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