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Die Erfindung betrifft einen Segelmast
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind fest
auf einem Segelfahrzeug montierte Segelmasten mit einem Rundprofil
oder mit abgerundeten Eckprofilen bekannt. In dem deutschen Gebrauchsmuster
G 90 14 942 ist beispielsweise
ein Segelmast mit im wesentlichen mehreckigem, vorzugsweise dreieckförmigem Querschnitt
beschrieben. Derartige Segelmasten weisen bezüglich ihrer Längs-Mittelebene
einen symmetrischen Querschnitt auf. Ferner sind aus dem Stand der
Technik Segelmasten mit symmetrischem Profil bekannt, welche auf
dem Segelfahrzeug drehbar angebracht sind. Feste Segelmasten weisen
den Nachteil auf, daß sie
insbesondere bei halbem Wind und Am-Wind-Kursen an ihrer Anströmkante Verwirbelungen
hervorrufen, welche die Vortriebskraft des Segels nachteilig beeinflussen.
Die effektive Segelfläche
ist bei festen Segelmasten stark vermindert, da sich erst nach etwa
einem Drittel der Segelfläche das
gewünschte
bauchige Profil ergibt. Diese Nachteile können durch drehbare Segelmasten
vermieden werden, da diese in die Anströmrichtung des Windes gedreht
werden können.
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Zur Verbesserung der aerodynamischen
Eigenschaften und insbesondere zur Erhöhung der effektiven Segelfläche wurden
Segelmasten mit asymmetrischem Querschnitt vorgeschlagen. Starre, asymmetrische
Segelmasten weisen jedoch den Nachteil auf, daß das Segelfahrzeug nur auf
einem Bug gesegelt werden kann.
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Ein aerodynamisches Element für Segelfahrzeuge,
welches Mittel zur Beeinflussung seiner aerodynamischen Form aufweist,
ist aus dem europäischen
Patent
EP 0 511 050 bekannt.
Das aerodynamische Element umfaßt
einen rechteckigen Mast und eine Besegelung, welche die aerodynamische
Form des Elements bestimmt. Die aerodynamische Form der Besegelung,
insbesondere deren Wölbung
und Höhlung,
ist durch zwei biegsame Gestaltungslatten beeinflußbar, an
denen die Besegelung angeheftet ist. Durch Verstellung der Gestaltungslatten
kann die Wölbung
bzw. Höhlung
der Besegelung verändert werden,
so daß das
aerodynamische Element in eine aerodynamisch bevorzugte Form gebracht
werden kann.
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Nachteilig bei diesem bekannten Element
ist seine aufwendige Gestaltung. Das bekannte Element ist deshalb
sehr teuer und fehleranfällig.
Die aufwendige mechanische Konstruktion trägt ferner zu einem hohen Gewicht
der Vorrichtung bei.
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Aus der
DE 42 07 539 C2 ist ein
beidseitig fahrbares, als Doppelsegel ausgebildetes Segel mit zwei
gleich langen Segelteilen, die vom Mast ausgehen. und an den vom
Mast abgewandten freien Enden zusammengeführt sind, bekannt. Bei diesem Doppelsegel
ist ein Umklappmechanismus vorgesehen, der in Fahrtrichtung gesehen
vor dem Mast an einer Halterung angelekt ist und dem nach hinten sich
erstreckende Segellatten angelenkt sind. Das Segel ist als Hülle ausgebildet
und am Mast bzw. dem Umklappmechanismus befestigt.
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Aus der
US 4,530,301 ist ein Tragflügel mit veränderlicher
Wölbung
bekannt. Der Tragflügel
umfaßt
eine formveränderliche
Außenhaut,
welche an einem starren Vorderteil befestigt ist. Weiterhin umfaßt der Tragflügel einen
starren Mast. Das aerodynamisch wirksame Profil der gesamten Tragflügelanordnung
ist veränderbar
ausgebildet, in dem das starre Vorderteil um seine Vorderkante schwenkbar
ist. Die formveränderliche
Außenhaut
ist zwischen dem schwenkbaren Vorderteil und einer hinter dem Mast und
parallel zu diesem verlaufenden Schnur gespannt. Das starre Vorderteil
ist V-förmig
ausgebildet, wobei die Schwenkbewegung dadurch begrenzt ist, dass
der Mast zwischen den beiden Schenkeln des V-förmigen Vorderteils angeordnet
ist, so dass der Mast als Anschlag für die Schenkelinnenseiten wirkt.
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In der
DE 87 03 880 U1 ist ein von Luft oder Wasser
umströmter
Strömungskörper, beispielsweise
ein profiliertes Segel, beschrieben. Auf der Oberfläche des
Strömungskörpers ist
eine elastische Membran durch randseitige Befestigung aufgespannt.
Zur Veränderung
der äußeren Körperberandung
und damit zur Änderung
des aerodynamischen Profils des Strömungskörpers ist in dem Zwischenraum
zwischen der Wandfläche
des Strömungskörpers und
der Membran ein Fluid, beispielsweise Luft, einpumpbar.
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Die
DE 445 639-C beschreibt eine Segelform für Segelfahrzeuge,
bei der die Profilgebung durch inneren Luft- oder Gasüberdruck
erfolgt. Hierzu ist die aerodynamische Form des gesamten Segels
veränderlich
ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Segelmast bereitzustellen, welcher dem daran angeordneten
Segel möglichst
günstige
Anströmverhältnisse
bietet und damit die erzielbare Vortriebs- bzw. Auftriebskraft des
Segels optimiert.
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Diese Aufgabe wird mit einem Segelmast
mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen dieses Segelmastes sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen:
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1:
Seitenansicht eines Segelfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Segelmast;
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2:
Darstellung des erfindungsgemäßen Segelmastes
im Querschnitt;
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3:
Ansicht des Segelfahrzeuges von 1 von
oben in der jeweiligen Wind- und Fahrtrichtung angepaßten Drehstellungen
des Segelmastes;
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4a:
Rückansicht
des Segelfahrzeuges von 1;
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4b:
Detailansicht der 4a im
Bereich der oberen Salinge des Segelmastes;
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4c:
Querschnitt durch die Detailansicht der 4b entlang der Linie I-I.
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In 1 ist
ein Segelfahrzeug 14 dargestellt, welches mit einem Segelmast 1 ausgestattet
ist. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Segelfahrzeug 14 um ein Segelboot.
Der erfindungsgemäße Segelmast 1 ist
jedoch auch für
andere Segelfahrzeuge bestimmt, welche in der Luft, auf dem Wasser
oder auf dem Boden durch Windeinwirkung in Bewegung gesetzt werden
können,
wie z.B. Surfßoote,
Surfbretter, Drachenflieger, Segelschlitten, Flugdrachen und dergleichen.
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Der Segelmast 1 ist auf
dem Segelfahrzeug 14 in bekannter Weise drehbar befestigt,
indem der Mastfuß 20 in
eine übliche
Segelmast-Tasche eingeführt
ist. An dem Segelmast 1 ist ein Hauptsegel 16 befestigt
und über
einen Baum 21 gespannt. Der Baum 21 ist bevorzugt drehbar
am Segelmast 1 über ein
Drehgelenk 30 angelenkt und in unterschiedlichen Drehstellungen
bezüglich
des Mastes 1 arretierbar.
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Daneben ist das Segelfahrzeug 14 in
bekannter Weise mit einem Vorsegel 17 ausgestattet. Der
Segelmast 1 ist um eine durch den Mastfuß 20 verlaufende
vertikale Achse 13 drehbar gelagert.
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In 2 ist
der Segelmast 1 im Querschnitt dargestellt. Der Segelmast 1 umfaßt ein starres
Hohlprofil 2, welches eine Außenwand 10 aufweist.
Das Hohlprofil ist bevorzugt als stranggepreßtes Aluminiumprofil ausgebildet.
Es kann jedoch auch aus anderen Materialien wie z.B. Titan, Kunststoff,
Carbon oder Glasfaser mit bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Das Hohlprofil 2 ist in
einen vorderen Bereich mit den Außenwänden 10a und lOb und
einen hinteren Bereich mit einer Außenwand 10a unterteilt.
Die Anströmkante 23,
befindet sich am Ende des vorderen Bereichs des Hohlprofils 2.
Am Ende des hinteren Bereichs des Hohlprofils 2 ist in
der Außenwand 10c eine
sich längs
des Mastes 1 erstreckende Mastnut 18 ausgebildet,
in welche ein Vorliek 19 mit dem daran befestigten Hauptsegel 16 eingeführt ist.
Im vorderen Bereich des Hohlprofils 2 umschließen die
Außenwände 10a und 10b einen
Hohlraum 22. Innerhalb dieses Hohlraums 22 sind
die Außenwände 10a und 10b durch
Querverstrebungen 24, 25 miteinander verbunden.
Die Außenwände 10a und 10b gehen einerseits
an der Anströmkante 23 und
andererseits am Übergang
zum hinteren Teil des Hohlprofils 2, bei Bezugszahl 26,
ineinander über.
Im hinteren Teil des Hohlprofils 2 gehen die Außenwände 10a und 10b zur
Bildung einer Profilwand 10c ineinander über. Das
Hohlprofil 2 weist insgesamt einen bezüglich zur Längs-Mittelebene 15 symmetrischen
Querschnittt auf, wobei zumindest der vordere Bereich des Hohlprofils
einen im wesentlichen tropfenförmigen
Querschnitt hat. Die Spitze der Tropfenform des vorderen Teils des
Hohlprofils 2 geht bei Bezugsziffer 26 über in den
hinteren Teil des Hohlprofils mit der Profilwand 10c.
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Die Querstrebe 25 ist so
ausgebildet, daß sie mit
den Innenseiten der Außenwände 10a und 10b zwei
voneinander getrennte Kanäle 7 und 8 ausbildet.
Im Bereich der Kanäle 7 und 8 sind
die Außenwände 10a und 10b mit Öffnungen 11, 12 versehen. Die
Kanäle 7 und 8 sowie
die Öffnungen 11 und 12 erstrecken
sich über
die gesamte Höhe
des Hohlprofils 2. Die Kanäle 7 und 8 sind
am Mastfuß und
an der Mastspitze durch Deckplatten luftdicht abgedichtet.
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Das Hohlprofil 2 ist von
einer formveränderlichen
Außenhaut 3 umschlossen.
Die Außenhaut 3 ist aus
einem bahnförmigen
Material gebildet, wie z.B. Kunststofffolie, Kevlargewebe, oder
Segeltuch. Bevorzugt ist die Außenhaut 3 aus
einem luftundurchlässigen
Material.
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Die Außenhaut 3 ist über die
gesamte Höhe des
Hohlprofils 2 längs
Befestigungslinien 28, 29 an den beiden Außenseiten
der Profilwand 10c befestigt. Die Befestigungslinien 28, 29 verlaufen
bevorzugt im Bereich des äußeren Endes 27 des
Hohlprofils 2, nahe der Mastnut 18.
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Im vorderen Bereich des Hohlprofils 2 ist
die Außenhaut
längs einer
Befestigungsfläche 30,
an der Außenwand 10 befestigt,
wobei die Befestigungsfläche 30 mittig
Anströmkante 23 liegt.
Zwischen der Außenhaut 3 und
den Außenwänden 10a, 10b und 10c sind
durch die Befestigung der Außenhaut
3 am Hohlprofil 2 zwei voneinander getrennte Kammern 5, 6 ausgebildet.
Die im wesentlichen luftdichten Kammern 5 und 6 können unabhängig voneinander
mittels einer im Bereich des Mastfußes 20 angeordneten Pneumatikpumpe 9 (vgl. 1) mit Druck oder Unterdruck
beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung der Kammern 5, 6 mit
Druck bzw. Unterdruck erfolgt über
die Kanäle 7 und 8,
welche an die Pumpe 9 angeschlossen sind und mit den Kammern 5, 6 über Öffnungen 11, 12 in
Verbindung stehen. Mittels der Pumpe 9 können die
beiden Kammern 5, 6 entweder unabhängig voneinander
oder wechselseitig mit Druck oder Unterdruck beaufschlagt werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
auf dem Segelfahrzeug 14 Sensoren vorgesehen, mit denen
die momentane Drehstellung des Segelmastes 1 bezüglich der
Kielrichtung (K 3) erfaßbar ist.
Bevorzugt werden induktive, kapazitive, optische, oder mechanische
Sensoren verwendet. In 3 ist
das Segelfahrzeug 14 in drei unterschiedlichen Drehstellungen
des Segelmastes 1 dargestellt. Bevorzugt wird die Drehstellung
des Segelmastes 1 auf dem Segelfahrzeug 14 in
mehrere Bereiche, beispielsweise links, rechts und mittig unterteilt
und entsprechend über
die Sensoren erfaßt
und angegeben.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Segelmastes 1 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben.
Hierbei zeigt 3b das
Segelboot 14 beim Segeln auf linkem Bug und 3c beim Segeln auf rechtem
Bug. Die 3a zeigt die
Drehstellung des Segelmastes auf dem Segelboot beim Wenden, wobei
die Kielrichtung K mit der Windrichtung W einen Winkel von 180° einschließt.
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Beim Segeln wird der Mast 1 zunächst auf die
gewünschte
Seite gelegt, so daß der
aus der Windrichtung W kommende Wind auf die Anströmkante 23 auftrifft,
wie beispielsweise in 3b für das Segeln
auf linkem Bug gezeigt. Die so gewählte Drehstellung des Segelmastes 1 bezüglich der
Kielrichtung K wird von dem Sensor zur Ermittlung der Drehstellung
des Mastes erfaßt
und an eine Steuerschaltung zur Steuerung der Pumpe 9 weitergeleitet. Der
Baum 21 wird in bekannter Weise bezüglich der Windrichtung W (wahrer
Wind) so ausgerichtet und am Mast 1 arretiert, daß dem Hauptsegel 16 möglichst
gute Anströmverhältnisse
geboten werden um eine möglichst
große
Fahrtkomponente zu ermöglichen.
Der Baum 21 schließt
in dieser Stellung mit der Längs-Mittelebene 15 des
Segelmastes 1 einen spitzen Winkel α ein (3b).
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Die auf der Sogseite S liegende Kammer 6 wird
mittels der Pumpe 9 mit Überdruck und die auf der Druckseite
D liegende Kammer 5 mit Unterdruck beaufschlagt (3b). Durch die Beaufschlagung mit Überdruck
wölbt sich
die Außenhaut 3 auf
der Sogseite S bauchförmig
aus, während
die Außenhaut 3 auf
der gegenüberliegenden
Druckseite, im Bereich der Kammer 5, aufgrund des dort
herrschenden Unterdrucks an die Außenseite 4 des Hohlprofils angesaugt
wird und dort zur Anlage kommt. Auf diese Weise bildet sich ein
bezüglich
der Längs-Mittelebene 15 asymmetrisches
Querschnittsprofil aus.
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Durch das asymmetrische Profil, welches
die aerodynamischen Eigenschaften des Segelmastes 1 bestimmt,
ist die im Hauptsegel 16 wirkende effektive Segelfläche gegenüber einem
symmetrischen Mastprofil erhöht,
weil der aus der Richtung W kommende Wind besser in das Hauptsegel 16 einströmen kann. Ferner
werden durch das asymmetrische Profil Verwirbelungen an der Anströmkante 23 vermieden,
wodurch das Segel 16 ab dem Vorliek voll funktionsfähig ist.
Die Segelfläche
kann deshalb bei gleichbleibendem Vortrieb kleiner gewählt werden,
wodurch die krängnden
Kräfte
reduziert werden. Durch die Vermeidung der Verwirbelungen im Bereich
der Anströmkante 23 können ferner
höhere
Kurse am Wind gefahren werden, weil das Segel erst später einfällt.
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Bei der Wende des Segelbootes (3a) wird der Baum 21 zunächst in
die Mittelstellung gebracht, in welcher der Baum 21 mit
der Längs-Mittelebene 15 des
Hohlprofils 2 fluchtet.
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Diese Stellung des Baums 21 und
des Segelmastes 15 wird vom Sensor erfaßt und der Steuerschaltung
zur Steuerung der Pumpe 9 weitergegeben. Die Pumpe 9 sorgt
in dieser Stellung für
einen Druckausgleich zwischen den Kammern 5 und 6,
so daß der
Segelmast 1 ein aerodynamisch neutrales, d.h. symmetrisches
Profil annimmt. Dieses symmetrische Querschnittsprofil wird dadurch
erreicht, daß in
beiden Kammern 5 und 6 jeweils ein in etwa gleicher Überdruck
aufrechterhalten wird, so daß sich
die Außenhaut 3 zu
beiden Seiten der Längs-Mittelebene 15 gleichförmig aufbläht, wodurch
die gesamte aerodynamische Form des Segelmastes 1 ein im
wesentlichen tropfenförmiges
Profil einnimmt. Beim weiteren Umlegen des Mastes 1 bzw.
des Baumes 21 wird die entsprechende Stellung wiederum
vom Sensor erfaßt
und die Pneumatikpumpe 9 so gesteuert, daß wiederum
die auf der Sogseite liegende Kammer 5 mit Überdruck
und die auf der Drucksseite D liegende Kammer 6 mit Unterdruck
beaufschlagt wird (3c).
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Gegenüber drehbaren Masten mit starrem, symmetrischen
Querschnitt ergibt sich auf diese Weise für das Segeln auf beiden Bugseiten
(linker Bug bzw. rechter Bug) eine wesentliche Steigerung der Vortriebskraft
und eine Verbesserung des Anströmprofils
in jeder Drehstellung des Mastes 1, da beim Übergang
des Segelns vom linken auf den rechten Bug (und umgekehrt) das aerodynamische
Profil des Mastes 1 so angepaßt werden kann, daß sich in
jeder Drehstellung des Mastes 1 die günstigsten Anströmverhältnisse
für das
Hauptsegel 16 ergeben.
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4a zeigt
das Segelfahrzeug 14 von 1 in
der Rückansicht
mit einer bevorzugten Ausführungsform
des Segelmastes 1. Der Segelmast 1 weist in seinem
oberen Teil und in seinem unteren Teil jeweils querschiffs angebrachte
Salinge 34, 35, 36, 37 auf.
Die Salinge 34, 35 im oberen Teil des Mastes sind
durch Wanten 38, 39 mit dem Masttop 40 verbunden.
Am Masttop 40 greifen an der Bordwand 43 befestigte
Wanten 41, 42 an. Im Bereich der oberen Salinge 34, 35 sowie
im Bereich der unteren Salinge 36, 37 sind am
Hohlprofil 2 zu beiden Seiten des Hohlprofils jeweils Leitbleche 31, 32, 33 befestigt.
Die Leitbleche 31, 32 sind ebenfalls aus der Seitenansicht
von 1 ersichtlich.
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4b zeigt
eine Detaildarstellung des Segelmastes 1 im Bereich der
oberen Salinge 34, 35. 4c zeigt einen Querschnitt durch den
Segelmast 1 gemäß 4b entlang der Linie I-I.
Die Leitbleche 31, 32, 33 sind der Form
der Außenhaut
im druckbeaufschlagten Zustand angepaßt, so daß sich die Außenhaut 3 an
die Leitbleche 31, 32, 33 anlegt, wenn beide
Kammern 5, 6 mit Überdruck beaufschlagt sind.
Dieser Zustand ist in 4c gezeigt.
Die Leitbleche 31, 32, 33 und 34 dienen
damit der seitlichen Stabilisierung der Außenhaut 3 im druckbeaufschlagten
Zustand. Die Einhaltung der durch die Leitbleche 31, 32, 33 und 34 vorgegebenen
Form ist insbesondere auf der Sogseite über die gesamte Höhe des Mastes
wichtig, da etwa zwei Drittel der Vortriebskraft auf der Sogseite
erzeugt werden.