Yachtruder mit flexiblen Profilkörpersegmenten

Traktat

über die Beiträge zum Stand der Technik und zu den

„Transactions in Suffering Innovations"

Die „Transactions in Suffering Innovations" bilden eine Sammlung von Schriften über Artefakte im Themenfeld Biologie & Technik, die in loser Reihenfolge erscheint. Es besteht durchaus die Absicht, den Stand der Technik zu verändern.

Gegenstand der Beiträge zu den Schriften der „Transactions in Suffering Innovations" sind Artefakte, Problemlösungen, Gestaltungsfragen und die kritische Auseinandersetzung mit Themen der Bionik, also Technik nach Vorbildern aus der belebten und unbelebten Natur und ihre Umsetzung. In ausgesuchten Fällen sind Technische Beschreibungen nach Standards des Deutschen Patent und Markenrechts^[1] verfasst.

Mit den „Transactions in Suffering Innovations" soll der Fortschritt auf dem Gebiet der angewandten Bionik dadurch gefördert werden, dass die dargestellten notleidenden Artefakte, Problem- und Gestaltungslösungen frei von Rechten Dritter sind und mit ausdrücklicher Genehmigung dem Leser zur Nutzung verfügbar werden.

In den „Transactions in Suffering Innovations" werden ausschließlich Artefakte offeriert, die nicht unter das Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG^[2] fallen oder in der Vergangenheit fielen.

Die in den „Transactions in Suffering Innovations" dargestellten Artefakte sind insofern notleidend, da sie einerseits aus materieller Not nicht weiterverfolgt werden, ein Umstand der sich vielleicht wieder ändern mag. Andererseits sind die dargestellten Artefakte notleidend, weil sie möglichweise auftretender oder voranschreitenden geistigen Umnachtung zum Opfer zu fallen drohen; ein Umstand der sich wohl nicht mehr ändern wird.

Als Übergeordneter Absicht gilt es solche Forschung anzustoßen, die Lösungswege der Übertragung biologischer Phänomene untersucht und Fragestellungen betrifft, die im Zusammenhang stehen mit Natur und Technik.

Die Beiträge zum Stand der Technik und den „Transactions in Suffering Innovations" sind in deutscher Sprache verfasst. Dem Text wird gegebenenfalls eine teilweise oder vollständige Übersetzung in englischer Sprache beigestellt. In einer Ausgabe der Schriftensammlung wird jeweils nur ein Werk platziert. Den Ausführungen wird gegebenenfalls ein Prolog vor und ein Epilog nachgestellt.

Mi. Dienst

YACHTRUDER MIT FLEXIBLEN PROFILKÖRPERSEGMENTEN

Transactions in Suffering Innovations T02 SI059 09. Dez. 2016

Technische Beschreibung

Yachtruder mit flexiblen Profilkörpersegmenten.

Gegenstand der Erfindung ist ein strömungsflexibles Ruderblatt zur Anmontage an eine Segelyacht oder eine Jolle derart, dass ein Ruderblattrahmen im Zusammenspiel mit einem fluidisch wirksamen, wohl profilierten Tragflächensegment in konstruktiver und organisatorischer Einheit gemeinsam ein flexibles, strömungsadaptives Yachtruder ausbilden. Die flexiblen Profilkörpertragflächensegmente sind in einfacher Weise austauschbar. Schiffsspezifische Halterungen und Montagezeuge, sowie die Segelyacht oder Jolle sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Stand der Technik.

Bei Seefahrzeugen, insbesondere Segelyachten und Jollen in Fahrt und beim Manövrieren ist die optimale und an Strömungswiderständen arme Funktionsweise entscheidend für höchste Fahrleistungen. Zu den fluidmechanisch wirksamen Bauteilen im Unterwasserbereich von

Segelyachten und Jollen gehören die Ruderanlage, bzw. die

Ruderblattfläche. In Fahrt bilden Leitflächen im Unterwasserbereich mit symmetrischem Profil nach Stand der Technik dann einen fluiddynamisch wirksamen und Auftrieb generierenden Tragflügel aus, wenn eine nicht axiale Anströmung gegeben ist. Die aus dem hydrodynamischen Auftriebsgebaren der Ruderblattfläche resultierende Querkraft wird beim Manövrieren genutzt. Ruder nach Stand der Technik sind üblicherweise aus symmetrisch profiliertem Vollmaterial. Ruder und Ruderblätter in Holzbauweise sind seit Langem Stand der Technik. Die Kombination von Holzbauweise und der Bauweise und Technologie faserverstärkter Kunststoffe ist Stand der Technik.

Stand der Wissenschaft.

Mit zunehmender Verfügbarkeit hochfester und hochelastischer Werkstoffe und Werkstoffverbünde ist die Anfertigung und der Betrieb elastischer strömungs-mechanisch wirksamer Bauteile oder Regionen von Bauteilen im Bereich des Unterwasserschiffes von Seefahrzeugen, insbesondere Segelyachten und Jollen Stand der Technik. Einzelanfertigungen und Serienbauteile sind bekannt.

Problembeschreibung

Für den Einsatz bei Segelregatten, im wissenschaftlichen Experimentalbetrieb, für Forschungszwecke und für Optimierungskampagnen mit dem Ziel die strömungs-mechanischen Eigenschaften von Bauteilen im Bereich des Unterwasserschiffes von Seefahrzeugen, insbesondere Segelyachten und Jollen zu verbessern, erscheint die Substitution eines Ruderblattes nach Stand der Technik durch eine Vorrichtung wünschenswert, die die Montage und den betrieblichen Einsatz unterschiedlicher nichtflexibler, teil- und vollflexibler Rudertragflächensegmente ermöglicht, bei gleichzeitiger Beibehaltung der fluidmechanisch vorteilhaften Eigenschaften der Gesamtkonstruktion.

Beim Austausch des Ruders, des Ruderblattes und/oder der gesamten Ruderanlage entstehen Kosten für Material und Zeitaufwand für die Anfertigung eines oder mehrerer Ruder, Ruderblätter und/oder der gesamten Ruderanlagen, welche in Relation zum Gesamtsystem erheblich sein können.

Problemlösung

Die Erfindung betrifft erstens eine fluidmechanisch wirksame Rudertragfläche, in Art und Funktionsweise eines Wechselrahmens zur Aufnahme unterschiedlicher Profilkörpertragflächensegment und zweitens mehrere unterschiedliche fluidmechanisch wirksame Profilkörpertragflächensegmente zur Aufnahme in den Wechselrahmen. Durch Gestaltung und Auswahl wohl definierter werkstoffmechanischer Eigenschaften wird eine erwünschte, im Praxisbetrieb vorteilhafte Beaufschlagungs-Verformungs-Wechselwirkung erzielt. Die Profilkörper-segmente werden in einer einfachen, branchenüblichen Weise reversibel und lösbar gefügt. Gemäß der Intension der Erfindung ermöglicht die Substitution eines Ruderblattes nach Stand der Technik durch ein aus Segmenten bestehendes Ruderblatt den raschen Austausch von unterschiedlichen Profilkörpertragflächen, welche - im Sinne einer vorausbestimmbaren Beaufschlagungs-Verformungs-Wechselwirkung - auf unterschiedliche Weise flexibel und elastisch sein können, bei gleichzeitiger Beibehaltung bzw. Herbeiführung fluidmechanisch vorteilhafter und auf den Betriebszweck des Gesamtsystems konditionierten Eigenschaften des Seefahrzeugs.

Erreichbare Vorteile

Die fluidmechanisch wirksame Rudertragfläche in der Art und Funktionsweise eines Wechselrahmens erlaubt die Aufnahme und den Austausch unterschiedlicher nichtflexibler, teil- und vollflexibler Rudertragflächen (nachfolgend Profilkörper-segmente genannt). Mit der Erfindung wird erreicht, dass (1) unterschiedliche, mit dem Wechselrahmen kompatible Profilkörpersegmente rasch und mit geringem technischen Aufwand zu einem vollständig funktionalem und fluidmeschanisch wirksamen Ruderblatt gefügt werden können, (2) im Experimentalbetrieb, für Forschungszwecke oder im Rahmen einer Optimierung die strömungsmechanischen Eigenschaften von Seefahrzeugen, insbesondere Segelyachten und Jollen hinsichtlich unterschiedlicher Betriebsbedingungen hin konditioniert und damit das Gesamtsystem optimiert werden kann.

Aufbau und bauliche Ausführung

Fluidmechanisch wirksame Rudertragflächen von Seefahrzeugen insbesondere von Segelyachten und Jollen sind nach Stand der Technik in der Regel profiliert und das vom Schiffskörper abgewandten Rudertragflächenende ist mit typenbedingt unterschiedlichen Konturen ausgebildet. Für Rudertragflächen nach Stand der Technik sind unterschiedliche Profile und Profilkombinationen bekannt. Bauweisen, Bauteile und Bauausführungen der Anmontage einer Rudertragfläche an eine Segelyacht oder Jolle sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Wechselrahmen. Der Anschluss einer Rudertragfläche R nach Anspruch 1 am Heck einer Segeljolle ist sinngemäß schematisch dargestellt in Abbildung, Figur 1 zu ersehen als transparent dargestelltes Heck eines Schiffes Y, Ruderkopfaufnehmer A und Ruderpinne P nach Stand der Technik, die nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Die Rudertragfläche ist schematisch dargestellt in Abbildung, Figur 2. Profilkörpertragflächensegmente T und profilierten Wechselrahmenteil R bilden eine funktionale, organisatorische und konstruktive Einheit. Das Lagerloch L dient zur Befestigung in einem Ruderkopfaufnehmer zur Anmontage an eine Yacht oder Segeljolle. In den in Figur 2 dargestellten Befestigungsebene q2 wird mit branchenüblicher Montagetechnik das Profilkörpertragflächensegmente T mit dem profilierten Wechselrahmenteil R reversibel gefügt.

Das kompatible Wechselrahmenteil R ist in branchenüblicher Holzbauweise, aus Kunststoffen oder in einer Verbundbauweise gefertigt.

Das Profilkörpertragflächensegment T wird mit branchenüblicher Montagetechnik an der Kante q2 reversibel mit dem kompatiblen Wechselrahmen R gefügt und positioniert derart, dass an der Oberkante q4 des Profilkörpertragflächensegments und der Kante q1 des kompatiblen Wechselrahmens R eine Fuge entsteht und die Unterkante q3 des Profilkörpertragflächensegments T mit der Körperkante des Wechselrahmens R fluchtet.

Aufbau und bauliche Ausführung von Profilkörpertragflächenvarianten

Variante (I) Profilkörpertragflächensegment mit biegeweichem Formteil.

In der skizzenhaften Abbildung Figur 3 ist gemäß der Intension der Erfindung eine horizontale Schnittebene des Ruderblattes schematisch dargestellt.

In der Abbildung Figur 4 ist gemäß der Intension der Erfindung eine vertikale Schnittebene des Ruderblattes schematisch dargestellt.

Aufbau und bauliche Ausführung. Das profilierte Bugteil des Wechselrahmens R, der biegesteife Befestigungsholm B, das biegeweiche, elastische Formteil J1 und die biegesteife Finne F bilden eine konstruktive und organisatorische Einheit, die das Profilkörpertragflächensegment der Erfindung entsprechend repräsentieren. Die flächige Verbindung q2 zwischen dem profilierte Bugteil des Wechselrahmen R und dem Befestigungsholm B wird mit Fügetechnik nach Stand der Technik reversibel lösbar oder stoffschlüssig durch Klebung ausgeführt, derart wie in der Abbildung Figur 4 gemäß der Intension der Erfindung als vertikaler Schnitt des Ruderblattes schematisch dargestellt. Die Verbindung zwischen dem Befestigungsholm B und dem Formteil J1 sowie die Verbindung zwischen dem Formteil J1 und der Finne F ist stoffschlüssig durch Klebung ausgeführt. Das Profilkörpertragflächensegment T bildet an den Ebenen q4 und q3 gestaltungsbedingt geschlossene Flächen aus. Der biegesteife Befestigungsholm B und die biegesteife Finne F werden in klassischer bootsbauerischer Weise nach Stand der Technik und Technologie spanend aus Holz gefertigt. Substitutiv können Befestigungsholm B und Finne F aus Kunststoff gefertigt werden. Das Formteil J1 wird aus elastischem Kunststoff urformend gefertigt.

Wirkungsweise.

Die im Betrieb nicht axiale Anströmung führt zu einer Beaufschlagung der Bauteilgeometrie des Profilkörpertragflächensegments T durch Strömungskräfte. Die aus dem hydrodynamischen Auftriebsgebaren der Ruderblattfläche resultierende Querkraft wird beim Manövrieren genutzt.

Die Beaufschlagung durch die nicht axialen fluidischen Kräfte führt bei einem Profilkörpertragflächensegment mit weichem, elastischem Formteil zu einer mechanisch orthodoxen Beaufschlagungs-Verformungs-Wechselwirkung und zu einer materialbedingt mehr oder weniger intensiven stromabwärts­gerichteten (leewärtigen) Biegeverformung des Profilkörpertrag­flächensegments T. Die leewärtige Biegeverformung (wegflexen) des Profilkörpertragflächensegments kann im Praxisbetrieb als Überlastungs­sicherung angesehen werden.

Variante (II) Profilkörpertragflächensegment mit weicher, elastischer Innenauskleidung und wölbelastischen Wandungen .

In der skizzenhaften Abbildung Figur 5 ist gemäß der Intension der Erfindung eine horizontale Schnittebene des Ruderblattes schematisch dargestellt.

Aufbau und bauliche Ausführung. Das profilierte Bugteil des Wechselrahmen R, der biegesteife Befestigungsholm B, die biegeweiche, elastische Innenauskleidung J2, die wölbelastischen Wangen Ws und Wb und die biegesteife Finne F bilden eine konstruktive und organisatorische Einheit, die das Profilkörpertragflächensegment der Erfindung entsprechend repräsentieren.

Die flächige Verbindung q2 zwischen dem profilierte Bugteil des Wechselrahmen R und dem Befestigungsholm B wird mit Fügetechnik nach Stand der Technik reversibel lösbar oder stoffschlüssig durch Klebung ausgeführt.

Die Verbindung zwischen dem Befestigungsholm B und der Innenauskleidung J2 wird stoffschlüssig durch Klebung ausgeführt. Zwischen dem Formteil J2 und der Finne F, sowie zwischen der Innenauskleidung und den wölbelastischen Wangengen Ws und Wb herrscht lediglich eine Kontaktverbindung. Die wölbelastischen Wangen Ws und Wb sind bugwärtig über eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit dem Befestigungsholm B und heckwärtig über eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit der Finne F verbunden derart, dass zielsetzend einer geschlossenen Außenkontur der Befestigungsholm B und die Finne F von den Wangen WB und Ws eingeschlossen sind. Das Profilkörpertragflächensegment T bildet an den Ebenen q4 und q3 gestaltungsbedingt geschlossene Flächen aus. Der biegesteife Befestigungsholm B und die biegesteife Finne F werden in klassischer bootsbauerischer Weise nach Stand der Technik und Technologie spanend aus Holz gefertigt. Substitutiv können Befestigungsholm B und Finne F aus Kunststoff gefertigt werden. Das Formteil J2 wird aus elastischem Kunststoff urformend gefertigt. Die Wangen Ws und Wb werden aus wölbbiegefähigem Material gefertigt. Dies sollte ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (vorzugsweise Epoxyd, ggf. Poyester) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff sein. Die Vorfertigung der Wangenbauteile erfolgt mit Verfahren nach Stand der Technik und Fertigungstechnologie urformend.

Wirkungsweise.

Die im Betrieb nicht axiale Anströmung führt zu einer Beaufschlagung der Bauteilgeometrie des Profilkörpertragflächensegments T durch Strömungs­kräfte. Die aus dem hydrodynamischen Auftriebsgebaren der Ruderblatt­fläche resultierende Querkraft wird beim Manövrieren genutzt. Die Beaufschlagung durch die nicht axialen fluidischen Kräfte führt bei einem Profilkörpertragflächensegment mit wölbelastischen Wandungen in Kombination mit einer weichem, elastischem Innenauskleidung zu einer mechanisch nicht orthodoxen (nunmehr paradoxen) Beaufschlagungs- Verformungs-Wechselwirkung. Eine mechanisch paradoxe Beaufschlagungs- Verformungs-Wechselwirkung erwirkt eine (luvwärtige) Geometrieverformung des Profilkörpertragflächensegments T, welche der fluidischen Beaufschlag­ungsrichtung entgegengesetzt ist. Die mechanisch paradoxe Beaufschlagungs-Verformungs-Wechselwirkung führt zu fluidmechanisch vorteilhaften und gegebenenfalls auf spezielle, auf den Betriebszweck des Gesamtsystems konditionierten Eigenschaften des Seefahrzeugs. Die mechanisch paradoxe Beaufschlagungs-Verformungs-Wechselwirkung ist im Falle eines Profilkörpertragflächensegments mit weicher, elastischer Innenauskleidung und wölbelastischen Wandungen intensiver als bei einer solchen mit zugmittel- oder biegemittelzentralgebundener Strebenstruktur, wie weiter unten beschrieben. Bei fluidmechanisch hohen Belastungen kann es zu starken Wölbverformungen und zu einer Art Profilentartung kommen.

Variante (III) Profilkörpertragflächensegment mit wölbelastischen Wandungen und Strebenstruktur.

In der skizzenhaften Abbildung Figur 6 ist gemäß der Intension der Erfindung eine horizontale Schnittebene des Ruderblattes schematisch dargestellt.

In der Abbildung Figur 7 ist gemäß der Intension der Erfindung eine vertikale Schnittebene des Ruderblattes schematisch dargestellt.

Aufbau und bauliche Ausführung. Das profilierte Bugteil des Wechselrahmen R, der nicht Gegenstand der Erfindung ist, der biegesteife Befestigungsholm B, die Leistenholme L1, L2, L3, L4, die wölbelastischen Wangen Ws und Wb und die biegesteife Finne F bilden eine konstruktive und organisatorische Einheit, die das Profilkörpertragflächensegment der Erfindung entsprechend repräsentieren.

Die flächige Verbindung q2 zwischen dem profilierte Bugteil des Wechselrahmen R und dem Befestigungsholm B wird mit Fügetechnik nach Stand der Technik reversibel lösbar oder stoffschlüssig durch Klebung ausgeführt, derart wie in der Abbildung Figur 7 gemäß der Intension der Erfindung als vertikaler Schnitt des Ruderblattes schematisch dargestellt. Die Verbindung zwischen der wölbelastischen Wange Ws und den Leistenholmen L1 und L3 wird stoffschlüssig durch eine elastische Klebung K1 und K3 ausgeführt. Die Verbindung zwischen der wölbelastischen Wange Wb und den Leistenholmen L2 und L4 wird stoffschlüssig durch eine elastische Klebung K2 und K4 ausgeführt. Der Kontakt zwischen den Leistenholmen L1 und L3 und der wölbelastischen Wange Wb ist als gleitende Lagerung S1 und S3 ausgeführt.

[...]

^[1] https://www.dpma.de/patent/anmeldune/index.html

^[2] Am 7. Februar 2002 trat die Novellierung des Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG in Kraft.