge 20 an asymmetric shape, as can be clearly seen from the symmetry lines L in Figure 5 and 6.
  • the respective component has an end portion which is asymmetrical at the trailing edge 20 to the flow direction S.

Abstract

Ein Hydrofoil für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Hydrofoilboard (2), weist einen Mast (3) und mindestens einen an dem Mast (3) befestigten Flügel (5, 6) auf, welche beim Fahren in das Wasser eingetaucht sind. Eine im Wasser in Strömungsrichtung (S) hintenliegende Kante (20) des Mastes (3) ist in und/oder quer zur Strömungsrichtung (S) gewellt oder gezackt. Ferner kann die hintenliegende Kante (20) zumindest abschnittsweise mit einer Fase (21) oder Abrundung (22) versehen sein.

Description

Beschreibung
Hydrofoil für ein Wasserfahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrofoil für ein Wasserfahrzeug, umfassend einen Mast und mindestens einen Flügel.
Hydrofoils ermöglichen es, ein Wasserfahrzeug wie beispielsweise ein Hydrofoilboard beim Fahren aus dem Wasser zu heben, um hierdurch den Strömungswiderstand zu verringern. Lediglich ein Abschnitt des Mastes und der bzw. die Flügel bleiben hierbei in das Wasser eingetaucht.
Ein Hydrofoil der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus EP 2 907 737 AI bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein solches Hydrofoil weiterzuentwickeln, insbesondere die Strömungsverluste beim Fahren weiter zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrofoil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Hydrofoil für ein Wasserfahrzeug umfasst einen Mast und mindestens einen Flügel, wobei eine im Wasser in Strömungsrichtung hintenliegende Kante des Mastes eine Formgebung aufweist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend: eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer Strömungsrichtung, eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung, eine zumindest abschnittsweise Ausbildung mit einer Fase oder Abrundung, und Kombinationen hieraus.
Hierdurch ergibt sich überraschenderweise eine weitere Verringerung des Strömungswiderstands beim Fahren. Zudem ergibt sich ein ruhigeres Fahrverhalten aufgrund verminderter Vibrationen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Patentansprüche. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass eine im Wasser in Strömungsrichtung hintenliegende Kante des mindestens einen Flügels eine Formgebung aufweist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer Strömungsrichtung, eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung, eine zumindest abschnittsweise Ausbildung mit einer Fase oder Abrundung, und Kombinationen hieraus.
Eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform der Hinterkante quer zur Strömungsrichtung kann beispielsweise durch eine zur Strömungsrichtung asymmetrische Ausbildung eines Endabschnitts des Strömungsprofils des Mastes und/oder des mindestens einen Flügels erzielt werden. Die Integration in das Strömungsprofil vermeidet den Anbau von zusätzlichen Komponenten.
Eine einfach herstellbare Möglichkeit besteht darin, eine Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung durch Hinterkantenabschnitte mit unterschiedlichen Fasen und/oder Abrundungen zu bilden.
In Abwandlung hierzu ist es ferner möglich, eine im Wasser in Strömungsrichtung hintenliegende Kante des Mastes und/oder mindestens eines Flügels zumindest abschnittsweise mit einer Fase oder Abrundung zu versehen. Dies schließt insbesondere auch eine durchgängige Ausbildung einer hintenliegenden Kante mit einer solchen Fase oder Abrundung mit ein.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird eine Zackenlinienform durch ein Rechteckzahnprofil mit beidseits abwechselnden Fasen gebildet.
Die Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung kann durch Materialabtrag an der Hinterkante, beispielsweise durch Beschleifen derselben erhalten werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung am betreffenden Bauteil bereits beim Urformen desselben mit auszubilden. Alternativ oder ergänzend zu einer Wellung oder einem Zackenprofil quer zur Strömungsrichtung ist es ferner möglich, die betreffende Hinterkante mit einer Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung auszubilden. Eine Zackenlinienform der Hinterkante in Strömungsrichtung kann beispielsweise durch eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Bogen-, Dreieck-, Trapez-, Rechteck- und/oder Spitzbogenelementen oder bogenförmigen Ausnehmungen erhalten werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Mast zumindest eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform der Hinterkante quer zur Strömungsrichtung und an dem mindestens einen Flügel zumindest eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung vorgesehen.
Bevorzugt sind der Mast und/oder der mindestens eine Flügel aus Faserverbundkunststoff gefertigt.
Ein Hydrofoil der vorstehend erläuterten Art kommt vorzugsweise bei einem Hydrofoilboard zum Einsatz, welches zum Kitesurfen, Jetskifahren oder Windsurfen verwendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Figur 1 eine räumliche Ansicht eines Hydrofoils nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches an einem durch unterbrochene Linien angedeuteten Board angebracht ist,
Figur 2 eine Ansicht einer Hinterkante mit einer Wellenlinienform quer zur
Strömungsrichtung, eine Ansicht einer quer zur Strömungsrichtung gezackten Hinterkante mit einem Rechteckzahnprofil,
Figur 4 eine Ansicht einer quer zur Strömungsrichtung gezackten Hinterkante mit einem Zickzackpro fil, Figur 5 ein Beispiel für eine Fase an der Hinterkante,
Figur 6 ein Beispiel für eine Abrundung an der Hinterkante,
Figur 7 eine Ansicht einer in Strömungsrichtung gezackten Hinterkante mit
Spitzbogenzacken,
Figur 8 eine Ansicht einer in Strömungsrichtung gezackten Hinterkante mit
Dreieckszacken,
Figur 9 eine Ansicht einer in Strömungsrichtung gezackten Hinterkante bogenförmigen
Ausnehmungen, und in
Figur 10 eine Ansicht eines Flügels mit einer in Strömungsrichtung gewellten
Hinterkante, und in
Figur 11 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Befestigung der Flügel am Mast.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich sämtlich auf ein Hydrofoil 1 für ein Wasserfahrzeug. Figur 1 zeigt zum Zweck der Erläuterung als Beispiel für ein Wasserfahrzeug ein Board 2, an dem ein Hydrofoil 1 befestigt ist. Es ist jedoch auch möglich, entsprechende Hydrofoils beispielsweise an Booten einzusetzen.
Das Hydrofoil 1 weist einen Mast 3, einen Verbindungsstab 4, einen vorderen Flügel 5 und einen hinteren Flügel 6 auf. Diese Komponenten sind als separate Bauteile ausgeführt und derart miteinander verbunden, dass sie sich einzelnen austauschen lassen. Hierdurch ist es möglich, das Hydrofoil 1 flexibel an unterschiedliche Einsatzzwecke anzupassen. Es ist jedoch auch möglich, gegebenenfalls zwei oder mehr Komponenten in ein einstückiges Bauteil zu integrieren.
Der Mast 3 weist einen ersten Endabschnitt 7 zur Befestigung an dem Board 2 sowie einen zweiten Endabschnitt 8 zum Anschluss des Verbindungsstabs 4 auf. Er besitzt eine Höhe im Bereich von 700 bis 1200 mm, eine Dicke im Bereich von 10 bis 30 mm und eine Länge in Fahrtrichtung im Bereich von 80 bis 150 mm. Der Mast 3 ist vorzugsweise aus einem Faserverbundkunststoff wie kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt. Er kann jedoch auch aus einer Aluminiumlegierung oder einem Schichtverbundwerkstoff hergestellt sein.
Der erste Endabschnitt 7 des Mastes 3 kann einen flanschartigen Befestigungsabschnitt 12 ausbilden, der gegenüber seinem restlichen Querschnitt erweitert ist und eine Auflagefläche für die Unterseite des Boards 2 bereitstellt.
Der zweite Endabschnitt 8 des Mastes 3 weist eine Aufnahme für den Verbindungsstab 4 auf, die vorzugsweise in Form einer Durchtrittsöffnung 9 ausgebildet ist, in welche der Verbindungsstab 4 eingesteckt ist. Anstelle einer Durchtrittsöffnung 9 kann die Aufnahme alternativ auch als an einer Längsseite offene Ausnehmung, insbesondere Nut ausgebildet sein, in welcher der Verbindungsstab 4 festgelegt wird.
Über den Verbindungsstab 4 sind der vordere Flügel 5 und der hintere Flügel 6 an dem Mast 3 befestigt. Beim Fahren an den Flügeln 5 und 6 auftretende Kräfte werden über den Verbindungsstab 4 in der Durchtrittsöffnung 9 gegen den Mast 3 abgestützt. Dabei ist der Verbindungsstab 4 gegen ein Verdrehen um seine Längsachse A an dem Mast 3 gesichert. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Profilierung des Verbindungsstabs 4 und der Durchtrittsöffnung 9 und/oder mithilfe geeigneter Befestigungsmittel erzielt werden, wie dies in EP 2 907 737 AI näher erläutert ist.
Der Verbindungsstab 4 ist aus Metall, vorzugsweise einer Stahl-, Titan- oder Aluminiumlegierung gefertigt. Er weist einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 25 mm auf, wodurch der Strömungswiderstand im Wasser gering bleibt. Die Länge des Verbindungsstabs 4 liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1000 mm. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung und Montage kann der Verbindungsstab 4 mit einem konstanten Durchmesser ausgeführt sein. Es können jedoch auch lediglich Abschnitte, beispielsweise der Bereich, welcher in der Durchtrittsöffnung 9 oder Nut geführt ist, mit konstantem Querschnitt ausgeführt sein.
Der vordere Flügel 5 und der hintere Flügel 6 sind in Fahrtrichtung hintereinanderliegend angeordnet und jeweils lösbar an einem Ende des Verbindungsstabs 4 befestigt. Insbesondere sitzt der vordere Flügel 5 an einem vorderen Ende 10 und der hintere Flügel 6 an einem hinteren Ende 11 des Verbindungsstabs 4, so dass bezogen auf die Fahrtrichtung der vordere Flügel 5 vor dem Mast 3 und der hintere Flügel 6 hinter dem Mast 3 liegt.
Sowohl die Befestigung des Verbindungsstabs 4 an dem Mast 3 als auch die Befestigung der Flügel 5 und 6 an dem Verbindungsstab 4 ist jeweils lösbar ausgebildet. Hierdurch können Verbindungsstäbe 4 unterschiedlicher Länge an dem Mast befestigt werden, um die Lage der Flügel 5 und 6 zu verändern. Ferner können unterschiedliche vordere und hintere Flügel 5 und 6 an dem Verbindungsstab 4 befestigt werden.
Die Flügel 5 und 6 sind bevorzugt aus Faserverbundkunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), oder einem Schichtverbundwerkstoff hergestellt.
Zur Befestigung des vorderen Flügels 5 kann eine Platte 13 vorgesehen werden, die an einer Außenseite des Masts 3 sowie einer Außenseite des vorderen Flügels 5 in Eingriff steht und beide Bauteile 3 und 5 teilweise überlappt. Die Platte 13 ist durch lösbare Befestigungsmittel 14 mit dem Verbindungsstab 4 verspannt. Hierdurch wird der vordere Flügel 5 lösbar an dem Mast 3 befestigt. Über die Platte 13 werden der Endabschnitt 8 des Masts 3 und der betreffende Flügel 5 zueinander positioniert. Während der Verbindungsstab 4 vornehmlich Biegemomente aufnimmt, dient die Platte 13 vor allem zur Übertragung der Torsionsmomente zwischen dem betreffenden Flügel 5 und dem Mast 3.
Zur Verminderung von Strömungsverlusten beim Fahren sowie zur Verbesserung des Fahrverhaltens ist zumindest an einer der in das Wasser eintauchenden Komponenten des Hydrofoils 1 eine in Strömungsrichtung hintenliegende Kante 20, im Folgenden auch als Hinterkante 20 bezeichnet, in und/oder zur Strömungsrichtung gewellt oder gezackt. Es hat sich im Gebrauch gezeigt, dass sich hierdurch ein angenehmeres Fahrverhalten erzielen lässt.
Entsprechende Wellenlinienformen und Zackenlinienformen an der Hinterkante sollen nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 10 näher erläutert werden. Die Hinterkante 20 kann sich dabei gleichermaßen am Mast 3 wie auch an den Flügeln 5 und 6 befinden. In den Figuren 2 bis 6 ist eine Wellenlinienform bzw. Zackenlinienform der Hinterkante 20 quer zur Strömungsrichtung S dargestellt. Eine solche Hinterkante 20 kann beispielsweise durch eine zur Strömungsrichtung S asymmetrische Ausbildung eines Endabschnitts des Strömungsprofils des Mastes 3 bzw. der Flügel 5 und 6 erzielt werden.
Figur 3 zeigt beispielhaft eine Wellenlinienform der Hinterkante 20 welche über ihren gesamten Verlauf stetig und damit im mathematischen Sinn differenzierbar ist. Anstelle einer Wellenlinienform kann auch eine Zackenlinienform vorgesehen werden, wie dies in den Figuren 3 und 4 beispielhaft anhand eines Rechteckzahnprofils und eines Zickzackprofils dargestellt ist. Die dargestellten Profile dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung. Selbstverständlich können auch andere Zackenlinienformen vorgesehen werden.
Eine Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung lässt sich beispielsweise durch Hinterkantenabschnitte 20a und 20b mit unterschiedlichen Fasen 21 und/oder Abrundungen 22 erhalten. Beispiele für mögliche Fasen und Abwandlungen sind in den Figuren 5 und 6 zu erkennen, welche jeweils einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 zeigen.
Figur 5 zeigt ein Querschnittsprofil mit zwei Profüflanken 23 und 24, die in Richtung der Hinterkante 20 des Masts 3 oder eines Flügels aufeinanderzulaufen. In Figur 5 sind beide Profüflanken 23 und 24 vor ihrem gedachten aufeinandertreffen durch eine Fase 21 verbunden, die mit jeder der Profüflanken 23 und 24 einen Winkel α, ß einschließt welcher vorzugsweise von 0° sowie 90° und ganzzahligen Vielfachen hiervon verschieden ist. In eine bevorzugten Ausführungsvariante liegt der zwischen einer Profüflanke 24 und der Fase 21 eingeschlossenen Winkel ß in einem Bereich von 10 bis 80° und weiter bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 60°.
Anstelle einer Fase 21 kann, wie in Figur 6 beispielhaft dargestellt, eine Abrundung 22 dort vorgesehen werden, wo in Figur 5 die Profüflanke 23 in die Fase 21 übergeht. Der Rundungsauslauf 22a kann wie in Figur 5 mit der anderen Profüflanke 24 einen spitzen Winkel ß einschließen. Die Abrundung 22 weist einen Mindestradius von 0,5 mm auf. Ein maximaler Krümmungsradius der Abrundung 22 liegt bei 10 mm. Am spitzen Ende, d.h. der zwischen dem Rundungsauslauf 22a und der Profüflanke 24 gebildeten Ecke, ist eine etwaige Rundung demgegenüber vergleichsweise klein und damit wie auch in Figur 5 vernachlässigbar. In Figur 3 ergibt sich als Ausführungsvariante somit eine Zackenlinienform, die durch ein Rechteckzahnprofil mit beidseits abwechselnden Fasen 21 und/oder Abrundungen 22 gebildet. Ferner kann gegebenenfalls der Fasenwinkel bzw. der Abrundungsradius zwischen den Hinterkantenabschnitten 20a und 20b variieren.
Die Wellenlinienform bzw. Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung kann durch Materialabtrag am Strömungsprofil im Bereich von dessen Hinterkante 20, beispielsweise durch Beschleifen erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich, eine entsprechende Formgebung bereits beim Urformen des jeweiligen Bauteils vorzunehmen.
Weiterhin ist es möglich, an einer Hinterkante 20 eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung vorzusehen. Dies kann gegebenenfalls mit einer Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung kombiniert werden.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen Beispiele für unterschiedliche Zackenlinienformen der Hinterkante 20 in Strömungsrichtung, ohne dass die Erfindung auf die dargestellten Zahnformen beschränkt wäre. Als solche kommen insbesondere Bogen-, Dreieck-, Trapez-, Rechteck- und/oder Spitzbogenelemente sowie bogenförmigen Ausnehmungen und Kombinationen hieraus infrage, die entlang der Hinterkante 20 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Ferner kann eine solche Zackenlinienform in Strömungsrichtung mit einer durchgehenden Fase oder Abrundung gemäß den in Figur 5 und 6 dargestellten Querschnittsformen kombiniert werden.
Die vorstehend erläuterten Maßnahmen können einzeln oder in Kombination an den in Strömungsrichtung hintenliegenden Kanten 20 sowohl des Mastes 3 als auch der Flügel 5 und 6 vorgesehen werden. Aufgrund der Dicke des Mastes 3 werden an diesem bevorzugt Wellenlinienformen oder Zackenlinienformen quer zur Strömungsrichtung vorgesehen, wohingegen sich an den vergleichsweise dünnen Flügeln 5 und 6 eher eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung anbietet. Es muss jedoch betont werden, dass sämtliche Maßnahmen auch in anderer Art und Weise wie oben erläutert an einem Hydrofoil 1 zur Wirkung gebracht werden können, um dessen Strömungsverluste im Wasser zu reduzieren. In einer weiteren Ausführungsvariante entfallen die Wellung oder Zackung der Hinterkante 20. Vielmehr wird die Hinterkante 20 vorzugsweise durchgängig mit einer Fase 21 oder einer Abrundung 22, wie oben beschrieben und in den Figuren 5 und 6 beispielhaft dargestellt, versehen. Eine solche Maßnahme kann sowohl am Mast 3 als auch an den Flügeln 5 und 6 vorgenommen sein. Sie kann sich jedoch auch auf Teilabschnitte der Hinterkanten 20 und/oder auf Hinterkanten 20 ausgewählter Bauteile 3, 5, 6 beschränken. Für das jeweilige Querschnittsprofil ergibt sich durch einen solche Fase 21 oder Abrundung 22 im Bereich der Hinterkante 20 eine asymmetrische Form, wie dies anhand der Symmetrielinien L in Figur 5 und 6 gut zu erkennen ist. Das jeweilige Bauteil weist einen Endabschnitt auf, der an der Hinterkante 20 zur Strömungsrichtung S asymmetrisch ist.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen. Insbesondere können technische Einzelmerkmale auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange eine solche Kombination technisch möglich ist.
Bezugszeichenliste
1 Hydrofoil
2 Board
3 Mast
4 Verbindungsstab
5 vorderer Flügel
6 hinterer Flügel
7 erster Endabschnitt
8 zweiter Endabschnitt
9 Durchtrittsöffnung
10 vorderes Ende
1 1 hinteres Ende
12 Befestigungs flansch
13 Platte
14 Befestigungsmittel
20 Hinterkante
20a Hinterkantenabschnitt
20b Hinterkantenabschnitt
21 Fase
22 Abrundung
22a Rundungsauslauf
23 Profilflanke
24 Profilflanke
L Symmetrielinie
S Strömungsrichtung
α Winkel zwischen Profilflanke 23 und Fase 21
ß Winkel zwischen Profilflanke 24 und Fase 21 oder Rundungsauslauf 22a

Claims

Patentansprüche
1. Hydrofoil (1) für ein Wasserfahrzeug, umfassend: einen Mast (3) und mindestens einen Flügel (5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wasser in Strömungsrichtung (S) hintenliegende Kante (20) des Mastes (3) eine Formgebung aufweist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend: eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer Strömungsrichtung (S), eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung (S), eine zumindest abschnittsweise Ausbildung mit einer Fase (21) oder Abrundung (22), und
Kombinationen hieraus.
2. Hydrofoil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wasser in Strömungsrichtung (S) hintenliegende Kante (20) des mindestens einen Flügels (5, 6) eine Formgebung aufweist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend: eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer Strömungsrichtung (S), eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform in Strömungsrichtung (S), eine zumindest abschnittsweise Ausbildung mit einer Fase (21) oder Abrundung (22), und - Kombinationen hieraus.
3. Hydrofoil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlinienform oder Zackenlinienform der Hinterkante (20) quer zur Strömungsrichtung durch eine zur Strömungsrichtung (S) asymmetrische Ausbildung eines Endabschnitt des Strömungsprofils des jeweiligen Mastes (3) oder mindestens einen Flügels (5, 6) gebildet wird.
4. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung (S) durch Hinterkantenabschnitte (20a, 20b) mit unterschiedlichen Fasen und/oder Abrundungen gebildet wird.
5. Hydrofoil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zackenlinienform durch ein Rechteckzahnprofil mit beidseits abwechselnden Fasen und/oder Abrundungen gebildet wird.
6. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung (S) durch Materialabtrag an der Hinterkante (20) erhalten ist.
7. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlinienform oder Zackenlinienform quer zur Strömungsrichtung durch Urformen erhalten ist.
8. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zackenlinienform der Hinterkante (20) in Strömungsrichtung durch eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Bogen-, Dreieck-, Trapez-, Rechteck-, Spitzbogenelementen oder bogenförmigen Ausnehmungen sowie Kombinationen hieraus gebildet wird.
9. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mast (3) eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform der Hinterkante (20) quer zur Strömungsrichtung (S) und an dem mindestens einen Flügel (5, 6) eine Wellenlinienform oder Zackenlinienform der Hinterkante (20) in Strömungsrichtung (S) vorgesehen ist.
10. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (3) aus Faserverbundkunststoff gefertigt ist.
11. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Flügel (5, 6) aus Faserverbundkunststoff gefertigt ist.
12. Hydrofoil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Mast (3) einen ersten Endabschnitt (7) zur Befestigung an einem Board (2) und einen zweiten Endabschnitt (8) aufweist,
ein vorderer Flügel (5) und ein hinterer Flügel (6) in Fahrtrichtung hintereinanderliegend angeordnet und mit dem zweiten Endabschnitt (8) des Mastes (3) durch einen Verbindungsstab (4) verbunden sind.
13. Board (2) mit einem Hydrofoil (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche.
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