DE19533033A1

DE19533033A1 - Kombination von Vor- und Auftriebsflächen für Segelfahrzeuge

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Publication number: DE19533033A1
Application number: DE19533033A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-13

Description

Beschreibung und Stand der Technik

Bei konventionellen Segelfahrzeugen wird der Vortrieb durch ein im Prinzip mehr oder weniger senkrecht stehendes Hauptsegel, gegebenenfalls kombiniert mit einem oder mehreren Nebensegeln in Verbindung mit einer geeigneten Unterwasser-Lateralfläche bewirkt. Dabei tritt immer auch ein seitwärtsneigendes Moment auf, welches üblicherweise durch Kiele, Schwerter, Ausleger, breite Bauweise (wie bei Mehrrumpfbooten), das Körpergewicht des Seglers oder durch andere Maßnahmen zum Teil wieder ausgeglichen werden kann. Alle diese Hilfen zum Wiederaufrichten des Segelfahrzeuges führen einerseits zu einer Erhöhung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs oder des Wasserwiderstands und damit zu einer Geschwindigkeitseinbuße. Andererseits verbleibt bei Ein- und Mehrrumpfbooten ein beträchtlicher Teil der seitwärtsneigenden Kraft wirksam, so daß sich das Segel und damit auch der Bootskörper unter Windeinwirkung trotzdem noch mehr oder weniger zur Seite neigt. Diese Seitwärtsneigung richtet einen Teil der am Segel auftretenden Kräfte nach unten, so daß das Segelfahrzeug unter der Windlast tiefer in das Wasser hineingedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Besegelung ist geeignet, die seitwärtsneigende Kraft, die an einer mehr oder weniger vertikal stehenden Segelfläche auftritt, durch eine mit ihr in Verbindung stehende mehr oder weniger horizontal stehende zweite Segelfläche von etwa gleicher Größe und Form ganz oder überwiegend zu kompensieren (Abb. 1). Am besten wird dieser Effekt durch feste oder vorgeformte Profile erreicht, wobei die Wölbung der beiden Teilflächen in etwa spiegelbildlich sein muß, etwa wie die Tragflächen bei einem Flugzeug. Die Spiegelbildebene bildet jedoch in Normalstellung nicht wie bei einem Flugzeug einen Winkel von etwa 0°, sondern von etwa 45° mit der Vertikalachse des Rumpfes (Abb. 1). Die beiden Teilflächen (die vertikale und die horizontale) sind gemeinsam um durch eine in - oder parallel zu - der Längsachse des Rumpfes drehbare Vorrichtung so miteinander verbunden, daß bei einer Drehung um diese Achse die vorher mehr oder weniger vertikal stehende Teilfläche in eine mehr oder weniger horizontale Position gebracht wird. Durch diesen Kippvorgang tauschen die beiden Flächen ihre Funktionen (Vor- und Auftrieb) aus. Dabei wird normalerweise der Bug des Fahrzeugs durch den Wind gehen, und dann den Wind von der anderen Seite bekommen. Dies entspricht dem klassischen Vorgang der Wende auf konventionellen Fahrzeugen. Da die im Zuge der Wende in die vertikale Position gebrachte, vorher horizontale Teilfläche durch ihre Spiegelbildlichkeit bereits das richtige Profil für die neue Fahrtrichtung aufweist, ist eine Profiländerung wie bei konventionellen Segeln, einschließlich Flügelmasten, weder bei der Vor- noch bei der Auftriebsfläche erforderlich. Voraussetzung ist jedoch, daß die horizontale Auftriebsfläche normalerweise in Lee gefahren wird. Durch eine solche Anordnung der beiden Teilflächen des Hauptsegels kann außerdem erreicht werden, daß bei einem Durchgang des Segelfahrzeugs mit dem Bug durch den Wind die beiden Teilflächen ihre Position automatisch vertauschen. Durch besondere, weiter unten beschriebene Hilfselemente oder steuerbare Hilfsflächen kann dieser Vorgang unterstützt und feinabgestimmt werden.

Wie zu jedem Segelfahrzeug, so gehört auch zu dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ein geeigneter Lateralwiderstand. Er kann bei Wasserfahrzeugen aus einem Schwert (Abb. 1c) oder einem Kiel bestehen. Ein Ballast, wie bei konventionellen Kielbooten, ist weder erforderlich noch sinnvoll, da das gesamte Fahrzeug so leicht wie möglich konstruiert sein sollte. Je nach Auslegung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann es jedoch notwendig sein, den auf die Lateralfläche einwirkenden Wasserdruck durch besondere Maßnahmen wie Verlagerung des Massenmittelpunkts (z. B. durch das Körpergewicht der Besatzung) oder durch besondere Konstruktionsmerkmale zu kompensieren, um ein Drehen des Rumpfes um seine Längsachse zu verhindern. Dies läßt sich u. a. dadurch erreichen, daß die Stellung der Lateralfläche(n) von der Stellung der Auf- oder Vortriebsflächen in Abhängigkeit gebracht wird. Eine besondere Auslegung sieht vor, daß zwei Schwerter in einem Winkel von etwa 90° zueinander und zu den jeweils nächsten Teilsegelflächen stehen. Bei einer Wende wird dann das vorher vertikal im Wasser stehende Schwert in eine horizontale Position oberhalb der Wasserlinie gebracht. Das vorher oberhalb der Wasserlinie in horizontaler Ruheposition liegende Schwert wird dabei in die vertikale, aktive Position unter Wasser gebracht. Da die auf das Schwert wirkende Lateralkraft den an der Auftriebsfläche entstehenden Auftrieb, und damit die Kompensation der Seitwärtsneigung der Vortriebsteilfläche vermindert, kann ein geeignetes Profil oder ein geeigneter Anstellwinkel des Schwertes einen Ausgleich bewirken. Die Abb. 2 geben hierfür Beispiele, jedoch sind auch andere Konstruktionen denkbar.

Hilfsflächen oder Hilfsteilflächen und andere Zusatzeinrichtungen können wie folgt die Segel- und Manövriereigenschaften beeinflussen:
1. Querruder
Querruder können in die beiden Teilflächen des Hauptsegels wie bei Flugzeugtragflächen integriert sein. Sie ermöglichen das gemeinsame Halten der beiden Teilflächen des Hauptsegels in der gewünschten Position (m.o.w. vertikal oder m.o.w. horizontal). Droht z. B. die (horizontale) Auftriebsfläche zu tief abzusinken, so kann durch Betätigung des Querruders der Auftrieb an der Auftriebsfläche erhöht und gleichzeitig die seitwärtsneigende Kraft an der vertikalen Vortriebsfläche erniedrigt werden. Beim Durchgang des Fahrzeugs durch den Wind bei einer Wende kann das Querruder auch dazu verwendet werden, ein zu hartes Umschlagen der beiden Teilflächen des Hauptsegels in die jeweils neue Position zu verhindern. Insbesondere bei erfindungsgemäßen Fahrzeugen mit festem Profil der beiden Teilflächen des Hauptsegels kann die Bedienung des Querruders über ein Gestänge oder über einen Seilzug direkt oder durch einen "Steuerknüppel" erfolgen, der , wie bei einem (Segel-)Flugzeug, auch noch andere Funktionen übernehmen kann.
2. Seitenruder
Die Steuerung des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs erfolgt normalerweise durch ein durch Wasserdruck beaufschlagtes Ruder am Heck. In bestimmten Situationen, z. B. bei Stillstand oder bei komplizierten Manövern kann ein zusätzliches durch Wind beaufschlagtes Seitenruder am Heck vorteilhaft sein. Beide Ruder, das durch Wasser und das durch Wind beaufschlagte, können entweder gleichzeitig oder unabhängig voneinander benutzt werden. Das Seitenruder kann über ein Gestänge oder über einen Seilzug direkt oder durch einen Hebel bedient werden.
3. Höhenruder
Die auftrieberzeugende waagerechte Teilfläche des Hauptsegels birgt die Gefahr des Abhebens des gesamten Segelfahrzeugs in sich. Das Höhenruder, ggf. unter gleichzeitiger Benutzung des Querruders, kann dieser Tendenz wirkungsvoll entgegenwirken, indem es das Heck des Fahrzeugs entlastet oder anhebt und dadurch das gesamte Fahrzeug fester in das Wasser drückt. Das Höhenruder kann z. B. über ein Gestänge oder Seilzüge direkt durch einen Hebel bedient werden. Es ist sinnvoll, das Höhenruder mit dem Querruder wie bei einem (Segel-)Flugzeug über einen "Steuerknüppel" zu kombinieren.
4. Wölbungsklappen
Aus dem Flugzeugbau bekannte Wölbungsklappen können bei niedrigen Windgeschwindigkeiten zur Steigerung der Effizienz der beiden Teilflächen des Hauptsegels eingesetzt werden und z. B. über ein Gestänge oder einen Seilzug bedient werden.
5. Veränderbarer Anstellwinkel
Um ein Segeln bei unterschiedlichen Windrichtungen und -stärken zu ermöglichen, kann eine Veränderung des Anstellwinkels, insbesondere der den Vortrieb erzeugenden Teilfläche des Hauptsegels, von Vorteil sein. Eine Veränderung des Anstellwinkels kann beispielsweise durch eine Rotation der entsprechenden Teilfläche(n) um ihre Längsachse(n) oder um eine Achse parallel hierzu bewirkt werden. Die Bedienung kann z. B. durch ein Gestänge oder einen Seilzug, ggf. in Verbindung mit (je einem) Hebel(n) oder anderen Hilfsmitteln erfolgen. Ohne veränderbaren Anstellwinkel könnte das erfindungsgemäße Segelfahrzeug nur Kurse fahren, bei denen der scheinbare Wind mehr oder weniger schräge von vom kommt. Bei den zu erwartenden hohen Geschwindigkeiten des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs wird sich dies auch dann noch erreichen lassen, wenn der wahre Wind von querab oder achterlicher als querab einfällt. Diese Erscheinung wird auch bei sehr schnellen konventionellen Segelbooten wie Katamaranen und Trimaranen beobachtet. Auch die Effizienz der erfindungsgemäßen Besegelung kann durch einen veränderbaren Anstellwinkel noch weiter gesteigert werden. Insbesondere für das Segeln mit "achterlichem Wind" oder "vor dem Wind" ist eine Veränderung des Anstellwinkels vorteilhaft bzw. unabdingbar. Ansonsten muß vor dem Wind gekreuzt werden, wie dies auch sehr schnelle Mehrrumpfboote häufig tun.
6. Veränderung des Pfeilungswinkels
Um die Schwerpunktlage des erfindungsgemäßen Segelfahrzeugs zu optimieren, kann eine Veränderung des Pfeilungswinkels der beiden Hauptsegelteilflächen von Vorteil sein, z. B. wenn sich die an Bord befindliche Anzahl der Personen oder das Gewicht von Gepäck oder Ausrüstung verändern. Der Pfeilungswinkel kann beispielsweise über ein Gestänge oder Seilzüge bei beiden Teilflächen gemeinsam oder auch getrennt den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Ein veränderbarer Pfeilungsgrad kann auch dazu dienen, die Gesamtbreite des Fahrzeugs zeitweilig, z. B. bei Manövern in beengten Gebieten wie Liegeplätzen, Häfen, Hafeneinfahrten oder engen Fahrwassern zu erniedrigen. Er kann auch die Verladung des Fahrzeuges auf einen Trailer oder auf das Autodach erleichtern, jedoch sollten hierfür die beiden Teilsegelflächen wie bei Segelflugzeugen vollständig vom Rumpf demontierbar sein.
7. Auftriebskörper an den Teilflächen des Hauptsegels
Um der Gefahr der Wasserberührung der horizontal stehenden Auftriebsfläche entgegenwirken zu können, kann ein Auftriebskörper, ggf. kombiniert mit einer Gleitfläche, vorzugsweise am Ende der beiden Teilsegelflächen angebracht werden. Eine Wasserberührung größerer Teile der Hauptsegel könnte bei hohen Geschwindigkeiten ohne Auftriebskörper oder Gleitflächen zu gefährlichen Situationen führen. Auftriebskörper an den Enden der Teilsegelflächen sind auch bei Stillstand oder langsamer Fahrt von Vorteil, um das Fahrzeug in einer stabilen, manövrierbaren Position zu halten.

Verwandte Schriften

Es ist eine Besegelung von Schiffen beschrieben worden, die Kippflügel als Windantrieb benutzt (Offenlegungsschrift DE 29 41 208 A1). Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Besegelung werden in der genannten Offenlegungsschrift nicht zwei im Winkel von ca. 90° zueinander stehende Teilsegelflächen verwendet, sondern eine einheitliche Fläche, die in ihrem Mittelpunkt an einem Mast befestigt ist. Bei einer Wende klappt der vorher nach oben ragende Flügel nach unten um. Ein Auftrieb wie bei der erfindungsgemäßen Besegelung wird dabei nicht oder nur unbedeutend erzeugt. Es ist weiterhin eine selbsttätig einstellende Vor- und Auftriebsfläche für Wasserfahrzeuge (Offenlegungsschrift 243 170) beschrieben worden, die insbesondere dazu dienen soll, das Springen oder Fliegen mit Segelbrettern (Surfbrettern, Surfboards) zu erleichtern. Es handelt sich hierbei um eine Weiterentwicklung des bekannten Drachenriggs, das ebenfalls zum Ziehen von Segelbrettern beschrieben wurde (Offenlegungsschrift 31 21 796 A1 von 1982, mit drei Zusatzanmeldungen von 1984). Auch diese Erfindungen sind nicht mit der erfindungsgemäßen Besegelung vergleichbar, da die Auf- oder Vortriebsflächen immer nur eine Funktion ausführen können und nicht durch Stellungswechsel sowohl eine Auftrieb- als auch eine Vortriebsfunktion übernehmen können. Verwandte Schriften beschreiben außerdem ein Flügelrigg (Offenlegungsschrift DE 32 31 764 A1) und ein anderes Rigg in Tragflügelform (Offenlegungsschrift DE 31 04 750 A1), welche beide nicht mit der erfindungsgemäßen Besegelung vergleichbar sind, da es sich um besondere Ausführungen von bekannten Flügelmasten handelt.

Claims

1. Besegelung für Segelfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem oder mehreren Paaren von Hauptsegelflächen besteht, die sich jeweils aus einer auftrieb- und einer vortrieberzeugenden Teilfläche zusammensetzen.

2. Besegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilflächen der Hauptsegelflächen im Normalfalle einen Winkel von etwa 90° zueinander bilden.

3. Besegelung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auftriebserzeugende horizontal stehende Teilfläche normalerweise in Lee (der dem Wind abgewandten Seite des Rumpfes) gefahren wird.

4. Besegelung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilflächen gemeinsam durch eine besondere Vorrichtung (z. B. durch ein Scharniergelenk) so mit dem Rumpf (oder bei Mehrrumpffahrzeugen mit den Rümpfen) verbunden sind, daß sie gemeinsam um die Längsachse oder um eine Achse parallel zur Längsachse des Rumpfes um etwa 90° drehbar gelagert sind.

5. Besegelung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilflächen des Hauptsegels ein spiegelbildliches Profil aufweisen, deren Spiegelbildebene einen Winkel von etwa 45° mit den beiden Flächen und bei normaler Fahrposition einen Winkel von etwa 45° mit der Vertikalachse des Rumpfes bildet.

6. Besegelung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitwärtsneigende Teilkraft der an der mehr oder weniger vertikal stehenden vortrieberzeugenden Teilfläche entstehenden Gesamtkraft durch die auftrieberzeugende Teilkraft der mehr oder weniger horizontal stehenden Teilfläche bei gleich starker Anströmung durch den Wind vollständig oder überwiegend kompensiert wird.

7. Besegelung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchgang des Bugs des Segelfahrzeuges durch den Wind (d. h. bei einer sog. Wende), durch die sich verändernde Stärke und Richtung der auf die Teilflächenden einwirkenden Luftströmung die beiden Teilflächen in ihre für die neue Fahrtrichtung erforderliche Position, d. h. um etwa 90°, gekippt werden.

8. Besegelung nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kippbaren Teilflächen des Hauptsegels direkt oder indirekt mit der oder den Lateralwiderstand erzeugen Unterwasserflächen am Rumpf zusammenwirken.

9. Besegelung nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu, oder anstelle von, den Lateralflächen des Rumpfes ein oder mehrere Unterwasserschwerter so angebracht sein können, daß sie mit den beiden Teilflächen des Hauptsegels verbunden sind.

10. Besegelung nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der mit den Teilflächen des Hauptsegels verbundenen Schwerter nach den Ansprüchen 8 und 9 von der Stellung der Teilflächen des Hauptsegels abhängig ist.

11. Besegelung nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerter nach den Ansprüchen 8-10 ein Profil und/oder einen Anstellwinkel aufweisen können, der den auf sie wirkenden Lateraldruck ganz oder teilweise kompensiert.

12. Besegelung nach den Ansprüchen 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß sich außer einem konventionellen Ruder weitere Steuerungs- und Trimmelemente und/oder -flächen am Rumpf oder den Hauptsegelteilflächen befinden können wie: Quer-, Seiten-, und Höhenruder, Wölbungsklappen, sowie Vorrichtungen zur Veränderung des Anstellwinkels und des Pfeilungswinkels und daß diese Elemente wie bei einem Segelflugzeug über Hebel, Seilzüge und Gestänge bedient werden können und dazu dienen, die Position des Fahrzeugs im Wasser und gegenüber den herrschenden Wind- und Fahrwasserbedingungen zu optimieren.