CN102325695A - 用于装备风帆的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于装备船帆的机械装置(1)。所述装置的特征在于其包括：桅杆(2)；通过各自的前端(31、41)固定至所述桅杆的帆杠(3)和斜桁(4)；引导设备(5)，其连接所述帆杠(3)和所述斜桁(4)的两个后端(32、42)并与桅杆一起限定一框架；矩形风帆(6)，通过其边缘(61)固定至帆杠(3)，并在其前缘(62)和后缘(63)分别沿桅杆(2)以及沿引导设备(5)设有用于引导的部件；在框架内升起并降下所述风帆的机械设备(7、8)，同时分别沿桅杆(2)以及沿引导设备(5)保持引导其前缘和后缘。

Description

用于装备风帆的机械装置

技术领域

本发明涉及一种用于装备船舶的风帆的自动化或非自动化的机械装置。

更具体地，本发明涉及一种允许以机械的、可靠的方式升起并降下包括非常大尺寸的约1000平方米的风帆的装置，因此能够作为辅助推进系统将该风帆不仅用于大型游艇，还可用于货船或客船。所述装置还可以是自动化的。

背景技术

为了最大程度地简化人的劳动，已经开发出很多用于操纵风帆的机械装置。此类装置通常使用设置在支柱、桅杆、帆杠或帆桁中的滚轴卷起设备。

但是，滚轴卷起技术在面积大于1000平方米的大尺寸风帆的卷起质量的控制方面是有限的，尤其是在强风条件下更加有限。

其它情况包括将风帆水平卷起在帆杆或甲板上。但是，这些技术不会提供阵风情况下对整个风帆的控制，并且可能损坏风帆或船舶，还可能成为风帆周围的船务人员的危险来源。

由于这个原因，这些装置的使用仅限于中度风，这大大减弱了作为辅助推进模式使用风帆的优势。

文件DE 3718414公开了一种装置，该装置包括多个水平圆杆(spar)，所述水平圆杆能够沿它们中间部分处的桅杆滑动。多个风帆可附接上圆杆和下圆杆之间的每个圆杆。可以通过沿桅杆升起上圆杆来展开风帆，圆杆的这个运动在风帆的上部产生牵引。反之，可以沿桅杆下降上圆杆来降下风帆。

在下降位置，风帆和圆杆处于甲板上，并且风帆没有正确地折叠因此占据了很大空间。

因此所述装置不能用于非常大尺寸的风帆。

DE 26 08 471公开了一种相似的装置，其中，可通过沿桅杆移动上圆杆来升起风帆，然后通过横向牵引而拉紧风帆。

当风帆被降下时，其下降并不受引导，这意味着风帆可能会随风拍动。

所述装置不能用于非常大尺寸的风帆，并且可能被证实对于附近工作人员是危险的。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷。

本发明的一个具体目的是提供一种操纵装置，其允许：

-以机械和可选地以全自动方式升起以及降下风帆，包括尺寸非常大并且重的风帆，

-对于船务人员和船舶是完全安全的，并避免对风帆造成任何的损坏，

-尽可能频繁地使用该装置，包括在相对强风的条件下，

-保证尽可能少的风帆的维护以及风帆的长久的寿命。

本发明的另一目标是提供一种装置，利用这种装置能够提供在升起或降下操作中对风帆的完全控制，而不会有这样的风险，即整个风帆或部分风帆占据了一定位置，在此由于其尺寸和重量将不能再保证风帆的完全安全的存放。

为此，本发明涉及一种用于操纵船舶的风帆的机械装置。

根据本发明，该装置包括：

-桅杆，

-帆杠和斜桁，它们分别通过它们的所谓“船头”端中的一个固定至所述桅杆，

-引导设备，所述引导设备连接所述帆杠和所述斜桁的两个相对的所谓“船尾”端，使得该引导设备平行于或实质上平行于所述桅杆延伸，并使得其联合所述桅杆、帆杠和斜桁限定一框架，

-风帆，所述风帆为矩形或实质上矩形形状，并通过其下部所谓“底部”边缘固定至所述帆杠，并在其两侧边缘所谓“前缘”和“后缘”分别沿所述桅杆以及沿引导设备设有引导部件，

-在所述框架内升起以及降下所述风帆，同时保持分别沿所述桅杆以及沿引导设备对风帆的前缘和后缘的引导的机械设备。

利用本发明的这些特征，当风帆升起或降下时斜桁保持就位，此外，风帆的前缘和后缘被支撑，包括当风帆降下时。因此风帆能够以手风琴式褶皱方式自动地卷起在帆杠上。

通过该方案，能够将风帆以完全安全的方式存储并快速、机械并安全地执行风帆的升起和降下操作。

根据本发明的其它优点以及非限制性特征，以单独或组合的方式，

-所述引导设备为缆线；

-风帆由多块板组成，每块板沿其前缘在桅杆上设有引导部件，沿其后缘在所述引导设备上设有引导部件，并且这些引导部件允许所述板围绕将这两个引导部件联结在一起的纵轴线X₂-X′₂的转动，该转动轴线X₂-X′₂还平行于或实质上平行于帆杠，使得当所述风帆降下时，所述风帆以手风琴式方式折叠在帆杠上；

-桅杆包括纵向引导轨道，其中所述风帆的前缘的引导部件包括行走机构，所述行走机构沿所述引导轨道滑动，该行走机构设有转动轴，所述转动轴沿所述转动轴线X₂-X′₂延伸，并且承接在固定至所述风帆的前缘的减摩擦轴承中；

-桅杆包括纵向引导轨道，其中所述风帆的前缘的引导部件包括行走机构，所述行走机构沿所述引导轨道滑动，该行走机构设有销，所述销沿所述转动轴线X₂-X′₂延伸，并且其端部设有球窝接头，所述球窝接头承接在固定至所述风帆的前缘的多方位铰链轴承中；

-风帆的后缘的引导部件为滑块，所述滑块包括套筒，所述套筒沿所述引导设备滑动并且设有转动轴，所述转动轴沿转动轴线X₂-X′₂延伸，该转动轴承接在固定至所述风帆中的后缘的减摩擦轴承中；

-风帆包括多块板，每块板围绕平行于或实质上平行于所述帆杠的所谓“铰链”轴线X₁-X′₁铰接在相邻的板上；

-每块板经由柔性材料部分，铰链或带，铰接在相邻的板上；

-所述板中的至少一块设有纵向板条，所述板条沿所述板的转动轴线X₂-X′₂延伸；

-每块板可移除地附接至其它板，使其能够与其它板分离、卸下以及更换；

-升起以及降下所述风帆的机械设备包括用于以同步方式张紧所述风帆的前缘和后缘的设备，使得在升起以及降下所述风帆阶段的任意时刻，所述风帆的船头和船尾升降索点处于相同高度；

-风帆由织物、合成材料或金属制成。

本发明还涉及一种货轮或客船，所述货轮或客船装备有前述用于操纵风帆的机械装置。

下面将参照附图，以说明而非限制的方式描述多个可能的实施例，通过所述说明，本发明的其它特征和优点将变得明显。

附图说明

在这些附图中：

-图1为根据本发明的第一实施例的用于操纵风帆的机械装置的示意性侧视图，

-图2为示出根据本发明的第二实施例的示意性侧视图，

-图3为示出风帆的两块板以及风帆的引导系统的侧视图，

-图4示意性示出处于部分降下位置的风帆，

-图5和图6示出用于引导风帆前缘的部件的两个实施例的细节，

-图7为用于引导风帆的后缘的部件的一个实施例的细节图，以及

-图8为风帆的下部、帆杠以及帆杠的自由端的引导轨道的局部立体图。

具体实施方式

根据本发明的用于操纵风帆的机械装置的附图标记为1。下面将结合图1和图2对本发明进行描述。

本发明中的装置是要安装在船舶的甲板P上，所述船舶优选地为货轮或客船。在客船的情况中，本发明中的装置将被安装在船舶的上甲板上。这些装置中的一部分因此能够安装在其上。

该装置具体地包括桅杆2、帆杠3、斜桁4、纵向引导设备5例如缆线、以及风帆6。

桅杆2竖直地或实质上竖直地竖立在甲板P上。其可以是自立式或由任意适当固定件(例如通常利用侧支索20)固定就位。

帆杠3和斜桁4都是垂直或实质上垂直于桅杆2延伸的圆杆。所述圆杆优选地通过铰接方式(通过它们的一个所谓“船头”端)固定至桅杆2并安装在其上。

帆杠3和斜桁4的“船头”端的附图标记分别为31和41。它们的船尾端的附图标记为32、42。

术语“船头”和“船尾”选定用于表示船舶的前部和后部。

船尾竖直引导设备5连接帆杠3的船尾端32与斜桁4的船尾端42，使得船尾竖直引导设备5平行于或实质上平行于桅杆2延伸。优选地，该引导设备5为缆线，其两端附接至端部32和42，在说明书的其余部分也将对其进行同样的描述。

可选地，缆线5的张紧可由液压缸或任意其它张紧设备(未示出)调整。

风帆6为矩形或实质上矩形形状。其具有下边缘61(称作“底部”)、船头62和船尾63侧边缘，分别称作“前缘”和“后缘”、以及上边缘64。

风帆6通过其底部61附接至帆杠。

由桅杆2、帆杠3、斜桁4和缆线5形成的组件形成一框架，风帆6能够在其中升起或降下，同时由其前缘和后缘分别沿桅杆2和缆线5横向引导。

风帆6的前缘62由适合的引导系统沿桅杆2引导。图3示出其一个实施例。

纵向引导轨道21相对于风帆6的前缘62沿桅杆固定。同样，前缘62装备有多个能够沿所述引导轨道21滑动的行走机构620。

这些行走机构620被固定至风帆6并且沿前缘62的整个长度优选地以固定的间隔分布，以在风帆的整个高度上引导风帆6。

在图3所示的实施例中，引导轨道21利用铰链22关于桅杆2铰链安装，使得其能够围绕平行于桅杆2的竖直轴线Y-Y′成角度枢转。允许前缘62的角度枢转在当风帆6关于风向枢转时是有利的。

根据一个简化形式的实施例，未在附图中示出，引导轨道21是固定的。

尽管这里没有示出，可以想到其它用于引导前缘62的设备。例如，引导轨道21可由纵向形成在桅杆上的凹槽替代，行走机构620也可由能够在所述凹槽中滑动的滑块替代。

同样，风帆6的后缘63沿缆线5由任意适合的引导设备引导。例如，并且如图3所示，这些引导设备可由多个能够沿引导缆线5滑动的滑块630组成。这些滑块630被固定至风帆6并且优选地沿后缘以固定间隔分布，以在其整个高度上引导风帆6。

下面将详细描述这些滑块。

在一个实施例中(未示出)，缆线5可由设有纵向狭槽的管替代，因此形成了一滑道，并且滑块能够以滚轮的形式在滑道内滑动。

本发明中的装置还包括用于升起或降下风帆6的机械设备。

根据本发明，这些机械设备使得，前缘62和后缘63的张紧以同步方式进行，使得在风帆6的升起和降下阶段中的任意时刻，船头和船尾升降索点均处于相同高度。

下面将描述这些机械设备的示例性实施例。

参照图1可见，这些设备包括两条线，称作“升降索”，附图标记为7的一条线用于沿桅杆2升起风帆6的上船头端，并且另一条线8用于沿缆线5升起风帆6的上船尾端。

此外，斜桁4和桅杆2在外或内表面上配备有多个返回滑轮，所述返回滑轮允许升降索7和8被牵引到甲板P高度，在此处，它们每个都接合在绞盘上，所述绞盘优选地为电的且未在图中示出。这两个绞盘在缠绕或展开方向的开动允许风帆6被升起或反之降下。

帆杠3的船头端31通过称为“鹅颈管”的铰链33铰链安装在桅杆2的底部。

风帆6的调整具体地通过对帆杠3的位置的调整来进行。

在水平面，帆杠3的角度运动允许关于风调整风帆的设置。帆杠3在水平面中的定向例如可通过本领域技术人员熟知的主桅帆操纵索吊具34获得，下面将不再对此进行详细描述。很多系统能够设计成可实现此功能，例如液压缸，其管道供给在鹅颈管附近运输的液压流体。

根据图8示出的另一可能的实施例，帆杠3的船尾端32设有行走机构(图中不可见)，该行走机构能够在以圆弧形式的轨道9中滑动。

在竖直面，帆杠3的运动允许张紧或释放后缘63以及允许调整风帆6的鼓起部分。

帆杠3在竖直面中的运动例如利用本领域技术人员熟知的落帆索35实现。

同样，斜桁4能够在其船头端41通过鹅颈管式铰链系统铰链安装在桅杆2上。这使得能够在水平面和竖直面中运动。

在水平面中的运动由主桅帆操纵索吊具34促使，斜桁4的运动跟随帆杠3的运动。

根据图1所示第一实施例，斜桁4由贯穿桅杆头部的缆线或升降索43支撑。利用设置在桅杆2中的返回滑轮，该缆线43的端部能够被送至例如固定在甲板面P处的绞盘(未示出)。该缆线43的较多或较少的缠绕促使斜桁4在竖直面中枢转。

根据图2所示的另一实施例，斜桁4也可由“叉骨”型结构44支撑，其一端被固定至桅杆2，另一端固定至斜桁4。

斜桁4也可关于桅杆2固定在水平面和竖直面中。

本发明中的装置也可以是自动的，即，用于升起和降下风帆的机械设备、用于帆杠3的角度运动的设备、用于调整帆杠3和斜桁4在竖直面中的角位置的设备的功能可以由可编程逻辑控制器或计算机驱动，并根据例如关于力和/或风向的参数来确定。

下面将详细描述风帆6的结构。

该风帆可能是大尺寸的，尤其是用于货轮或客船的风帆。在客船的情况中，其面积可达到或甚至超过1000平方米。

风帆6优选地由较厚的帆织物制成，但其也可能用相对刚性的复合材料或者甚至金属制成。

有利地，风帆6可由多块矩形水平板60(优选地为相同尺寸和构成)的组件形成，较低板可能并且可选地为较小尺寸。

如图5更好地示出，板60可包括刚性外围框架601和较柔软的中心部分602，例如由非常厚的帆织物制成。

根据它们的结构和用于制造风帆的材料的类型，板60可以更坚硬或不太坚硬。如果它们是坚硬的，那么有利的是，所述板关于相邻板60铰接，并围绕称作“铰链”轴线X₁-X′₁，其平行或实质上平行于帆杠3的纵轴线X-X′(具体地可见图3和图5所示细节)。

有利地，每块板60通过柔性材料部分65连接至相邻板60。

根据附图所示另一实施例，该柔性材料部分65可由带或铰链替代。这些部件的用途是促进两块板60关于彼此围绕轴线X₁-X′₁的铰接。

风帆的板60关于彼此的铰接允许在当风帆降下时这些板的自动堆叠。风帆6因此以手风琴状褶皱形式折叠在帆杠3上，如图4示意性示出。

如前文所述，斜桁4固定在桅杆的顶部处，并且其保持在此位置，甚至是在风帆6升起或降下时。缆线5还保持其位置平行于或实质上平行于桅杆2，使得当风帆6被降下时，其仍能够由其前缘62沿桅杆2以及由其后缘63沿缆线5支撑。

为此，滑块630和行走机构620(引导部件)被改造以允许每块板60绕穿过行走机构620和滑块630的纵轴线X₂-X′₂的转动。该转动轴线X₂-X′₂平行于轴线X₁-X′₁和X-X′。

为此，风帆6有利地包括如图3所示的沿风帆6固定的，或如图5所示朝向框架601的中间延伸的刚性化板条66。这些板条沿例如之前限定的转动轴线X₂-X′₂延伸。

板条66允许通过压缩强化板60。

有利地，用于平移地引导风帆6的部件620和630分别紧固至板条66的各端。

引导行走机构620的一个第一实施例将参照图5进行描述。

行走机构620包括装备有滚轮622(该实施例中为四个)的板片621，以允许通过沿轨道21的滑动来引导板片621。转动轴623固定至板片621。所述转动轴623在风帆的前缘62的方向上沿之前限定的轴线X₂-X′₂延伸。该转动轴623承接在固定在板条66的伸出端660内的减摩擦轴承661中。

该组件允许板60围绕轴线X₂-X′₂转动。

引导行走机构的第二实施例将参照图6进行描述。其中相同的部件采用相同的附图标记。该行走机构标记为620′。

在该实施例中，销624固定至板片621，在其自由端装备有球窝接头625。该销624在风帆的前缘62的方向上沿之前限定的轴线X₂-X′₂延伸。球窝接头625承接在固定在板条66的伸出端660内的多方位铰链轴承662中。在图6中，为了便于对其功能的理解，该轴承662是以分解图形式(以两个部分)示出的。这两个部分正常地是组装的。

该组件不仅允许板60围绕轴线X₂-X′₂的转动，而且还允许围绕轴线X₂-X′₂的多方位角度枢转，其采用的角度值由风帆6在水平面中允许的间隙确定，该允许的间隙与给定于帆杠的间隙是相容的。这提供给所述装置额外的灵活度。

下面将参照图7给出滑块630的实施例。

该滑块630包括套筒631，套筒631上穿设有纵向孔632，缆线5接合在其中。套筒631能够沿该缆线5滑动。转动轴633固定至套筒631。转动轴633在风帆6的后缘63的方向上沿之前限定的轴线X₂-X′₂延伸。该转动轴633承接在固定在板条66的伸出端660′内的减摩擦轴承661′中。

该组件允许板60围绕轴线X₂-X′₂转动。

在上述对行走机构620、620′以及滑块630的描述中应该注意到，转动轴623、624和633分别固定至行走机构620、620′以及滑块630，并且减摩擦轴承661、662以及661′固定至板条。反过来也是可能的。

最后，根据附图所示实施例，设置在桅杆2上的引导轨道21也可由缆线替代。在这种情况下，引导行走机构620由滑块630替代。

结合柔性部分65(或等价物)的围绕轴线X₂-X′₂的板的枢转允许风帆6以手风琴式褶皱方式降下在帆杠3上。帆杠因此设计为能够承受折叠的风帆的重量。仅以示意方式，该帆杠3可具有几米的宽度，例如四米，并具有大约二十米的长度。

一旦折叠起来，风帆不再提供对风的任何阻力并因此避免了不当展开的危险。

有利地，行走机构和滑块的高度等于板的厚度，使得当风帆折叠在帆杠上时，堆叠的板保持平面且水平。

如果风帆6由刚性复合型或金属材料制成，那么能够稍微成型为使得一旦展开，风帆呈弧形，该弧形利用空气动力学优化以提供最大提升力。在后一种情况中，某些板60可具有略微不同于其它板的形状。

最后，优选地，每块板60设计为使得其能够与其它相邻板分离，使得其能够在磨损或损坏情况下被替换。替换用板60因此能够存放在船上，因此能够在航海期间更换坏的板。

该分离例如可通过在板60的边缘和柔性材料65的部分之间提供额外的阴/阳式固定件来实现，例如凸棱和凹槽，凸棱能够通过滑动插入凹槽中。

Claims (13)

1.一种用于操纵船舶的风帆的机械装置(1)，其特征在于，其包括：

-桅杆(2)，

-帆杠(3)和斜桁(4)，所述帆杠(3)和斜桁(4)分别通过它们的所谓的“船头”端(31、41)中的一个固定至所述桅杆，

-引导设备(5)，所述引导设备(5)连接所述帆杠(3)和所述斜桁(4)的两个相对的所谓“船尾”端(32、42)，使得该引导设备平行于或实质上平行于所述桅杆(2)延伸，并使得其联合所述桅杆、帆杠和斜桁限定一框架，

-风帆(6)，所述风帆(6)为矩形或实质上矩形形状，并通过其下部所谓的“底部”边缘(61)固定至所述帆杠(3)，并在其两侧边缘所谓的“前缘”(62)和“后缘”(63)分别沿所述桅杆(2)以及沿所述引导设备(5)设有引导部件(620、620′、21、630)，

-机械设备(7、8)，所述机械设备(7、8)在所述框架内升起以及降下所述风帆，同时保持分别沿所述桅杆(2)以及沿所述引导设备(5)对其前缘(62)和后缘(63)的引导。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述引导设备(5)为缆线。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述风帆(6)由多块板(60)组成，其中每块板(60)在所述桅杆(2)上沿其前缘(62)设有引导部件(620、620′)，并且在所述引导设备(5)上沿其后缘(63)设有引导部件(630)，并且这些引导部件(620、630)允许所述板(60)围绕将这两个引导部件(620、620′；630)联结在一起的纵轴线X₂-X′₂的转动，该转动轴线X₂-X′₂还平行于或实质上平行于所述帆杠(3)，使得当所述风帆降下时，所述风帆(6)以手风琴式褶皱方式折叠在所述帆杠(3)上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述桅杆(2)包括纵向引导轨道(21)，其中所述风帆(6)的前缘(62)的引导部件包括行走机构(620)，所述行走机构(620)沿所述引导轨道(21)滑动，该行走机构设有转动轴(623)，所述转动轴(623)沿所述转动轴线X₂-X′₂延伸，并且承接在固定至所述风帆的前缘(62)的减摩擦轴承(661)中。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述桅杆(2)包括纵向引导轨道(21)，其中所述风帆(6)的前缘(62)的引导部件包括行走机构(620′)，所述行走机构(620′)沿所述引导轨道(21)滑动，该行走机构设有销(624)，所述销(624)沿所述转动轴线X₂-X′₂延伸，并且其端部设有球窝接头(625)，所述球窝接头承接在固定至所述风帆的前缘(62)的多方位铰链轴承(662)中。

6.根据权利要求3、4或5所述的装置，其特征在于，所述风帆的后缘(63)的引导部件为滑块(630)，所述滑块包括套筒(631)，所述套筒(631)沿所述引导设备(5)滑动并且设有转动轴(633)，所述转动轴(633)沿转动轴线X₂-X′₂延伸，该转动轴(633)承接在固定至所述风帆(6)中的后缘(63)的减摩擦轴承(661′)中。

7.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述风帆(6)包括多块板(60)，每块板(60)围绕平行于或实质上平行于所述帆杠(3)的所谓“铰链”轴线X₁-X′₁铰接在相邻的板上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，每块板(60)经由柔性材料部分(65)，铰链或带，铰接在相邻的板(60)上。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述板(60)中的至少一块设有纵向板条(66)，所述板条沿所述板的转动轴线X₂-X′₂延伸。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的装置，其特征在于，每块板(60)可移除地附接至其它板，使其能够与其它板分离、卸下以及更换。

11.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，升起以及降下所述风帆(6)的机械设备包括用于以同步方式张紧所述风帆的前缘(62)和后缘(63)的设备，使得在升起以及降下所述风帆(6)阶段的任意时刻，所述风帆的船头和船尾升降索点处于相同高度。

12.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述风帆(6)由织物、合成材料或金属制成。

13.一种货船或客船，其特征在于，所述货船或客船装备有根据上述任一项权利要求所述的用于操纵风帆的机械装置(1)。

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