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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb einer für ein Segel eines Segelfahrzeuges bestimmten Rollreffeinrichtung, wobei der Antrieb eine Leitungsverbindung mit einem Fluidspeicher für eine Hydraulikflüssigkeit und zum Aufwickeln des Segels um eine Wickelachse eine Aufnahme zur Fixierung des Segels aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem solchen hydraulischen Antrieb ausgestattete Rollreffeinrichtung.
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Rollreffeinrichtungen sind auf Segelbooten und Segelyachten bereits seit den 1970er Jahren bekannt. Im Hinblick auf die ständig wachsende Größe von Segelfahrzeugen besteht eine zunehmende Notwendigkeit, auch große Segel durch den Schiffsführer allein oder mit nur einer Hilfsperson handhaben zu können.
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Dabei ermöglichen Rollreffeinrichtungen eine schnelle und problemlose Veränderung der Segelfläche, sodass das Segel schnell und einfach gesetzt oder eingeholt werden kann. Hierfür ist das Segel, insbesondere das Vorsegel, auf ein Vorstag auf- und abwickelbar. Über das Vorstag ist dabei ein Profil montiert, dessen eines Ende im Bereich des Buges des Segelschiffes und dessen anderes Ende im oberen Mastbereich des Segelschiffes drehbar gelagert ist. Das Segel ist mit seinem Vorliek an dem Profil fixiert, sodass sich das Segel durch Drehen des Profils auf- und abwickeln lässt und so die Segelfläche variiert werden kann.
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Bei anderen Rollreffeinrichtungen wird das Großsegel auf eine vertikal im Mast gelagerte Reffstange oder auf eine horizontal gelagerte Reffstange im Großbaum aufgerollt und gerefft.
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Neuere Entwicklungen betreffen Rollreffeinrichtungen, sogenannte Top-Down-Furler, bestehend aus einem Endlos-Roller mit Wirbel für den Segelhals, einer Antitorsionsleine, und einem Toppwirbel. Dabei ist das Vorliek des Segels nicht mit der Rollreffeinrichtung verbunden, sodass das Segel vom Kopf aus gewickelt wird und stark profilierte Schnitte mit ausgestelltem Vorliek realisiert werden können.
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Prinzipiell lassen sich alle Rollreffeinrichtungen auch mit einem Antrieb ausstatten.
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Ein solcher Antrieb kann unabhängig von einer Energieversorgung realisiert werden. Beispielsweise kann die horizontal gelagerte Reffstange im Großbaum oder die am Vorstag gelagerte Reffstange mit einem Federantrieb oder Gummiantrieb ausgestattet werden.
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Die
DE 26 58 801 A1 betrifft eine Rollreffeinrichtung, bei denen eine Antriebsfeder an der Wickelachse angreift, sodass die Antriebsfeder beim Abwickeln des Segels gespannt wird und die Wickelachse beim Aufwickeln des Segels antreibt. Hierzu ist gemäß der
DE 607 045 C eine Schraubenfeder auf Torsion gespannt.
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Demgegenüber ermöglicht eine mit einem hydraulischen Antrieb ausgestattete Rollreffeinrichtung das bequeme Auf- und Abrollen des Vorsegels mit einem Knopfdruck im Cockpit. Für den Antrieb der hydraulischen Rollreffeinrichtung ist an Bord eine Hydraulikpumpe mit einem Tank vorhanden.
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Die
DE 200 00 981 U1 offenbart eine Rollreffeinrichtung zum Auf- und Abwickeln eines Vorsegels auf ein Vorstag mittels eines hydraulischen Drehantriebes, der in dem am Mast des Segelschiffes angelenkten Bereich des Vorstags oder des Profilrohres angreift. Durch die Übertragung der Drehbewegung auf den am Mast des Segelschiffes angelenkten Bereich des Vorstags ist eine Vergrößerung der Segelfläche erreicht, da annähernd die ganze Länge des Vorstags zur Befestigung des Vorsegels ausgenutzt werden kann.
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Aus der
EP 0 642 438 B1 ist eine Rollreffeinrichtung mit einem Schneckentrieb zwischen dem Antrieb und einer Welle bekannt.
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Aus der
EP 1 607 323 A1 ist ein manuell betätigbares Antriebssystem mit einer servopneumatischen Kraftübertragung und einem Druckluftreservoir für Segelfahrzeuge bekannt. Zur Betätigung dient beispielsweise eine Winsch, wobei die Verbindung zwischen wenigstens einem Ständer und wenigstens einer Winsch bedarfsweise aktiviert oder deaktiviert werden kann.
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Die
US 4 924 795 A zeigt einen hydraulischen Antrieb für eine Rollreffeinrichtung.
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Weiterhin offenbart die
US 2010/0018 196 A1 einen hydropneumatischen Energiespeicher in Verbindung mit einem Hydraulikmotor.
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Außerdem ist aus der WO 2013/ 054 262 A1 ein hydraulischer Energiespeicher in Verbindung mit einem Federelement bekannt.
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Obwohl die in der Praxis üblicherweise eingesetzten Rollreffeinrichtungen mit einer Reffleine aufgrund ihrer oftmals unzuverlässigen Handhabung, insbesondere ihrer Neigung, durch sogenannte Überläufer einander blockierende Windungen zu verursachen, als nachteilig empfunden werden, konnten sich motorisch angetriebene Rollreffanlagen in der Praxis bisher nicht durchsetzen.
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Dies hat seine Ursache vor allem darin, dass die erforderliche Energieversorgung und die Steuerung für den Antrieb mit einem erheblichen Installationsaufwand verbunden ist. Dies gilt entsprechend auch für hydraulische Antriebe, die eine Hydraulikpumpe einschließlich eines Reservoirs und entsprechende Leitungsverbindungen erfordern, wobei die Hydraulikpumpe ihrerseits an die Bordelektrik angeschlossen und mit einer Steuereinheit sowie einem Bedienpult verbunden werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb für eine Rollreffeinrichtung zu schaffen, welcher einen wesentlich geringeren Installationsaufwand erfordert und zudem ohne eine zusätzliche Energieversorgung auskommt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Antrieb gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also ein Antrieb vorgesehen, bei dem der Fluidspeicher zumindest eine durch einen beweglichen Trennkörper begrenzte erste Kammer aufweist, wobei der Trennkörper aufgrund einer beim Abwickeln des Segels auf den Antrieb übertragene Kraft entgegen einer Rückstellkraft in eine das Kammervolumen der ersten Kammer vergrößernde Speicherposition beweglich ist. Der Erfindung liegt die überraschend einfache Erkenntnis zugrunde, dass der Antrieb, der zum Aufwickeln des Segels mit einem entsprechenden Fluidvolumen, insbesondere der Hydraulikflüssigkeit, versorgt wird, um die erforderliche Antriebsleistung aufzubringen, und beim Abwickeln des Segels von seiner Wickelachse, also beim Setzen oder Ausreffen des Segels, dazu genutzt werden kann, das Fluid in den Fluidspeicher entgegen der Rückstellkraft zu fördern, beispielsweise durch Kompression eines eingeschlossenen Gasvolumens. Diese potentielle Energie kann daher jederzeit bedarfsweise genutzt werden, um das Fluid dem Antrieb zuzuführen und die entsprechende Antriebsleistung zu erzeugen. Der Antrieb wird somit beim Abwickeln des Segels als Pumpe betrieben, in der die beim Abwickeln erzeugte Kraft das Fluidvolumen in dem Fluidspeicher entgegen der Rückstellkraft vergrößert. In umgekehrter Richtung beim Aufwickeln des Segels wirkt das zurückströmende Fluid als hydraulischer Antrieb für das Segel, sodass grundsätzlich keine äußere Energiezufuhr erforderlich ist. Selbstverständlich ist der ergänzende Einsatz einer zusätzlichen elektrischen Pumpe, insbesondere für besondere Betriebsbedingungen, nicht ausgeschlossen. Dennoch liegt der besondere Vorteil der Erfindung darin, dass die beim Abwickeln des Segels aufgebrachte Kraft, die mittels der Schot als Zugkraft beispielsweise manuell erzeugt wird, und die schon bei geringen Windstärken durch den Winddruck unterstützt wird, gespeichert und jederzeit bedarfsweise abgerufen werden kann. Es ist leicht verständlich, dass der Installationsaufwand für den erfindungsgemäßen Antrieb weitaus geringer ist als ein mit einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe verbundener Antrieb. Vielmehr erfordert der erfindungsgemäße Antrieb weder eine elektrische Energieversorgung, noch eine Steuerung, sodass dieser sich im Gegensatz zum Stand der Technik in optimaler Weise auch zur Nachrüstung, beispielsweise auch durch Laien, eignet. Der Fluidspeicher kann dabei wahlweise unter Deck angeordnet sein oder als integraler Bestandteil des Antriebes mit diesem zu einer Baueinheit verbunden ausgeführt sein. So sind beispielsweise auch Bauformen denkbar, bei denen der Fluidspeicher einen Decksbeschlag zur Fixierung des Vorstags ringförmig einschließt, sodass eine Reduzierung der Segelfläche vermieden werden kann. Dabei ist der Antrieb nicht auf bestimmte Bauformen beschränkt, wobei sich bei Versuchen bereits Zahnradpumpen als sinnvoll und effizient erwiesen haben.
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Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Antrieb auch zur Unterstützung einer mittels einer Reffleine manuell aufgebrachten Kraft beim Aufwickeln des Segels verwendet werden, um so auch große Segelflächen mühelos von Hand bedienen zu können und zugleich die bei Rollreffeinrichtungen gewohnte Handhabung im Übrigen unverändert zu erhalten.
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Der Trennkörper könnte als eine flexible verformbare Trennfläche oder als ein schwenkbewegliches Trennelement, beispielsweise als ein Rotationskolben, ausgeführt sein, um so besonders kompakte Abmessungen zu erreichen. Als besonders praxisgerecht hat sich bereits eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei welcher der Trennkörper als ein translatorisch beweglicher Kolben ausgeführt ist, sodass aufgrund des geförderten Volumens die Kammer durch die Verdrängung des Kolbens vergrößert und das Federelement, beispielsweise ein Luftfederelement, komprimiert wird. Zugleich wird das Volumen einer zweiten Kammer, vorzugsweise auf einer der ersten Kammer abgewandten Seite des Kolbens in entsprechender Weise reduziert, sodass das darin enthaltene Fluid verdrängt und dem Antrieb zugeführt wird. Hierdurch wird ein geschlossener, weitgehend wartungsfreier Kreislauf realisiert.
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Der Trennkörper könnte entgegen der Rückstellkraft eines beliebigen kompressiblen Mediums in eine das Kammervolumen der ersten Kammer vergrößernde Speicherposition beweglich sein. Besonders bevorzugt weist das Federelement eine oder mehrere Schraubenfedern auf, welche nicht nur eine über einen langen Zeitraum reproduzierbare Federkennlinie ermöglicht, sondern zudem über einen weiten Bereich eine konstante Federkraft ermöglicht. Dabei kann die Federkraft beispielsweise auch einstellbar sein oder es können mehrere, beispielsweise auch unterschiedliche Federn in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sein, um so eine optimale Anpassung des Antriebes den jeweiligen Einsatzbedingungen zu ermöglichen. Zusätzlich kann innerhalb des Kolbens eine stationäre oder gemeinsam mit dem Kolben bewegliche Federführung vorgesehen sein, welche insbesondere bei bauartbedingten großen Baulängen ein unerwünschtes seitliches Ausweichen des Federelementes verhindert. Die Federführung kann auch als Anschlag für den Kolben dienen und so die maximale Kompression des Federelementes beschränken.
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Der Antrieb aktiviert sich selbsttätig, sobald die Zugkraft an der Segelschot nachlässt. Somit ist eine zusätzliche Halteposition bzw. separate Deaktivierung an dem Antrieb nicht erforderlich. Um jedoch eine gewünschte Wickelstellung unabhängig von sich gegebenenfalls ändernden Winddruck an dem Segel zu fixieren, kann der Durchfluss der Leitungsverbindung mittels eines Sperrgliedes, beispielsweise mit einem Ventil, unterbrochen werden. Hierdurch ist nicht nur eine gewünschte, stufenlos einstellbare Wickelstellung fixierbar, sondern es kann gegebenenfalls auch eine Dämpfung bzw. Bremse bei dem durch den Antrieb bewirkten Wickelvorgang erreicht werden.
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Das derart ausgeführte Sperrglied ist vorzugsweise elektrisch, elektromechanisch oder manuell betätigbar, wobei eine Übertragung des Schaltsignals, beispielsweise auch mittels einer drahtlosen Datenfernübertragung, erfolgen kann. So sind beispielsweise auch Applikationen für mobile Endgeräte problemlos realisierbar.
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Die Antriebswelle des Antriebes könnte koaxial zu der Wickelachse angeordnet sein. Besonders einfach ist hingegen eine Variante des Antriebes dann realisierbar, wenn der Antrieb mittels eines nicht-selbstsperrenden Getriebes mit dem Mitnehmer für das Segel kinematisch gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle des Antriebes parallel oder orthogonal zu der Wickelachse angeordnet sein kann. Selbstverständlich kann auch ein Planetengetriebe oder ein Getriebe mit variabler Übersetzung eingesetzt werden.
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Der erfindungsgemäße Antrieb ist nicht auf eine bestimmte Segelform beschränkt und eignet sich daher für jede Form eines Schratsegels. Besonders geeignet ist der Antrieb zur Betätigung eines Stagsegels, insbesondere eines Vorsegels des Segelfahrzeuges. Darüber hinaus kann der Antrieb einer Wickelachse eines Rollgroßsegels an oder im Inneren des Mastes angeordnet werden.
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Der Antrieb könnte mit einem weiteren Fluidspeicher aus Ausgleichsbehältern für das beim Abwickeln entgegen der Rückstellkraft in den Fluidspeicher strömende Fluid ausgestattet sein. Um die Abmessungen des Antriebes so gering wie möglich zu halten, ist es jedoch von Vorteil, wenn die Leitungsverbindung eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung aufweist, sodass das aus der zweiten Kammer verdrängte Fluidvolumen mittels der Vorlaufleitung dem Antrieb zugeführt und mittels der Rücklaufleitung in die erste Kammer zurückgeführt wird, wobei die Kammern lediglich durch denselben Kolben voneinander getrennt auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens in demselben Zylinder gebildet sind.
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Der hydraulische Antrieb bildet zusammen mit dem Fluidspeicher und der Leitungsverbindung ein geschlossenes System. Zur Vermeidung eines unerwünscht hohen Speicherdruckes bei unsachgemäßem Gebrauch ist es jedoch von Vorteil, wenn der Fluidspeicher mit einem Überdruckventil ausgestattet ist, sodass ein unkontrolliertes Entweichen oder gar ein Platzen der Leitungsverbindung ausgeschlossen ist.
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Weiterhin hat es sich bereits als besonders vielversprechend erwiesen, wenn die Rollreffeinrichtung eine elektrisch oder hydraulisch antreibbare Winsch für eine Schot des Segels aufweist. Hierdurch werden nicht nur erhöhte Komfortansprüche erfüllt, die den Fahrzeugführer von der manuellen Tätigkeit der Betätigung der Winsch weitgehend entlastet. Vielmehr wird dadurch auch ein wesentlicher Schritt auf dem Wege eines autonom fahrenden Segelfahrzeuges realisiert, indem solche angetriebenen Winschen verwendet werden, welche die Schot holen und auch fieren bzw. schricken können. Diese an sich bereits bekannten Winschen sind an ein zentrales Steuerungssystem des Segelfahrzeuges angeschlossen, in welchem neben fahrzeugspezifischen Daten, insbesondere der Kurs und die Geschwindigkeit, auch die Windstärke und -richtung erfasst und daraus die optimale Segelstellung sowie Segelfläche bestimmt und gegebenenfalls eine automatische Reduzierung oder Vergrößerung der Segelfläche vorgenommen wird. Dabei kommt das Steuerungssystem aufgrund des erfindungsgemäßen Antriebes ohne eine Energieversorgung der dem jeweiligen Segel zugeordneten Rollreffeinrichtung aus und ist damit insbesondere auch für Segelfahrzeuge mit einer Vielzahl von Segeln optimal geeignet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß noch mit einer Rollreffeinrichtung gelöst, die einen solchen Antrieb aufweist. Hierdurch wird ein von dem Bordsystem unabhängiger und mit geringem Installationsaufwand beispielsweise auch bei vorhandenen Segelfahrzeugen problemlos nachrüstbarer hydraulischer Antrieb geschaffen, dessen Antriebsleistung aus der bei der Vergrößerung der Segelfläche, also beim Abwickeln des Segels wirkende oder aufgebrachte Kraft gewonnen und als potentielle Energie gespeichert wird. Dabei kann hierzu beim Abwickeln der auf das Segeln wirkende Winddruck zum Abwickeln genutzt werden, während umgekehrt zum Aufwickeln des Segels das Segelfahrzeug auf einen Kurs entgegen der Windrichtung gebracht wird und somit nur ein sehr geringer Winddruck auf das Segel einwirkt. Die gespeicherte potentielle Energie kann dann bedarfsweise zum Aufwickeln des Segels genutzt werden.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
- 1 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb für eine Rollreffeinrichtung mit einem Fluidspeicher mit zwei durch eine Kolben getrennten Fluidkammern;
- 2 eine Vergrößerte Darstellung des hydraulischen Antriebes;
- 3 eine Variante des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebes mit zwei Fluidspeichern.
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In 1 und 2 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebes 1 für eine lediglich andeutungsweise dargestellte Rollreffeinrichtung 2 eines Segelfahrzeuges 3 dargestellt. Der hydraulische Antrieb 1 ist an einem Vorstag 4 angeordnet und hat eine hakenförmige Aufnahme 5 für einen Segelhals 6 eines hier beispielhaft als Stagsegel ausgeführten Segels 7. Der Antrieb 1 dient dem Aufwickeln des Segels 7 auf ein nicht gezeigtes, ein Vorliek des Segels 7 aufnehmendes Profil, welches um eine durch das Vorstag 5 bestimmte Wickelachse drehbar ist, und der hierzu durch ein Getriebe mit dem Profil verbunden ist.
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Der Antrieb 1 ist mittels einer aus einer Vorlaufleitung 8 und einer Rücklaufleitung 9 bestehenden Leitungsverbindung mit einem Fluidspeicher 10 für eine Hydraulikflüssigkeit verbunden und derart betreibbar, dass dieser beim Aufwickeln des Segels 7 als Antrieb 1 dient, beim Abwickeln des Segels 7 hingegen als Pumpe für das Hydraulikfluid. Innerhalb des Fluidspeichers 10 ist ein als Kolben ausgeführter Trennkörper 11 translatorisch beweglich angeordnet, welcher den Fluidspeicher 10 in zwei variable Kammern 12, 13 unterteilt. Dabei ist der Trennkörper 11 derart mittels eines Federelementes 14 in Richtung einer das Kammervolumen der zweiten Kammer 13 reduzierende und zugleich das Kammervolumen der ersten Kammer 12 erhöhende Speicherposition vorgespannt, dass das beim Abwickeln des Segels 7 geförderte Fluidvolumen entgegen dieser Rückstellkraft F in die Kammer 12 gefördert wird. Das Federelement 14 umfasst in dem dargestellten Beispiel zwei im Wesentlichen baugleiche Federn 14a, 14b, die in einer Reihenschaltung verbunden sind. Hierzu liegen die Federn 14a, 14b gegen einander abgewandte Seiten einer Federführung 19 an, welche die Federn 14a, 14b umfangsseitig einschließt und zugleich mit einem rohrförmigen Stützbereich 20 gegen einen jeweiligen inneren Umfang der Federn 14a, 14b anliegt. Dabei hat die Federführung 19 einen gegen die Innenwandung des Fluidspeichers 10 anliegenden und an der Innenwandung translatorisch beweglichen hohlzylindrischen Abschnitt 21 als Anschlag und Wegbegrenzer bei der translatorischen Bewegung des Trennkörpers 11, dessen Länge in Bewegungsrichtung des Trennkörpers 11 so bemessen ist, dass die Windungen der Feder 14a auch in der Endposition bei maximalem Volumen der ersten Kammer 12 nicht gegeneinander gepresst werden. Weiterhin ist auch der Trennkörper 11 mit einem solchen hohlzylindrischen Abschnitt 22 zum Schutz der Feder 14b ausgestattet.
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Zur Vermeidung einer unerwünschten seitlichen Ausweichbewegung des Federelementes 14 ist diese umfangsseitig von einer hohlzylindrischen Federführung 19 eingeschlossen, die unabhängig von dem Trennkörper 11 in dem Zylinder beweglich ist. Erfindungsgemäß wird in einfacher Weise ein Teil der beim Vergrößern der Segelfläche des Segels 7 wirkenden Kraft durch das Federelement 14 gespeichert und ist so zum Aufwickeln des Segels 7 nutzbar. Indem der Durchfluss der Rücklaufleitung 9 mittels eines Sperrgliedes 15 unterbrochen wird, kann die eingestellte Position zuverlässig fixiert oder wahlweise auch ein gewünschter Schlupf eingestellt werden.
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In 3 ist ergänzend noch eine Variante des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 16 für die Rollreffeinrichtung 2 dargestellt, bei welcher der Fluidspeicher 10 lediglich eine durch den beweglichen Trennkörper 11 begrenzte und dadurch volumenveränderliche Kammer 12 aufweist. Das aus der Kammer 12 beim Aufwickeln des Segels 7 verdrängte Volumen der Hydraulikflüssigkeit wird in einem weiteren Fluidspeicher 17 aufgefangen, welcher benachbart zu dem Antrieb 16 angeordnet ist. Bei dieser Variante des Antriebes 16 wird lediglich eine aus einer einzigen Leitung 18 bestehende Leitungsverbindung benötigt, sodass der Installationsaufwand nochmals weiter reduziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 2
- Rollreffeinrichtung
- 3
- Segelfahrzeug
- 4
- Vorstag
- 5
- Aufnahme
- 6
- Segelhals
- 7
- Segel
- 8
- Vorlaufleitung
- 9
- Rücklaufleitung
- 10
- Fluidspeicher
- 11
- Trennkörper
- 12
- Kammer
- 13
- Kammer
- 14
- Federelement
- 14a
- Feder
- 14b
- Feder
- 15
- Sperrglied
- 16
- Antrieb
- 17
- Fluidspeicher
- 18
- Leitung
- 19
- Federführung
- 20
- Stützbereich
- 21
- Abschnitt
- 22
- Abschnitt
- F
- Rückstellkraft
