DE2352802A1

DE2352802A1 - Mast fuer segelboote

Info

Publication number: DE2352802A1
Application number: DE19732352802
Authority: DE
Inventors: Lars Rune Bergstroem
Original assignee: RIDDER SVEN OLOF GEORG
Current assignee: RIDDER SVEN OLOF GEORG
Priority date: 1973-10-20
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE2352802C3; DE2352802B2

Description

PATENTANWÄLTE KIRSCHNER-DR. DOST 8 MÜNCHEN 2, Bavarlarlng 38 MAST FÜR SEGELBOOTE ' M 4-51 k/kd

Die Erfindung betrifft einen Mast for Segelboote oder ähnliche Wasserfahrzeuge, die durch die Schubwirkung des Windes auf Segel angetrieben werden.

Beim Entwurf von Segelbooten oder ähnlichen Wasserfahrzeugen hat man bisher der. Gestaltung des Mastes unter dem Gesichtspunkt einer Verminderung des Widerstandes gegenüber der Luftströmung um den Mast und einer Ehöhung des Wirkungsgrades des Segels wenig Beachtung geschenkt. Ein bekannter Versuch in dieser Richtung besteht darin, den Mast stromlinienförmig zu gestalten. Die hierdurch erzielte Verbesserung in der Luftströmung ist jedoch recht begrenzt geblieben. Darüberhinaus ist diese Massnahme unbrauchbar, wenn der Mast drehbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Widerstand des Mastes gegenüber der Luftströmung zu reduzieren und den Wirkungsgrad des Segens eines Segelbootes oder ähnlicher windangetriebener Fahrzeuge zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Mast im wesentlichen längs seiner Länge verteilte Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge verursachen Turbulenzen in der Luftströmung um den Mast herum, so dass sich die Luftströmung von dem Mast in einer turbulenten Grenzschicht ablöst, wodurch die abgelöste Luftströmung zwischen dem Mast und dem Segel verringert wird. Dies führt zu einer erheblichen Herabsetzung des durch den Mast.auf die Luftströmung ausgeübten Widerstandes^ während zusätzliche Segelfläche freigesetzt wird, welche für den Antrieb des Fahrzeuges wirksam wird und daher den Wirkungsgrad des Sege3s erhöht.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verteilung und Anordnung der erfindungsgemässen Vorspränge am Mast sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angefahrt.

Es ist erfindungsgemäss weiterhin überaus vorteilhaft und zweckmässig, die Oberflächenkontur des Mastes Χμ der in den Unteransprüchen 11 bis l4 angeführten Form auszubilden, wodurch der Widerstand des Mastes gegenüber der Luftströmung, insbesondere*in Verbindung mit den erfindungsgemässen Vorsprüngen erheblich reduziert und auch der Wirkungsgrad der Segel erhöht wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Mastes weist der rückwärtige Teil des Mastes einen langgestreckten ,im. wesentlichen V-förmigen Schlitz zur Aufnahme der Luvkante eines hiermit verbundenen Segels auf. Dies ermöglicht eine erhöhte Bewegungsfreiheit des Segels nach jeder Seite des Mastes in Abhängigkeit von der Windrichtung, wodurch die Luftströmung an einer gegenüber dem Mast näheren Stelle mit dem Segel in ' Verbindung kommen kann als dies bisher möglich war. Hierdurch wird ebenfalls der Wirkungsgrad des Segels erhöht.

Schliesslich ist es zweckmässig, im Frontteil des Mastes einen langgestreckten, im wesentlichen T-förmigen Schlitz zur Aufnahme eines Bauteils zur Befestigung eines Spinnackerstabes oder anderer Segel am Mast vorzusehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den-beiliegenden Figuren.

Es zeigt:

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Fig.leine schematische Darstellung der Luftströmung um einen Mast herkömmlicher Bauart,

Fig. 2 eine im wesentlichen gleiche Darstellung wie in Fig. 1, welche jedoch einen Mast gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemässen Mastes,

Fig. 4 einen Querschnitt des Mastes gema*ss Fig. 3*

Fig. 5 eine Teildraufsicht eines Bandes mit daraufbefindlichen Vorsprängen zur erfindungsgemässen Verwendung, und

Fig. 6 eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Bandes.

Fig. 1 stellt die Luftströmung um einen herkömmlichen Mast 10 des Standes der Technik und ein mit der Rückseite des Mastes 10 durch ein geeignetes Verbindungsbauteil 14 verbundenes Hauptsegel 12 dar. Die Luftströmung 16 fliesst um den Mast 10 herum und löst sich an einer Stelle 18 ab und fliesst als eine laminare Grenzschicht weiter, bis sie an der Stelle 20 mit dem Hauptsegel an einem Punkt, der sich in einem solchen Abstand vom Mast 10 befindet, dass ein Windwiderstand erzeugt wird, der symbolisch durch die Bezugsziffer 2k- gekennzeichnet ist* wieder verbunden wird. Dieser Widerstand vermindert die Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit der Segeljacht, wobei ebenfalls der Wirkungsgrad des Segels reduziert wird.

Im Gegensatz zu der herkömmlichen Mastbauart und der Luftströmung zwischen dem Mast und dem Hauptsegel, wie in Fig\ 1 gezeigt und im vorhergehenden beschrieben, vermindert die vorliegende Erfindung die abgelöste Luftströmung zwischen dem Mast und dem Segel, um den

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Windwiderstand zu reduzieren und 'gleichzeitig den Wirkungsgrad des Segels zu verbessern. Fig. 2 zeigt einen Mast 2β gemäss der vorliegenden Erfindung und die diesen umgebende Luftströmung, wobei die.abgelöste Luftströmung zwischen der Stelle 30 am Mast und 32 am Segel 12 erheblich reduziert worden ist., um den durch die Bezugsziffer 36 symbolisch dargestellten Widerstand zu verringern, während eine grössere Oberfläche des Hauptsegels 12 zur Verwendung freigesetzt wird, wodurch der Wirkungsgrad des Segels vergrössert wird. Dies wird erfindungsgemäss durch Verwendung einer besonderen nichtkreisförmigen Kontur bzw. Oberflächenform des Mastes 26 in Verbindung mit der Verwendung von längs der Mastseiten angeordneten Vorsprüngen, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Mastes erstrecken, erzielt. Die Vorsprünge 4θ sind auf der Leeseite des Mastes vor dem normalen Ablösungspunkt der Luftströmung an dem Mast angeordnet, um eine turbulente Grenzschicht 3^ zu bilden, wodurch die verbundene Luftströmung verlängert wird und die Luftströmung mit dem Segel 12 an eine Stelle 32 wieder verbunden wird, welche näher zum Mast 26 liegt als die normalweise bei der Verwendung von Masten herkömmlicher Bauart erzielbaren Stellen. Die Vorsprünge 40 sind längs der gesamten Frontseite des Mastes angeordnet, wie durch die Vorsprünge 40b in Fig. 2 dargestellt, um einen Über gang der Luftströmung von einer laminaren zu einer turbulenten Grenzschicht auszulösen. Darüberhinaus sind die Vorsprünge längs gegenüberliegender Seiten des Mastes 26 angeordnet," wie durch die Bezugsziffern 40a und 40c in Fig. 2 angedeutet, um eirten Übergang an der Windseite des Mastes zu gewährleisten; es wird angemerkt, dass die Vorsprünge 4Oa und 4Oc auf gegenüberliegenden Seiten des Mastes angeordnet sind, um alternativ "beim Wenden von Backbord-zu-Steuerbordhalsen wirksam zu werden.

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In den Fig. 3 und 4 ist eine Devorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Mastes 50 mit einem rohrförmigen, extrudierten Körper aus einem geeigneten Leichtmetall, wie z.B. Aluminium oder anderen geeigneten Leichtmetallegierungen, dargestellt. Die Form des Mastes 50 ist spezifisch gestaltet, wobei der Frontteil 52 eine Oberflächengestaltung in Form einer Ellipse oder eines Paraboloids hat mit e.inem grösseren Durchmesser oder Krümmungsradius, der wenigstens 1,5 mal grosser als der kleinere Durchmesser ist. Der Mittelabschnitt oder die gegenüberliegenden Seiten 5^· des Mastes 50 werden von Kreisbögen gebildet mit einem Krümmungsradius, der kleiner als der Krümmungsradius des grösseren Bogens des vorderen Ellipsenabschnitts 52 ist. Der rückwärtige Abschnitt 56 des Mastes wird ebenfalls von gegenüberliegenden Kreisbögen gebildet, deren Krümmungsradien jedoch grosser als die des Mittelabschnitts 5^ sind. Wie aus Fig. U- hervorgeht, ist der Querschnitt des Mastes 50 symmetrisch zur X-Achse ausgebildet, welche durch die vordere-und rückwärtige Seite verläuft. Darüberhinaus ist im vorderen Abschnitt 52 symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Symmetrieachse X ein langgestreckter T-förmiger Schlitz 53 zur Auf nähme »-von Gleitbauteilen für Spinnackerstäbe oder andere Segel, welche mit dem Mast an dessen vorderem Abschnitt zu verbinden sind, vorgesehen.

Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die rückwärtige Seite des Mastes mit einer vergrösserten V-förmigen oder keilförmigen Ausnehmung versehen, welche die Luvkante des Hauptsegels in einer verbesserten Art und Weise aufnimmt, wobei das Hauptsegel weiter zur Leeseite des Mastes bewegt werden kann, um die Verbindung der Luftströmung mit dem Segel zu vergrÖssern.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäss den Fig. 3 und 4 umfasst die Rückseite des Mastes gegenüberliegende, im wesentlichen V-förmige, einspringende Teile 58 auf, welche sich nach Innen ins Innere des Mastes von den Bogenabschnitten 56 erstrecken und in einen im wesentlichen halbkreisförmigen Abschnitt 60 vermittels gerader Planschabschnitte 6l einmünden, welche sich zwischen den einspringenden Teilen 58 und dem halbkreisförmigen Abschnitt 60 erstrecken, wie deutlich in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Innerhalb des halbkreisförmigen Abschnitts 60 wird eine sich kontinuierlich in

Längsrichtung erstreckende Kammer vermittels der Flansche 62 gebildet, welche nach innen von der Verbindungsstelle zwischen den geraden Abschnitten 6l und dem halbkreisförmigen Abschnitt 60 hervorspringen; der halbkreisförmige Abschnitt 60, die geraden Abschnitte 6l, die Flansche 62 und die einspringenden Teile 58 erstrecken sich kontinuierlich über die gesamte Länge des Mastes, wobei nochmals angemerkt wird, dass der Mast symmetrisch um die X-Achse ausgebildet ist. Die Flansche 62 sind an ihren inneren Enden im Abstand voneinander angeordnet, um einen Durchgang zu bilden, durch welchen nicht gezeigte Seitenbauteile für die Luvkante des Hauptsegels in den Kammerabschnitt 60 eingeführt und darin gegen seitliche, nach aussen gerichtete Bewegung vermittels der Flansche 62 festgehalten werden können.

Der besondere Querschnitt des Mastes, wie in Fig. 4 gezeigt,

d.h., die Anordnung des verschiedenen Wandabschnitte des Mastes relativ zu den Achsen des Mastes und' die Dicke der verschiedenen Wandabschnitte, ist so ausgebildet, dass eine optimale geringste Dimensionierung erzielt wird, um den Mast dünner zu machen, ohne dabei die Festigkeit des Mastes nachteilig zu beeinflussen. In

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der bevorzugten Ausfuhrungsformvgezeigt in Fig. 4, welche eine massstabsgetreue Abbildung eines Querschnitts einer tatsächlichen Handelsausführung darstellt, ist der Querschnitt so ausgebildet,dass das Trägheitsmoment um die seitliche Achse des Mastes 50-Prozent grosser als das Trägheitsmoment um die Längsachse des Mastes ist; die besondere dargestellte Handelsausführung ist zur Verwendung in einer Takelage mit 2 Querstäben am Mast (two spreader type) vorgesehen. Weitere Informationen hinsichtlich der Dicke der verschiedenen Wandabschnitte des Mastes und des Trägheitsmoments können aus der Fig. 4 entnommen werden, welche eine massstabsgetreue .Darstellung einer Handelsausführung zeigt, wie bereits oben erwähnt;

Die am Mast gemäss der im vorhergehenden beschriebenen Erfindung vorgesehenen Vorsprünge 4o können in jeder geeigneten Weise gebildet werden. Für praktische Zwecke in der bevorzugten und handelsüblichen Ausführungsform ist es jedoch vorzuziehen, die Vorsprünge einstückig mit einem metallischen Band 70 mit einer klebenden Oberfläche 72 ausbilden, welche längs des Mastes an den vorgesehenen Stellen befestigt werden kann. Vorzugsweise werden die Vorsprünge an jeder vorgesehenen Stelle am Mast in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet,, welche sich parallel -zu dem Mast oder im rechten Winkel zu einer querverlaufenden Ebene durch den Mast oder, anders ausgedrückt, in rechten Winkeln zur Windrichtung erstrecken. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Reihen von Vorsprüngen an den jeweils vorgesehenen Stellen am Mast angeordnet. In Abhängigkeit vom Mastprofil können jedoch zusätzliche Reihen oder eine einzelne Reihe angeordnet werden. Darüberhinaus werden die Vorsprünge 40a und 40c vorzugsweise nach rückwärts versetzt in Bezug

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auf die grösste Breite des Mastes angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt, wo sie sich in die rückwärtigen Abschnitte 56 des Mastes erstrecken. Die Höhe h_ der Vorspringe in Bezug auf die Mastoberfläche beträgt ungefähr i bis 1,5 mm, während d.er Durchmesser d jeden Vorsprungs ungefähr 3 mm beträgt. Diese Grossen sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Vorzugsweise werden die Vorpsrünge 40 in einer Reihe auf jedem der Bänder relativ versetzt zu den Vorsprüngen in der benachbarten Reihe auf demselben Band angeordnet, wie in Fig. 5 gezeigt. Das heisst, dass die Vorsprünge 40 in einer Reihe mit den Zwischenräumen zwischen den Vorsprängen 40 in der benachbarten Reihe auf jedem der Bänder, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgerichtet sind.

.Im Gebrauch, siehe hierzu Fig. 2, wird die Luftströmung um den Mast 26 auf die Vorsprünge 40b auftreffen, welche an der Leeseite angeordnet sind und wodurch eine turbulente Luftschicht 34 erzeugt wird, welche sich von dem Mast 26 als Grenzschicht ablöst und bald mit dem Segel an der Stelle 32 wieder verbunden wird. Die Luft-Strömung um die Windseite des Mastes wird auf die Vorsprünge 40c auftreffen, wodurch die Ablösung einer ähnlichen turbulenten Grenzschicht erzeugt wird. Hieraus resultiert, dass die abgelöste Luftströmung zwischen dem Mast und dem Segel im Vergleich zum bekannten Stand "der Technik und herkömmlichen Konstruktionen erheblich reduziert wird und daher der Widerstand des Mastes gegenüber der Luftströmung wesentlich verringert wird, während zusätzliche Segelfläche zum wirksamen Antrieb des Bootes freigesetzt wird. Es wird angemerkt, dass die gezeigte und beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemässen Mastes Prüfungen im Windkanal unterworfen worden ist und es ist festgestellt worden, dass der Widerstand des

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Mastes um ^O-Vvozent gegenüber"den herkömmlichen Mastbauarten des bekannten Stands der Technik mit einem runden Querschnitt von gleichem mittleren Durchmesser reduziert worden ist. Darüberhinaus wurde der Wirkungsgrad des Hauptsegels auf Grund der reduzierten Grenzschichtdicke auf der Leeseite des Segels um ungefähr 10 bis 15-Prozent der maximalen Seitenkraft auf das Hauptsegel verbessert. Die Verminderung des Widerstandes ermöglicht es_s die Segeljacht ungefähr 2 Grad höher relativ zum Wind (ungefähr 3 Grad'höher relativ zum Segelkurs) zu drehen bei der gleichen Geschwindigkeit ₃ welche sich bei Verwendung eines Mastes mit einem kreisförmigen Querschnitt des gleichen durchschnittlichen Durchmessers ergeben würde. ' ■ . ..

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

'Mast für Segelboote oder ähnliche Wasserfahrzeuge, die durch die Schubwirkung des Windes auf Segel angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (26^50) im wesentlichen längs seiner Länge verteilte Vorsprünge (4o) aufweist.
2. Mast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (40) in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sind, die senkrecht zu einer diametrischen Ebene quer durch den Mast (26, 50) verlaufen. .
3· Mast nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Vorsprüngen (40b, 40a) an der Leeseite des Mastes (26, 50) angeordnet sind.
4. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Vorsprüngen (40c) an der der Leeseite gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
5. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Vorsprüngen (40b) an dem Frontteil des Mastes (26, 50) angeordnet sind.
6. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass.die Reihen von Vorsprüngen (40a, 40c) auf gegenüberliegenden Seiten des Mastes (26, 50) rückwärts versetzt in Bezug auf die grösste Breite des Mastes angeordnet sind.
7. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (40) auf langgestreckten Bändern (70) angeordnet sind, welche mit dem Mast (26, 50) verbunden sind.

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8. Mast nach den Ansprüche^ 1 bis 7$ dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspränge (40) einstöckig mit dem Band (70) ausgebildet sind.
9· Mast nach den Ansprüchen 1 bis 8«, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (4ö) sich ungefähr 1 bis I₅5 mm aus der Oberfläche des Mastes (26, 50) heraus erstrecken und dass die Vorsprünge ungefähr einen Durchmesser von 3 ™i aufweisen»
10. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 9s dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder (70) aus Metall., Kunststoff oder Textilware bestehen.
lic Mast nach den Ansprüchen 1 bis 1O₅ dadurch gekennzeichnet-, dass der Frontteil (52) des Mastes (50) eine im wesentlichen elliptische Oberflächenkontur aufweist. ' -
12. Mast nach den Ansprüchen 1 bis H₃ dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seitenabschnitte (54) des Mastes (50) entgegengesetzt kreisbogenförmige Oberflächenkonturen aufweisen.
13· Mast nach den Ansprüchen 1 bis 12,, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seitenabschnitte (54) in Richtung des rückwärtigen Teils des Mastes (50) in Form von entgegengesetzt kreisbogenförmigen Konturen (56) konvergieren, wobei der Krümmungsradius dieser Kreisbögen grosser ist als der Krümmungsradius der Kreisbögen der gegenüberliegenden Seitenabschnitte (54).
14. Mast nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der gegenüberliegenden Seitenabschnitte (54) des Mastes (50) kleiner ist als der Krümmungsradius der Frontteile

(51) See Mäeiee (§8)>mMn in an §e§§a8BtFH:i§ißfl8ß S

(54) einmünden.

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15» Mast nach den Ansprüchen 1 bis Ik₉ dadurch gekennzeichnet, dass der rückwärtige Teil des Mastes (50) einen langgestreckten,
im wesentlichen V-förmigen Schlitz zur Aufnahme der Luvkante eines
hiermit verbundenen Segels aufweist«,
16. Mast nach den Ansprüchen 1 bis Ϊ5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontteil des Mastes (50) einen langgestreckten, im wesentl T-förmigen Schlitz (53) zur Aufnahme eines Bauteils zur Befestigung · eines SpinnackersStabes oder anderer Segel am Mast aufweist.

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