Flosse, insbesondere Tauchflosse

Die Erfindung betrifft eine Flosse, insbesondere eine Tauch- oder Schwimmflosse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Tauchflossen oder Schwimmflossen sollen durch Nachahmung der Funktion einer Fischflosse unter Anpassung an die menschliche Motorik bei möglichst geringem Kraftaufwand einen möglichst großen Vortrieb liefern.

Um dies zu erreichen, gestaltet man das Flossenblatt durch Materialwahl und Formgebung meist so, dass dieses bei unterschiedlichen Bewegungen der Flosse durch das Wasser unterschiedlich verformt wird. Beispielsweise wird dafür gesorgt, dass bei einem vom Körper weg und/oder nach hinten gerichteten Flossenschlag die Fläche, die die Flosse dem Wasser darbietet, größer ist als bei einem Flossenschlag, mit dem die Flosse zum Körper hin und/oder nach vorne bewegt wird. Dazu kann man das Flossenblatt z. B. mit bogenförmigen Einsätzen aus ei- nem anderen Material als das Flossenblatt selbst versehen.

Eine andere Methode, den Wirkungsgrad von Flossen zu verbessern, besteht darin, das Flossenblatt in zwei der Natur nachempfundene Flossenflügel aufzuteilen, was die Strömung günstig beeinflussen soll, wie z.B. in der US 2005/0153607 A1 offenbart.

Manche Flossenhersteller versuchen auch, durch trichterförmige Kanäle im Flossenblatt das Wasser so zu führen, dass sich ein Düseneffekt einstellt, wie z.B. offenbart in der US 3,649,979, der US 5,702,277 und der US 1 ,223,664. Eine so gestaltete Flosse benötigt jedoch einen kraftvollen Beinschlag

Die aus der letzteren Druckschrift bekannte Flosse ist außerdem so gestaltet, dass die Flosse auf dem Rückweg, bedingt durch die Strömungskanäle einen geringeren Wasserwiderstand hat. Dies nutzt man z.B. zu einer besonderen, dem Frosch nachempfundenen Art der Bewegung, "Frog Kick" genannt, bei der die Beine eine nach außen gerichtete Bewegung vollführen.

Aus der DE 198 04 484 A1 ist eine Flosse mit einem Flossenblatt bekannt, das gitterartig angeordnete öffnungen mit beweglichen Verschlussklappen aufweist. Auch hierdurch wird die Vor- und Rückbewegung der Flosse durch das Wasser unterschiedlich kraftintensiv. Diese Flosse soll eine kräfteschonendere Fortbewegung erlauben und sogar zu einem anderen Flossengebrauch oder Schwimmstil führen können.

Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitende Flossen sind aus der US 5,536,190 und aus der US 3,908.213 bekannt, bei denen das Flossenblatt mit einseitig beweglichen Klappen oder Stegen an entsprechenden öffnungen versehen ist. Das Flossenblatt ist in einer Richtung im Wesentlichen wasserundurchlässig, wie bei normalen Flossen, und bei Bewegung der Flosse in der Gegenrichtung öffnen sich die Klappen, so dass der Wasserwiderstand in dieser Richtung abnimmt und das Zurückbewegen der Flosse erleichtert wird. Dies erleichtert es Schwimmern an der Oberfläche, die Flosse leichter nach oben zu holen und danach kraftvoll nach unten wegzudrücken. Der Wirkungsgrad der Flossenschläge im Vortrieb ist aber nicht größer als bei normalen Flossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Flosse mit besonders hohem Wirkungsgrad der Umwandlung der von ihrem Träger aufgebrachten Energie in Fortbewegung durch das Wasser bereitzustellen, wobei die Flosse mit derselben Technik wie bisher üblich benutzt werden kann, also durch einen langen Beinschlag auf und ab bewegt wird, wobei sie je nach Ausführung und Länge des Flossenblattes unterschiedlich viel Vortrieb erzeugen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Flosse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vereinfacht ausgedrückt besteht die Erfindung in einer Flosse, die nach dem Rückstoßprinzip arbeitet, indem aus der Umgebung aufgenommenes Wasser in einer zur Flossenspitze weisenden Richtung wieder ausgestoßen wird, ähnlich wie ein Tintenfisch das zwischen seinen Fangarmen befindliche Wasser beim Zusammenziehen der Fangarme in einer Richtung auspresst. Dieses Prinzip ergänzt das einer Fischflosse entliehene Wirkungsprinzip einer herkömmlichen Tauchoder Schwimmflosse um ein Rückstoßprinzip, wie es Tintenfische zum Antrieb benutzen oder wie es bei Wasserfahrzeugen als Jet-Antrieb bekannt ist. Solche Antriebe erzeugen den Vortrieb im Wesentlichen durch Rückstoß. Bei der Erfindung unterstützt der zusätzliche Rückstoßantrieb das herkömmliche Vortriebsprinzip der Flosse.

Die den Rückstoß bewirkende Einrichtung kann je nach Verwendungszweck modi- fiziert werden. Zum Beispiel Apnoe-Taucher benötigen extrem lange Flossenblätter, die allerdings auch mehr Kraft bei der Benutzung erfordern.

Die den Rückstoß bewirkende Einrichtung kann leicht in eine konventionelle Flosse integriert werden, und sie wird so ausgebildet, dass sie durch die übliche Bein- bewegung beim Schlagen der Flossen angetrieben wird. Das Grundprinzip der Auf- und Abbewegung der Flossen beim Schwimmen oder Tauchen erzeugt auf einer der beiden Seiten der Flosse (der Ober- oder der Unterseite) einen höheren Druck, der sowohl für die Strömungsprozesse für den Vortrieb durch Rückstoß als auch für den klassischen, einer Fischflosse entliehenen Vortrieb ausgenutzt wird. Der höhere Wasserdruck auf der zum Wasser hin bewegten Seite der Flossen kann zusätzlich dazu benutzt werden, auf dieser Seite eine Kammer auszudrücken, die zuvor gefüllt wurde, wobei gleichzeitig auf der anderen Seite eine zweite Kammer aufgefüllt werden kann, damit beim Gegenschlag der gleiche Jet- Antriebs-Prozess auf der gegenüberliegenden Seite der Flosse stattfinden kann. Dieser abwechselnd stattfindende Prozess der Füllung und Leerung der Kammern wird durch die Bewegung selber gesteuert; dabei können Ventile die Kammerbildung unterstützen. Die Gestaltung der Druckflächen, die das Auspressen der

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Kammern bewirken, und die Anordnung und Art der Ventile können auf verschiedene Arten erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 schematische Seitenansichten des Blattes einer Flosse mit

Rückstoßantrieb in einem ersten Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen Phasen eines Flossenschlages;

Fig. 2 schematische Seitenansichten einer Flosse mit Rückstoßan- trieb in einem zweiten Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen Phasen eines Flossenschlages;

Fig. 3A und 3B vergrößerte Schnittansichten der Flosse von Fig. 1 (oben von vorne, unten von der Seite);

Fig. 4 schematische Seitenansichten des Blattes einer Flosse mit

Rückstoßantrieb (mit Gelenk vorne) in einem dritten Ausführungsbeispiel in zwei konträren Phasen eines Flossenschla- ges;

Fig. 5 links oben eine Seitenansicht des Hohlkörpers in dem in Fig. 2 gezeigten Flossenblatt, rechts oben eine Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Flossenblatts von der Flossenspitze her, und unten eine Gesamt-Seitenansicht der Flosse von Fig. 2, alle Ansichten während eines aufwärts gerichteten Flossenschlages;

Fig. 6 links oben eine Seitenansicht des Hohlkörpers in dem in Fig. 2 gezeigten Flossenblatt, rechts oben eine Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Flossenblatts von der Flossenspitze her, und unten eine Gesamt-Seitenansicht der Flosse von Fig. 2, alle Ansich- ten während eines abwärts gerichteten Flossenschlages;

Fig. 7A und 7B weitere Ausführungsbeispiele einer Flosse mit Rückstoßantrieb in Seitenansicht und in Draufsicht; und

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Flosse mit Rückstoßantrieb in einer vergrößerten Draufsicht und einer verkleinerten Seitenansicht.

Im ersten Ausführungsbeispiel, in Fig. 1 gezeigt, weist eine Flosse einen kastenar- tigen Hohlkörper 2 auf, der derart an einem Flossenblatt 4 der Flosse angebracht ist, dass der Innenraum des Hohlkörpers 2 durch das Flossenblatt 4 in zwei Kammern 6, 8 unterteilt wird, wobei der Hohlkörper 2 dem Wasser auf beiden Seiten des Flossenblatts 4 eine relativ große Oberfläche 10, 12 darbietet. Der Hohlkörper 2 ist derart mit dem Flossenblatt 4 verbunden, dass er senkrecht bzw. quer zur Flossenblattfläche auf und ab beweglich ist, z.B. indem seine in der Figur nicht sichtbaren Seitenwände in ebenfalls nicht sichtbaren Führungsschlitzen im Flossenblatt 4 geführt sind. Der beim Auf- und Abschlagen der Flosse auf jeweils eine Oberfläche 10, 12 des Hohlkörpers 2 wirkende Wasserdruck bewirkt, dass sich der Hohlkörper 2 beim Auf- und Abschlagen der Flosse senkrecht zur Flossen- blattfläche hin und her bewegt, so dass die beiden Kammern 6, 8 infolge der Flossenschläge reziprok zueinander größer bzw. kleiner werden. Jede Kammer 6, 8 weist an ihrem vorderen, zum nicht gezeigten Fußteil der Flosse weisenden Ende eine nicht gezeigte Wasseransaugöffnung auf, die je nach Stellung des Hohlkörpers 2 durch keilförmige Elemente 14, 16 am Flossenblatt 4 verdeckt wird oder nicht verdeckt wird. Die keilförmigen Elemente 14, 16 bilden Strömungsführungen und Verschlusshilfen vom Fuß her, die bewirken, dass in diejenige der Kammern 6, 8, die während Flossenschlägen momentan größer/ geöffnet ist, Wasser vom Fußteil der Flosse her in die jeweilige Kammer 6, 8 einströmt, wie mit Pfeilen 18

angezeigt. Außerdem weisen die Seitenwände des Hohlkörpers 2 jeweils einen lang gestreckten Schlitz 20 auf, der in der mittleren Stellung des Hohlkörpers 2 relativ zum Flossenblatt 4, wie in der mittleren Ansicht von Fig. 1 gezeigt, gerade durch das Flossenblatt 4 bzw. einen daran angeformten oder angebrachten Steg 21 (in Fig.3A Steg 52) verdeckt und verschlossen wird, also ein Ventil bildet. Auf diese Weise kann auch von den Seiten her Wasser in die jeweilige Kammer 6, 8 einströmen.

Jede Kammer 6, 8 weist an ihrem hinteren, zur Spitze der Flosse weisenden Ende eine nicht gezeigte Wasserausstoßöffnung auf, die einen wesentlich kleineren Querschnitt als die entgegen gesetzte Wasseransaugöffnung und die seitlichen Schlitze 20 hat. In der in Fig. 1 oben gezeigten Phase eines Flossenschlages, in der der Wasserdruck auf die Unterseite 12 des Hohlkörpers 2 wirkt, tritt dann Wasser mit Druck aus der Wasserausstoßöffnung der unteren Kammer 8 aus, und in der unten in Fig. 1 gezeigten Phase eines Flossenschlages, in der der Wasserdruck auf die Oberseite 10 des Hohlkörpers 2 wirkt, tritt Wasser mit Druck aus der Wasserausstoßöffnung der oberen Kammer 6 aus, wie jeweils mit Pfeilen 22 angezeigt. D.h., die Kammer, 6, 8, die gerade auspresst, ist bis auf die Wasserausstoßöffnung verschlossen, welche das Wasser in Richtung der Flossenspitze presst und damit eine zusätzliche Strömung zur Unterstützung der Fortbewegung erzeugt.

Alternativ oder zusätzlich zu den keilförmigen Elementen 14, 16, den Schlitzen 20 und den Stegen 21 können die Kammern 6, 8 durch andere Mittel abgedichtet werden, die durch die Relativbewegung der Flosse und des Hohlkörpers aktiviert bzw. deaktiviert werden. Es werden somit weitere Ventile gebildet, die leicht Wasser hineinströmen lassen, es aber nur einseitig (zur Flossenspitze) mit großem Druck herausdrücken.

Während des Auspressvorganges einer der beiden Kammern 6, 8 öffnen die seitlichen Schlitze 20 die entgegen gesetzte, drucklose Kammer allseitig, um ein möglichst widerstandsloses Wiederbefüllen dieser Kammer zu ermöglichen. Als Variante könnten die Schlitze 20 unterstützt werden durch kammartige Stege von

oben und unten, die bei der Pressbewegung den Hohlkörper leicht nach vorne oder hinten verschieben und damit sehr schnell große öffnungen/Schlitze zum Befüllen darbieten.

Im zweiten Ausführungsbeispiel, in Fig. 2 gezeigt, hat ein kastenartiger Hohlkörper 24 einer Flosse mit Rückstoßantrieb keine rechteckigen, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 , sondern keilförmige Seitenwände. Außerdem ist der keilförmige Hohlkörper 24 nicht von vorne bis hinten frei beweglich, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 , sondern entlang seiner spitzen Vorderkante 26, die dem schematisch gezeigten Fußteil 28 der Flosse am Nächsten liegt, mittels eines Gelenks schwenkbar am Flossenblatt 4 gelagert. Der mit keilförmiger Seitenwand geformte kastenartige Hohlkörper 24 bewegt sich mit der Flosse auf und ab, wobei Fig. 2 ebenso wie Fig. 1 drei Phasen dieser Bewegung zeigt. Der obere Teil des Hohlkörpers 24 wird dabei an das Flossenblatt 4 gepresst und drückt das Wasser oberhalb heraus, während auf der anderen Seite öffnungen 30 freigegeben werden, um ein möglichst schnelles und widerstandsarmes Füllen der Kammer auf dieser Seite zu ermöglichen. Der öffnungsgrad ist vom Bewegungswinkel abhängig. Das heißt, bei der Pressbewegung wird jede öffnung 30 seitlich durch am Flossenblatt 4 angebrachte oder angeformte Stege 32 verschlossen. Eine der öff- nungen 30 und einer der Stege 32 sind zur besseren Erkennbarkeit in Fig. 2 auch getrennt von den übrigen Flossenbestandteilen eingezeichnet.

Die angedrückte Oberfläche (vgl. die Oberfläche 10 bzw. 12 in Fig. 1 ) des beweglichen Hohlkörpers 24 kann größer (Fig. 3A) als die Kammerfläche innen oder be- sonders geformt sein, um den Druck zu erhöhen. Der entstehende Druck in der jeweiligen Kammer treibt das darin befindliche Wasser in der Pfeilrichtung 34 (Fig. 2) zur Flossenspitze hin aus.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ähnelt dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 , jedoch ist der parallelepipedförmige Hohlkörper 36 ähnlich wie in Fig. 2 mittels eines Gelenks 38 schwenkbar am Flossenblatt 4 gelagert. Und im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2 liegt das Gelenk 38 nicht am zum Fußteil der Flosse weisenden Ende des Hohlkörpers 36, sondern nahe an der Spitze der

Flosse. Mindestens eine Kammer des Hohlkörpers 36 ist zum Fußteil hin immer geöffnet. Die in den beiden in Fig. 4 gezeigten Phasen auf den Hohlkörper 36 wirkenden Wasserdruckkräfte sind mit dünneren Pfeilen eingezeichnet, und die jeweiligen Wasserströmungen in den und aus dem Hohlkörper 36 sind mit dickeren Pfeilen eingezeichnet.

Auch hier führt die Flossenbewegung zu einer Pendelbewegung des Hohlkörpers 36. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Flosse selber so geformt, dass bei der Auf- und Abbewegung die unter Druck stehende Kammer im Hohlkörper 36 geschlossen wird, während sich die andere Kammer auf der anderen Seite des Flossenblatts 4 über das Niveau des Flossenblatts 4 hinaus öffnet. Hierdurch erzwingt man das schnelle Füllen, und durch die keilförmigen Elemente 14, 16 kann noch eine Unterstützung der gewünschten Ventilwirkung erfolgen, da beim Vorwärtsschwimmen die jeweils offene Kammer durch die keilförmigen Elemente 14, 16 freigegeben wird. Sobald der Schwimmer seine Flossenbewegung ändert, verschließt sich die gefüllte Kammer mit Ausnahme der Wasserausstoßöffnung, durch die das Wasser nun mit hoher Strömungsgeschwindigkeit ausgepresst wird. Die andere, beim Füllen geöffnete Kammer bietet dem zuströmenden Wasser wenig Widerstand, da auch sie am Flossenende stets geöffnet ist.

Figuren 5 und 6 zeigen teils detailliertere Ansichten, teils Gesamtansichten der Flosse von Fig. 2. Die Flosse hat einen Fußteil 38. Wasserdruckkräfte bzw. Wasserströmungsrichtungen sind mit dünneren Pfeilen eingezeichnet, und Bewegungsrichtungen des Flossenblatts sind mit dickeren Pfeilen eingezeichnet. Man beachte die Schlitze 40, die durch wie ein Ventil wirkende stegförmige Abdeckungen 42 entweder freigegeben oder verschlossen werden. Der Hohlkörper weist Laschen 44 auf, die am Flossenblatt 4 befestigt werden können

Figuren 7A und 7B zeigen Flossen mit Rückstoßantrieb, die dem Ausführungsbei- spiel von Fig. 1 ähnlich sind, bei denen jedoch der Hohlkörper und dessen Kammern stärker in das Flossenblatt integriert sind als in den vorherigen Ausführungsbeispielen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7B findet das Ausblasen einer Kammer nicht auf derjenigen Seite des Flossenblatts statt, auf die gerade Druck

ausgeübt wird, sondern auf der entgegen gesetzten Seite, indem Wasserausstoßkanäle 46 der Kammern kreuzweise durch das Flossenblatt geführt sind.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 dient als Einrichtung zum abwechselnden Aufnehmen und Ausstoßen von Wasser nicht ein einziger Hohlkörper, dessen Innenraum durch das Flossenblatt in zwei Kammern unterteilt wird, sondern die Ober- und Unterseite des Flossenblatts 4 sind jeweils für sich mit einer oder mehreren solcher Einrichtungen versehen, d.h. mit einer oder mehreren Kammern mit Ventilklappen, die sich je nach Drucklage öffnen und schließen. Ist eine mittlere Klappe 48 verschlossen, wird das in der dazugehörigen Kammer befindliche Wasser auf der Antriebseite ausgepresst. Gleichzeitig strömt Wasser durch zwei äußere Klappen 50 in entsprechende äußere Kammern ein. Sobald durch eine Gegenbewegung der Flosse die Klappen 50 verschlossen werden, wird das in den dazugehörigen Kammern befindliche Wasser auf der Antriebseite ausgepresst, und gleichzeitig strömt wieder Wasser durch die mittlere Klappe 48 ein.

Fig. 3A zeigt zwei vergrößerte Schnittansichten des Hohlkörpers 2 der Flosse von Fig. 1 von der Flossenspitze her, und Fig. 3B zeigt eine entsprechende Schnittansicht von der Seite. Am Flossenblatt 4 angeformte Stege 52 verschließen die öff- nungen 20 im Hohlkörper 2 jeweils auf einer Seite des Flossenblatts 4.

Die Stege 52 sind Teil der seitlichen Dichtung; es können jedoch auch im hinteren Bereich Stege (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Zusätzliche elastische Dichtlippen 54 in der unteren Ansicht von Fig. 3A ermöglichen eine zuverlässige Abdichtung der gerade ausblasenden Kammer in allen anderen Richtungen als der Ausblasrichtung, angezeigt durch den waagerechten Pfeil an der unteren Kammer in Fig. 3B, weg vom Fußteil 56 der Flosse, geben aber einen allseitigen Wasserzutritt zu der gerade zu füllenden oberen Kammer in Fig. 3A und Fig. 3B frei.