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Einrichtung an Segelbooten zur Erzeugung
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von Kräften zwecks Beeinflussung der Krängung Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung an Segelbooten, um auf hydrodynamischem Wege Kräfte zu erzeugen,
welche auf den Bootskörper einwirken, um dessen Krängung zu beeinflussen.
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Durch die auf die Segel von Segelbooten einwirkenden Windkräfte, die
nur in einem Ausnahmefall in Bootslängsrichtung wirksam sind, wird ein Moment erzeugt,
welches eine mehr oder weniger starke Krängung bewirkt. Diesem Moment wirkt ein
am Kiel oder Schwert des Bootes angreifendes Moment entgegen, welches das Boot aufzurichten
bestrebt ist.
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Es ist bekannt, daß Boote ihre höchste Geschwindigkeit erreichen,
wenn sie aufrecht gesegelt werden, d.h. wenn ihr Krängungswinkel Null beträgt. Dies
bei Einrumpfbooten weitgehend zu erreichen, bereitet erhebliche Schwierigkeiten.
Um ein entsprechend großes Aufrichtmoment zu erhalten, müßte man nämlich die Kiel-
bzw. Schwertfläche und bzw. oder den Ballast erheblich vergrößern, damit das Aufrichtmoment
größenmäßig in etwa dem maximal möglichen Krängungsmoment entspricht. Dies ist aber
aus verschiedensten Gründen nicht vertret- und durchführbar, so daß letztlich die
jeweils effektiv gewählte Größe der Kiel- oder Schwertfläche sowie die Größe des
Ballastes am Kiel oder gegebenenfalls auch am Schwert auf einem Kompromiß basiert.
Hierdurch bedingt erfahren Boote bei den jeweils gegebenen Verhältnissen entsprechende
Krängungen während der Fahrt.
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Es ist bereits bekannt, am Bootsrumpf Trimmruder oder -flossen anzuordnen,
um hydrodynamische Kräfte zu erzeugen, die auf den Bootsrumpf einwirken und ihn
aufrichten sollen. Derartige Einrichtungen sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen
bekanntgeworden,
jedoch haben sie sich offensichtlich nicht bewährt, weil ihre regelmäßige Nutzungsanwendung,
von Versuchsfällen abgesehen, nicht bekanntgeworden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirksame
Einrichtung an Segelbooten vorzuschlagen, mit deren Hilfe zusätzlich dem Krängungsmoment
entgegenwirkende Kräfte erzeugbar sind, um einen geringeren Krängungswinkel zu erreichen,
als er ohne die Zusatzeinrichtung gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Demnach wird auf beiden Seiten am Kiel oder Schwert eines Segelbootes
wenigstens eine nach außen auswölbbare, das Querschnittsprofil des Kiels oder des
Schwertes nach der einen und/oder anderen Seite hin verändernde flexible Membran
oder steife, verschwenkbar gelagerte Strömungsfläche angeordnet. Dadurch ist es
möglich, bei nach der einen oder anderen Seite ausgewölbter Membran infolge der
Profiländerung des Kieles oder des Schwertes die an diesen angreifenden Strömungskräfte
zu verändern, und zwar in dem Sinne, daß das Aufrichtmoment vergrößert wird, soweit
dies notwendig ist, um dem Krängungsmoment entgegenzuwirken. Alternativ kann ein
solches Moment auch durch Verschwenkung des Kieles oder Schwertes um die zum Bootsmast
parallele Kraftachse erzeugt werden.
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Um die Membran oder Strömungsfläche, die normalerweise eng an der
Außenfläche des Kiels oder Schwerts anliegt, um den Strömungswiderstand bei Verhältnissen,
wo zusätzliche Aufrichtkräfte nicht erforderlich sind, so gering wie möglich zu
halten, nach außen zu wölben, befindet sich hinter der Membran oder Strömungsfläche
eine mit einem Druckmedium, wie eine Flüssigkeit oder ein Gas, beaufschlagbare Kammer.
Durch Einleiten der Flüssigkeit oder eines unter Druck stehenden Gases in
die
Kammer wird die Membran oder Strömungsfläche nach außen gedrückt und verändert dadurch
das Profil des Kiels oder des Schwertes in der gewünschten Weise. Es ist aber auch
möglich, hinter der Membran oder Strömungsfläche angeordnete mechanische Stützelemente
vorzusehen, welche bei ihrer Betätigung für eine Auswölbung sorgen.
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Um der auszuwölbenden Membran die gewünschte Oberflächenkontur zu
geben, um optimale Strömungsverhältnisse herzustellen, sind hinter der Membran deren
Auswölbung örtlich begrenzende und profilbestimmende, vorzugsweise flexible Stege
angeordnet, die vorzugsweise in horizontaler Richtung verlaufen. Es ist aber auch
möglich, die gewünschte Auswölbung der Membran hinsichtlich der Oberflächenkontur
durch unterschiedliche Wandstärken und Flexibilität der Membran zu erzielen. Beispielsweise
können in die Membran zu diesem Zweck Armierungen eingelegt sein, die durch ihre
Form und Dimensionierung bei Druckbeaufschlagung der Membran dieser die gewünschte
Oberflächenkontur vermitteln.
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Die Druckbeaufschlagung der Kammern zwecks Auswölbung der Membranen
ist vorzugsweise automatisch regelbar, und zwar in Abhängigkeit von der auf den
Mast in Bootsquerrichtung ausgeübten Kraft.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der in Betracht kommenden
Einrichtung sind die äußeren Membranen und die Wände der hinter dieser befindlichen
Kammer in Form geschlossener Kissen ausgebildet, in welche das in Betracht kommende
Medium unter Druck einleitbar ist, um die äußere Membran nach außen zu wölben.
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Vorteilhafterweise wird an dem Innenraum der Kammer, wenn die Einrichtung
außer Betrieb ist, ein Vakuum angelegt, um zu erreichen, daß die Membran fest an
der profilgebenden Außenfläche des Kieles oder Schwertes anliegt.
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In den Figuren 1 bis 10 der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung
anhand von Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die
Seitenansicht eines unter dem Rumpf eines Segelboots befindlichen Kiels, welcher
mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüstet ist; Fig. 2 einen horizontalen
Querschnitt durch den Kiel nach Fig. 1; Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch
den unteren Teil des Bootsrumpfes und den Kiel nach Fig. 1; Fig. 4 bis 6 Horizontalschnitte
durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebsstellungen;
Fig. 7 und 8 Seiten- und Vorderansicht des Kieles nach Fig. 5; Fig. 9 eine Einzelheit
aus Fig. 6 in vergrößertem Maßstab; Fig. 10 eine Prinzipdarstellung einer dritten
Ausführungsform der Erfindung.
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Wie die Figuren 1 bis 3 erkennen lassen, sind an dem unter dem Bootsrumpf
11 befindlichen Kiel 12 auf beiden Seiten Membranen 13 aus flexibel-elastischem
Werkstoff im Bereich zwischen dem Bootsrumpf 11 und dem Ballastgewicht 14 befestigt.
Zwischen der Oberfläche des Kiels 12 und den Membranen 13 befinden sich Kammern
15, in welche selektiv über im Kiel 12 befindliche Kanäle 10 ein Medium, insbesondere
eine Flüssigkeit, unter
Druck einbringbar ist. Das in der Kammer
15 befindliche Druckmedium wölbt, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich,
die jeweilige Membran nach außen. Um zu verhindern, daß die Membranen 13 durch die
Druckbeaufschlagung als Kugelkalotten nach außen gewölbt werden, sind flexible Stege
16 vorgesehen, die einerseits an der Innenwand der Membranen 13 und andererseits
an der Außenseite des Kiels 12 befestigt sind und die Form der Membranwölbung bestimmen.
Um den Durchtritt des Druckmediums zu ermöglichen, befinden sich in den vorzugsweise
horizontal angeordneten Stegen 16 Durchtrittsöffnungen 17.
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Um die Membranen 13 nach Auswölbung nach außen satt an die Oberfläche
des Kiels 12 wieder anzulegen, wird das Druckmedium aus den Kammern 15 entfernt
und vorzugsweise an sie ein Vakumm angelegt.
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Die Figuren 4 bis 9 zeigen verschiedene Darstellungen einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung. Bei ihr sind am Kiel 12 im Bereich zwischen Bootsrumpf
11 und Ballastgewicht zu beiden Seiten Strömungsflächen (13a) in Form steifer Platten
aus Blech, Holz, verstärktem Kunstharz oder dgl. verschwenkbar angebracht.
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Der Lagerung dieser Strömungsflächen dient ein Gelenkband (19) am
Bug des Kieles 12. Mit Hilfe selektiv mit einem Druckmedium beaufschlagbarer Kolben/Zylindereinheiten
(18) lassen sich die Strömungsflächen (13a) einzeln vom Kiel (12) wegschwenken.
Auf diese Weise wird, wie im erstbeschriebenen Beispiel, ein asymmetrisches Strömungsprofil
am Bootskiel erzeugt, das bei Fahrt eine einseitig gerichtete Kraft am Kiel hervorruft,
mit deren Hilfe der Krängung des Bootes entgegengewirkt werden kann.
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Um den zwischen dem Kern des Kiels 12 und der die Strömungsfläche
(13a) bildenden Platte ausgebildeten Raum möglichst schnell mit Wasser befüllen
und davon wieder entleeren zu können, sind an strömungstechnik günstig gelegenen
Stellen Wasserdurchtrittsöffnungen 20 in den Strömungsflächen ausgebildet.
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Die Figuren 4 bis 6 zeigen sehr anschaulich im Schnitt längs der Linie
A-B von Figur 7 die verschiedenen möglichen Betriebszustände am Kiel eines in erfindungsgemäßer
Weise ausgerüsteten Bootes. Bei Vorwindkurs braucht der Bootskiel kein Krängungsgegenmoment
aufzubringen. Beide Strömungsflächen 13a sind an den Kern des Kiels herangeschwenkt,
so daß der Kiel eine relativ schlanke Gestalt hat (Fig. 4). Ist Luv an Backbord,
wird die steuerbordseitige Strömungsfläche (13a) vom Kielkern weggeschwenkt, womit
am Kiel ein zur Steuerbordseite gerichtetes Moment erzeugt wird (Fig. 5). Derselbe
Zustand ist von vorn in Fig. 8 dargestellt. Deutlich ist die asymmetrische Gestalt
des Bootskieles erkennbar.
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Fig. 9 zeigt als Einzelheit aus dem Bootskielkern zwei voneinander
unabhängig betätigbare Kolben/Zylinder-Einheiten 19, mit deren Hilfe die Strömungsflächen
vom Bootskielkern wegschwenkbar sind. Sie werden durch Druckleitungen, die im Innern
des Kielkernes geführt sind, vom Boot her mit Druckfluid, beispielsweise einem Hydrauliköl,
beaufschlagt.
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Eine alternative, dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt schließlich
Fig. 10. Bei dieser Ausführungsform ist die Form des Bootskieles oder -schwertes
nicht veränderbar, dafür ist der Winkel, den der Bootskiel mit der Bootslängsachse
einschließt, veränderbar, so daß auf diese Weise in der Kräfteachse unterhalb des
Bootsschwerpunktes bei Fahrt ein Moment erzeugt wird, das quer zur Bootslängsachse
wirkt und zur Kompensation des Krängungsmoments herangezogen werden kann.
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Die mechanischen Hilfsmittel zur Verstellung des Kieles können llydraulikzylinder,
Elektromotoren oder dgl. sein.
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Die Steuerung und Regelung der Druckbeaufschlagung der Kammern 15
bzw. der Kolben/Zylindereinheiten 18 auf der einen oder anderen Seite des Kiels
12 bzw. deren Entlastung oder zur Verdrehung des gesamten Kieles (Fig. 10) erfolgen
vorzugsweise
automatisch, wozu beispielsweise zwischen dem Mastfuß
und dem Mastschuh ein Spiel vorgesehen ist, welches dem Mastfuß eine gewisse Beweglichkeit
ermöglicht, die für Steuer- und Regelzwecke ausnutzbar ist. Es ist gegebenenfalls
auch möglich, die Bewegung des Mastfußes unter Zuhilfenahme entsprechender Obersetzungsgetriebe
zum Zwecke der Betätigung von Pumpenkolben auszunutzen. Alternativ oder zusätzlich
können die an den Wanten und Stagen auftretenden Kräfte für dergleichen Steuer-
und Regel zwecke nutzbar gemacht werden.
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Weiterhin ist es möglich, zur Steuerung der die Kiel- bzw.
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Schwertform verändernden Pumpen einen Krängungsmesser heranzuziehen.
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Weiterhin bietet sich speziell für Schwertboote eine sehr elegante
Verfahrensweise zur Veränderung der Schwertform in Abhängigkeit vom gefahrenen Kurs
an, nämlich die Verwendung von profilierten Schwertern, die längsgeteilt sind. Bei
Luv an Backbord zieht man die backbordseitige Schwerthälfte hoch, wodurch eine asymmetrische
Schwertform entsteht. Bei Luv an Steuerbord zieht man entsprechend die steuerbordseitige
Schwerthälfte hoch. Bei achterlichem Wind wird keine Schwerthälfte hochgezogen.
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Man kann aber auch auswechselbare Schwerter unterschiedlicher Formen
einsetzen, um eine je nach Windrichtung asymmetrische Schwertform einzusetzen. Dabei
läßt sich für die verschiedenen Am-Wind-Kurse ein einziges, asymmetrisches Schwert
verwenden, das beim Wendemanöver einfach umgedreht wird. Diese letztgenannten Alternativen
bieten sich besonders für leichte Boote, wie Jollen, an, bei denen schwere Aggregate
nicht mitgeführt werden können.