Surfboard mit Polstoffbewehrung

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

Surfboard mit Polstoffbewehrung

Transactions in Suffering Innovations T03 SI462 10. Jan. 2017

Surfboard mit Polstoffbewehrung

Technische Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein finnenloses Surfboard für das Wellenreiten. Die der Wasseroberfläche zugewandte Seite bildet den Lateralplan des Surfboards und mit Polstoff bewehrt.

Stand der Technik. Surfboards und ihre historische Herkunft.

Das Wellenreiten (hawaiianisch: he‘e nalu, englisch surfing) wird in der Regel an Küsten ausgeübt und besteht in einer gleitenden Bewegung über die Wasserfläche. In seiner ursprünglichen Weise ist das Surfen schon annähernd 4000 Jahre bekannt. In vorchristlicher Zeit (etwa 750 v. Chr.) brachen die Polynesier aus ihrer mythischen Urheimat Hawaiki auf, um den gigantischen pazifischen Siedlungsraum sicher zu befahren. Durch ihre Reisen verbreitete sich auch das Surfen in der Südsee. Die Blütezeit erlebte das ursprüngliche Wellenreiten auf den Inseln von Hawaii und war von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. Das Konstruktionsprinzip des Boards ist seit damals unverändert. Moderne Wellensurfboards unterscheiden sich in Größe und Gestalt, weisen aber gemeinsame, sinnfällige Grundmuster auf.

Während moderne Wellensurfboards vom Stand der Technik in der Regel eine zentrale und/oder mehrere zentralsymmetrisch angeordnete Finnen besitzen, wurde das traditionelle Surfen mit finnenlosen Wellensurfboards betrieben. In den frühen 1900er Jahren verschwand diese Art der Wellensurfboard- Konstruktion. Neuere Entwicklungen finnenloser Wellensurfboards verweisen hinsichtlich der Konstruktionen und der möglichen und erforderlichen Fahrweisen im Betrieb auf die Ursprünge des Surfens. Auf Hawaii wurde das traditionelle finnenlose Board „Alaia“ (hawaiianisch für „dünnes Brett“) genannt. Ein Alaia (sprich: ah-lei-yah) besitzt keine Finnen; das Manövrieren und das Lenken in Fahrt gelingt in erster Linie über die Schärfe der Kanten des Boards. Die Hawaiianer fertigten ihre Bretter aus heimischen Hölzern 'ulu, koa und Wiliwili. Ein modernes finnenloses Alaia soll aus Naturstoffen (z.B. Acacia koa, Redwood, Zeder, Kiefer, Balsa oder Paulownia-Holz) ohne erdölbasierte Kunststoffe gefertigt sein, so der Common Sense der Szene. Es sind Konstruktionen vom Stand der Technik mit einer Länge von {2.0 < L (über Alles) [m] < 4} bekannt mit einem Betriebsgewicht von bis zu 45 kg.

Stand der Wissenschaft und Technik. Fasergewirke, Flor und Polstoffe.

Fasergewirke werden durch Weben hergestellt. Beispiele sind Polstoffe wie Samt oder synthetischer Pelz. Die Basis des Gewirkes bildet eine Gewebematrix in der Art eines textilen Flächengebildes. Bei der Herstellung von Fasergewirken werden in die Gewebematrix Schuss- oder Kettfäden eingearbeitet. Nach Stand der Technik sind entweder Verknotungen üblich (beim Knüpfen von Teppich) oder das Einnadeln zusätzlicher Fasern, die Schlaufen bilden (bei Webpelz oder Samt). Die Schlaufen werden in einem nachfolgenden Fertigungsschritt aufgeschnitten und ergeben den charakteristischen Faserflor. In die Gewebematrix (Gewirke) kann ein zusätzliches form- und/oder stoffschlüssig gefügtes Gewebe eingebracht werden. Grundbegriffe der Textilien regelt die Deutsche Norm DIN 60 000 Teil1 [1], Grundbegriffe der Gewirke, Gestricke und Polstoffe behandelt DIN 62055 [6]. Es ist Stand der Technik und der Wissenschaft Polstoffe - der Art Fasergewirke verbunden mit Faserflor - auf technische Oberflächen, beispielsweise Tragflügel aufzubringen mit dem Ziel, die Strömungseigenschaften der Bauteile zu verbessern. Eine Gebrauchsmusteranmel-dung [8] benennt die Anwendung polstoffbewehrter Kraft- und Arbeitstragflächen (siehe Gebrauchsmuster-Nr. 20 2014 003 336.6, IPC: D 04B 21/02).

Stand der Wissenschaft, Biologie, Pelz.

Aus der Beobachtung schwimmender Säugetiere ist bekannt, dass sich in Fahrt oder beim Manövrieren in Ablösegebieten der turbulenten Außenströmung Fell (Pelz) lokal und sektoral aufrichten kann. Der Stand der Wissenschaft, theoretische Unter-suchungen, Beobachtungen und Laborexperimente legen die Vermutung nahe, dass dieses lokale Aufsteilen des Fells in Art und Wirkungsweise einer lokalen Rückström-bremse funktioniert und so den Ablösepunkt der Konturströmung weiter strom­abwärts verlagert, oder sogar ein Abreißen der Strömung verhindert. Vergleichbare Strömungsphänomene wurden am biologischen Vogelgefieder untersucht. Übertragungen auf Technik sind Stand der Wissenschaft und der Technik.

Das Fell einiger an das Wasserleben angepassten Säugetiere, wie Biber, Nutria oder Bisamratten ist heterogen hinsichtlich der Häufigkeit der vorkommenden Haar- und Borstentypen, der Haar- und Borstengeometrien und der mechanischen Eigenschaf-ten der Haare und Borsten, wie etwa Steifigkeit und Elastizität. Das Biberfell beispielsweise besitzt exponierte steife Haare, die so genannten Grannenhaare, deren hydrodynamische Funktion noch weitgehend ungeklärt ist. Beobachtungen legen aber den Schluss nahe, dass die Grannen in der Lage sind, die (Profil-) Grenzschicht des schwimmenden Tieres zu konditionieren.

Stand der Wissenschaft und Technik. Bionik, Ribblets.

In der belebten Natur sind im Laufe der biologischen Evolution der Wasserlebewesen eine Vielzahl fluidmechanisch wirksamer, insbesondere den Strömungswiderstand mindernde Oberflächentypen entstanden. Manche biologischen Oberflächen-strukturen wurden in der Vergangenheit als Vorbild für die Übertragung biologischer Phänomene in Technik genutzt. Stand der Technik und Wissenschaft sind technische Oberflächen nach dem Vorbild der Delfinhaut [3][4] und der Haihaut [5]. Der den Widerstand mindernde Effekt der Haihaut ist ein gut untersuchtes Phänomen, das auf dem physikalischen Prinzip der Umlenkung von gegenüber der neutralen Axialströmung abweichenden Querströmungsanteilen durch wohldimensionierte (axiale) Oberflächenfurchen - so genannten „Ribblets“ - an der Haioberfläche beruht. Synthetische Ribblets für technische Anwendungen nach dem Stand der Technik werden als auf Bauteiloberflächen konfektionierte Folien oder als Oberflächen-prägungen ausgeführt. Nicht Stand der Technik sind sich der Strömung autoadaptiv anformende synthetische Oberflächenfurchen.

Problembeschreibung

Beim Manövrieren von Seefahrzeugen und in Fahrt ist Strömungswiderstand im Unterwasserbereich und Strömungsablösung ebendort ein unerwünschtes physikalisches Phänomen. Es besteht Entwicklungsbedarf auf dem Gebiet der technischen Anwendungen von auf Bauteiloberflächen konfektionierten Folien oder Oberflächenprägungen im Sinne synthetischer Ribblets. Sich der Strömung autoadaptiv anformende synthetische Oberflächenfurchen sind nicht Stand der Technik. Bei manchen Tragflügelkonstruktionen, die im Medium Wasser arbeiten taucht das Problem auf, dass Oberflächen dieser Konstruktionen, bewegliche Segmente, Klappen oder Ähnliches aufweisen, was das Konfektionieren und das Bemanteln dieser Bauteile erschwert oder sogar verhindert.

Problemlösung

Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird dadurch gelöst, dass auf die Oberflächen des Unterwasserschiffes eines Surfboards ein matrixgebundenes Fasergewirke mit Faserflor gefügt wird, welches hinsichtlich der Faserflor-eigenschaften heterogen ist. Die Heterogenität in Geometrie und mechanischen Eigenschaften der Florfasern zielt insbesondere auf exponierte steife Florfasern nach dem biologischen Vorbild der Grannenhaare des Biberfells, das lokal nichtisotrope Ausrichtung haben kann.

Die Anordnung, Häufigkeit und Geometrie der die synthetischen Grannen repräsentierenden Fasern in einem Flor soll variierbar und von einem Fachmann an gegebene Strömungserfordernisse anpassbar sein.

Die fluidmechanischen Eigenschaften eines mit Fasergewirke mit heterogenem Faserflor bemantelten Strömungsbauteils bewirken, dass sich die Fasern selbst-ständig und ohne zusätzliche Regelung passiv der beaufschlagenden Strömung anformen (Autoadaption), bei gleichzeitiger Ausbildung einer elastischen Furchenstruktur der Oberfläche (synthetische Ribblets). Damit besitzt ein mit Fasergewirke mit heterogenem Faserflor bemanteltes Strömungsbauteil die Potenz, die körpernahe Grenzschicht zu konditionieren.

Das strömungsmechanisch wirksame matrixgebundene Fasergewirke mit heterogenem Faserflor ist mit Fertigungstechnologien nach Stand der Technik industriell herstellbar. Die Flächengeometrie des strömungsmechanisch wirksamen matrixgebundenen Fasergewirkes mit heterogenem Faserflor ist von einem Fachmann auf unterschiedliche Strömungskörper spezifizierbar.

Erreichbare Vorteile

Durch die Erfindung wird erreicht, dass der Widerstand durch Strömungsablösung im Unterwasserbereich eines Surfboards vermindert wird.

Durch die Erfindung wird der bei schwimmenden Säugetieren beobachtete Effekt der Strömungskonditionierung durch Fell auf ein technisches System übertragen und die physikalische Wirkung des lokalen Aufsteilens biologischen Fells für technische Anwendungen nutzbar.

Des Weiteren werden die fluidischen Eigenschaften Strömungsbauteils im axialen oder nahe des axialen Anströmzustandes dadurch verbessert, dass sich die Fasern des heterogenen (Faser-) Flors selbstständig und ohne zusätzliche Regelung passiv der beaufschlagenden Strömung anformen (Autoadaption), bei gleichzeitiger Ausbildung einer elastischen

Furchenstruktur der Oberfläche (synthetische, flexible Ribblets). Damit kann ein mit Fasergewirke mit heterogenem Faserflor bemanteltes Strömungsbauteil die körpernahe Grenzschicht konditionieren. Die hierdurch erzielbare Verminderung des Strömungswiderstands eines Wasserfahrzeugs respektive eines Surfboards ist von wirtschaftlichem Interesse.

Aufbau

Bei einem fluidmechanisch wirksamen, matrixgebundenen Fasergewirke mit heterogenem Faserflor bilden Gewebematrix und Flor FLO sowie die synthetischen Grannen repräsentierenden Fasern eine gestalterische und organisatorische Einheit, wie in der skizzenhaften Abbildung Figur 1 schematisch dargestellt. Gewebematrix und die Oberfläche des Strömungskörpers sind durch Klebung stoffschlüssig gefügt.

Das matrixgebundene Fasergewirke mit heterogenem Faserflor entsteht aus einer handelsüblichen, textilen Halbfertigware in die weitere Fasern in das Fasergewirke (Matrix) mit einer Nadel oder mit einer Vielzahl von Nadeln gefügt und mit dem Fasergewirke fest verbunden (eingenadelt) werden, so dass sie Schlaufen bilden, welche in einem folgenden Fertigungsschritt aufgeschnitten werden. Als Werkstoffe für die Fasern der handelsüblichen, textilen Halbfertigware kommen Naturfasern (pflanzliche, tierische, mineralische) Fasern, oder Chemiefasern aus natürlichen oder synthetischen Polymeren in Frage. Für besondere Anwendungen sind auch Metalle denkbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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

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