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S E G E L A N O R D N U N G , I N S B E S O N D E R E
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RIGG Die Erfindung betrifft eine Segelanordnung, insbesondere eine
Rigg für Surfboard. Bei den bekannten kleinen Segelgeräten dieser Art, auch für
Eissegeln oder Strandsegeln, wird ein Segeltuch vorn an einen Mast geriggt und durch
Schoten oder Gabelbäume (beim Windsurfen) fixiert. So erreicht man aber nur ein
nachteilig kleines Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand, und besonders bei
hoch einfallendem Wind wird dessen Energie nur wenig genutzt.
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Um aus einer gegebenen Segelfläche, insbesondere einer Rigg, ständig
möglichst viel Vortrieb bei einfacher Bedienbarkeit herauszuholen, wird erfindungsgemäß
die Merkmalskombination des Hauptanspruches vorgeschlagen.
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Sie ergibt ein Tragflächenprofil, dessen für den jeweiligen Betriebszustand
optimale Profiltiefe der Surfer nach Gefühl durch Verschwenken der Profilkörper
mit der Stellvorrichtung bestimmen kann. Obgleich diese Profilkörper nur im vorderen
Bereich der Segelanordnung vorhanden
sind, bildet sich durch Mitwirkung
der luv- und leeseitigen Windkräfte das vollständige Tragflächenprofil selhsttätig,
indem der Benutzer durch entsprechende Verdrehung des Stellrohres das Segeltuch
auf der ihm zugewandten Luvseite strafft und auf der ihm abgewandten Leeseite lockert,
umso stärker, je größer die maximale Dicke des erfindungsgemäßen halbstarren Profilsegels
sein soll, entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen.
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Für eine Rigg besteht die Stellvorrichtung in Weiterbildung der Erfindung
aus zwei Spannseilen, deren jeweiliges vorderes Ende am Bug des Gabelbaumes fest
ist, während die hinteren Enden der Spannseile über Blöcke hinten am Gabelbaum nach
vorn und außen zu je einem Ende des Doppelhebels geführt sind. Dadurch kommt jeweils
ein in Ruhelage schlaffes Spannseil in bequeme Reichweite des Benutzers.
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Zur Verbesserung des Strömungsverhältnisses ist in Weiterbildung der
Erfindung das Vorliek den vorderen Profilteil des Mastes umgebend und außen tropfenförmig
profiliert.
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Ebenfalls zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse kann das Achterliek
im Profil nach hinten verjüngt und in Weiterbildung der Erfindung vorderseitig zu
einem vom Segeltuch umhüllten Distanzkörper verbreitert sein.
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Die Streckkraft kann auf das Segel übertragen werden durch die Anwendung
eines Achterliekstreckers, der am erfindungsgemäß starren Achterliek angreift, wodurch
der Benutzer die Dicke des Segelprofils regulieren kann, entsprechend den jeweiligen
Betriebsbedingungen.
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Für eine Rigg wird zur griffbequemen Betätigung auch der Achterliekstrecker
in Höhe des Gabelbaumes angreifend geführt, sowie andererseits in Höhe eines starren
Oberlieks
und Unterlieks bzw. am Mast, wobei Diagonalseile zwischen einem starren Oberliek
und Unterliek bzw.
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dem Mast die Kräfte so ausbalancieren, daß das Profilsegel über seine
ganze Höhe gleichmäßig gestreckt wird.
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Zweckmäßig verläuft dabei wenigstens ein Diagonalseil innerhalb des
doppelwandigen Segels, so daß es die mit diesem erzielte im wesentlichen laminare
Strömung nicht beeinträchtigt.
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Die Streckkraft wird in Weiterbildung der Erfindung vom starren Vorliek
über ein Schraubteleskop und ein Zugseil zum Bug des Gabelbaumes übertragen. Das
Längenverhältnis zwischen dem starren und dem flexiblen Teil des so gebildeten Zuggliedes
kann über das Schraubteleskop verstellt werden: Je kleiner der freie Längenanteil
des Zugseiles ist, desto größer wird das vom Achterliekstrecker herrührende auf
das Vorliek einwirkende Rückstellmoment auf das starre Vorliek und den Mast, desto
kleiner wird also die Pfeilhöhe des Segelprofils über der Profilsehne.
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Zweckmäßig liegen im vorderen Bereich des Segels mehrere Profilkörper
aufeinander, die vorzugsweise nach hinten schwalbenschwanzförmig verjüngt sind.
Dadurch wird vermieden, daß der Benutzer, wenn er beim Kentern auf die Rigg fällt,
sich an den Profilkörpern verletzen kann, weil diese dann mit dem sie jetzt locker
umschließenden doppelwandigen Segel gegeneinander nachgeben. Ein dabei etwa beschäXdigter
vorzugsweise aus Kunstschaum bestehender und hohler Profilkörper könnte außerdem
mit geringem Aufwand ausgewechselt werden, während die übrigen Profilkörper beibehalten
werden können.
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Die Erfindung möge anhand des in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels
weiter erläutert werden.
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Es zeigen: Abb. 1 eine Seitenansicht auf die Segelanordnung,
Abb.
2 einen Schnitt in der Ebene A/A aus Abb. 1, Abb. 2a in größerem Maßstab einen Teilschnitt
in der Ebene B/B aus Abb. 1, Abb. 2b in größerem Maßstab einen Teilschnitt in der
Ebene £/C aus Abb. 1, Abb. 3 das halbstarre Segel in tragflächenförmig ausgelenkter
Profilform und mit einem Diagramm der angreifenden Windkräfte, Abb. 4 zum Vergleich
die Windkraftverteilung an einem herkömmlichen Einfachsegel, Abb. 5 und 6 die Unterdruckverteilung
über die gesamte Fläche des erfindungsgemäßen Segels, Abb. 7 zum erfindungsgemäßen
und dem herkömmlichen Vergleichssegel den Verlauf von Auftriebs- und Widerstandskraft
in Abhängigkeit vom Luftanströmwinkel, und Abb. 8 den entsprechenden Vergleich der
erzielten Vortriebskräfte in Abhängigkeit vom Winkel zwischen Kurs und Wind, Abb.
9 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform, Abb.lO in Darstellung entsprechend
Abb. 3 das zugehörige Kräftediagramm, Abb.ll eine Seitenansicht auf die abgewandelte
Ausführungsform, Abb.l2 eine Seitenansicht auf eine weitere Abwandlung, Abb.13 bis
15 in vergrößerter Teildraufsicht verschiedene Ausführungsformen des balligen Profilkörpers.
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Wie aus den Abbildungen 1 und 2 hervorgeht, ist das Segeltuch 3 doppelwandig
und kraftschlüssig ausgespannt zwischen dem Mast 6 und einem ihn vorn umqreifenden
außen tropfen-
förmigen starren Vorliek 5 t sowie einem steiironr I
und dem starren
nach hinten verjüngten Achterliek 4 andererseits. Dies ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel
dadurch erreicht, daß aus dem Segeltuch 3 vorn und hinten durch horizontale Einschnitte
Bänder gebildet sind, die, von oben nach unten, abwechselnd von der einen und anderen
Seite um den Mast 6 bzw. das Stellrohr 7 zum Vorliek 5 bzw. Achterliek 4 bzw. zur
gegenüberliegenden Seite des Segeltuches 3 geschlungen und dort sowie am Mast 6
bzw. dem Drehrohr 7 verklebt und mit den letztgenannten Teilen auch noch durch Hohlniete
verbunden sind (nicht dargestellt), um der Fließneigung des Klebers entgegenzuwirken.
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Am Stellrohr 7 ist in Höhe des Gabelbaumes 9 ein Doppelhebel 10 c
fest, an dessen beiden seitlichen Enden die hinteren Enden der seitlichen Seiltrume
10 angreifen, welche von da über Blöcke 10 b hinten am Gabelbaum 9 nach vorn geführt
und beiderseits des Buges des Gabelbaumes 9 fixiert sind. In der aus den Abbildungen
2, 2 a und 2 b ersichtlichen Ruhelage hat der Seilzug 10 keine Spannung; das doppelwandige
Segel 1 bildet einsymmetrisches Tropfenprofil. Zieht der Benutzer an dem ihm zugewandten
vorderen Trum des Seilzuges 10, so strafft er die ihm zugewandte Fläche des Segeltuches
3 über den Doppelhebel 10 c und das Stellrohr 7, wobei die dem Benutzer abgewandte
leeseitige Fläche des Segeltuches 3 entspannt wird und durch die hinter dem Mast
6 im vorderen Drittel der Segelanordnung übereinander eingeschlossenen balligen
Profilkörper 2, unterstützt durch hintere Distanzkörper 8 und die angreifenden Windkräfte,
ein Tragflächenprofil entsteht, wie aus Abb. 3 ersichtlich. Seine konvexen und konkaven
Krümmungen werden stärker, je mehr der Benutzer am Seil 10 zieht. Das Tragflächenprofil
wird umso dicker, je weiter der Benutzer den ebenfalls griffbequemen bei 10 d nach
vorn beiderseits an den Bug des Gabelbaumes 9 geführten Achterliekstrecker 10 a,
10 b locker läßt. Der Achterliekstrecker greift, wie am besten aus Abb. 1 ersichtlich,
in Höhe des Gabelbaumes 9 am starren Achterliek 4 an und ist von dessen Enden
umgelenkt
auf die hinteren Enden eines starren Unterlieks 26 bzw. eines starren Oberlieks
27. Von da wirkt nochmals die auf den Seilzug gebrachte Streckkraft, welche das
starre Achterliek 4 gegen die hinteren Enden von Unterliek 26 und Oberliek 27 zu
ziehen bestrebt ist. Durch Diagonalseile 10 e, 10 d wird die Streckkraft gleichmäßig
über die ganze Länge des starren Achterlieks 4 verteilt, so daß das Segel 1 über
seine ganze Höhe gleichmäßig gestrafft wird. Das Diagonalseil 10 d verläuft zwischen
Oberliek 27 und Unterliek 26 innerhalb des doppelwandigen Segels 1, so daß es den
laminaren Strömungsfluß an der Segeloberfläche nicht stört. Das Diagonalseil 10
e ist zwar außen herumgeführt, vom starren Achterliek 4 zum unteren Ende des Mastes
6, jedoch über den Gabe-lbaum 9 hinweg. Es verläuft daher im wesentlichen außerhalb
des Oberflächenbereiches des Segels 1, so daß es den laminaren Strömungafluß ebenfalls
nicht nennenswert beeinflußt.
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Die balligen und nach hinten schwalbenschwanzförmig verjüngten Distanzkörper
2 sind im vorderen Drittel des Segels 1 aufeinandergelegt und zwischen dem Mast
6, den Wandungen des Segeltuches 3, sowie dem Unterliek 26 und dem Oberliek 27 eingeschlossen.
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Wenn der Surfer kentert, ist das Segeltuch 3 entspannt, so daß die
Distanzkörper 2 einzeln nachgeben können, falls der Surfer etwa darauf fällt.
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In Abb. 3 ist die Wirkungsweise der für die Profilgebung in Frage
kommenden Kräfte dargestellt.
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Durch das Kräftepaar 22, 23, das über den Seilzug 10 eingeleitet wird,
ergibt sich die Profiltiefe des halbstarren Segelkörpers.
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Die Kräfte 24, 25 leiten die Einstellung der Profilform - konkav oder
konvex - in Luv bzw. Lee ein.
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Die durch die Kräfte 24, 25 vorgegebene Profilform wird durch die
Windkräfte 11, 6 unterstützt.
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Durch diese Anordnung wird über die gesamte Segelfläche ein optimales
Segelprofil erreicht und damit die gegenüber herkömmlichen Segeln überlegene Windausnutzung
(Abb, 5).
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über die annähernd trapezförmige Segelgestaltung und den dargelegten
konstruktiven Lösungen ist der Windanstellwinkel (ßi) über die gesamte Segelfläche
gleich.
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Es wird in jeder Schnittebene des Segels der Luftanströmwinkel eingehalten
mit der Konsequenz eines maximalen Auftriebs durch optimal ausgebildete Unter-und
Uberdruckzonen (in der Abb. 5 ist nur die Unterdruckzone 11 dargestellt, die überdruckzone
hat eine andere Charakteristik, verläuft über die Segelfläche analog).
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Durch diese konstruktiven Merkmale wird der auftriebshemmende Druckausgleich
12 in den Stirnzonen des Segels zwischen Vorder- und Rückseite minimiert (geringere
Wirbelbildung, geringerer induzierter Widerstand) Abb. 5.
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Die aerodynamischen Verhältnisse an einem herkömmlichen und dem Erfindungsprofil
sind in Abb. 3 und 4 im Schnitt dargestellt.
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Wie man sieht, ist der Unterdruckbereich 13 beim herkömmtlichen Segel
oberhalb des Segels aufgrund der üblichen Mast-Segelverbindung 18, 19 und der eingeschränkten
Profil formgebung nur schlecht ausgebildet.
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In Abb. 5 und 6 ist die Unterdruckverteilung 11, 13 über die gesamte
Segel fläche dargestellt.
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Beim herkömmlichen im Vergleich zum erfindungsgemäßen Segel sirpd
wie durch die Abb. 5 und 6 dargestellt, die Unterdruckzonen 13 über die gesamte
Segel fläche nur
eingeschränkt ausgeprägt. Gleiches gilt für die
über druckzonen, die in der Abb. 5 und 6 nicht eingezeichnet sind.
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die verminderte Ausprägung der Unter- 13 und Uberdruckzonen 17 des
herkömmlichen Segels resultiert aus - der in Abb. 4 dargestellten und bereits erwähnten
grundsätzlich schlechteren Unterdruckausbildung 11, 13, - den in der Abb. 6 erkennbaren
konstruktiv bedingten unterschiedlichen Luftanströmwinkeln (ßi) in den verschiedenen
Schnittebenen und - den ebenfalls konstruktiv bedingten, zur Schot spitz angeordneten
Lieken 14, 15.
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Zusammen bewirken diese Faktoren die eingangs angesprochene schlechte
Ausnutzung der Windenergie bei herkömmlichen Seqeln.
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Die überleqenheit des erfindunqsgemäßen Segels wird an folgendem Beispiel
verdeutlicht.
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Vermessen wurde ein leistunqsstarkes handelsübliches Surfsegel mit
5,8 qm und ein nach den eingangs beschriebenen Konstruktionsmerkmalen gebautes Segel.
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Die Segel wurden nacheinander auf einer Meßeinrichtung senkt recht
befestigt.
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Die Meßeinrichtung zeigt bei unterschiedlichen Luftans-trömwinkeln
und Geschwindigkeiten die jeweiligen Auftriebs- und Widerstandswerte an.
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Die Messungen wurden bei 10 m/s Luftanströmgeschwindigkeit mit unterschiedlichen
Anstellwinkeln durchgeführt. Diese I4 A M , k .- - Ca1 k A4 - - -guten
Surfbedingungen.
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Die Messungen, zusammengestellt in der Abb. 7, haben ergeben, daß
das erfindungsgemäße Segel bei einem Luftan-0 strömwinkel von 18-20 rund 35 S höhere
Auftriebakrafte erreicht als das handelsübliche Segel mit einem Luft-0 anströmwinkel
von 36 - 38 bei gleicher Segelfläche.
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Praktische Fahrversuche mit dem vorstehend beschriebenen Surfsegel
haben gezeigt, daß die nach den Messungen im Windkanal zu erwartenden besseren Surfeigenschaften
hoch am Wind erreichbar sind.
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Wenn weniger hoch am Wind gesegelt werden soll, besonders bei geringen
Windgeschwindigkeiten (unter 15 m/sek), wäre ein schlankes und trotzdem extrem gewölbtes
Tragflächenprofil optimal. Die bloße Einleitung der Tragflächenwölbung, durch Verdrehung
des achterlichen Stellrohres, unter überwiegender Mitwirkung der Windkräfte, reicht
bei schwachem Wind nicht für eine extreme Tragflächenwölbung, wenn. außerdem der
Achterliekstrecker stark angezogen wird, um ein dünnes Tragflächenprofil zu behalten.
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Speziell für diese Betriebsbedingung wird die Ausbildung nach Anspruch
10 bis 13 und den Abb. 9 bis 15 vorgeschlagen.
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Die Veränderung der Tragflächenwölbung des halbstarren Profilsegels
1 geschieht durch direkte Verschwenkung des hohlen elastischen hinten offenen Profilkörpers
46 über eine an seinem Doppelhebel 36 angreifende Schot 38.
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Dann genügt schon die Kraft eines achwachen Windes, um die hinter
dem Profilkörper liegenden Bereiche des Segeltuches der gewünschten Profilform anzugleichen.
Dafür allerdings muss in den vorderen Profilkörper ein verhältnismäßig großes Verstellmoment
eingeleitet werden.
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Dadurch, daß die Arme des Doppelhebels 37 in seiner Mittellage schräg
nach vorn zeigen, und vor allem durch die Añlenkung des Profilkörpers 46 hinter
der Achse des
Mastes 6 oder Mastfußes 6 a am Gabdbaum vergrößert
sich der wirksame Hebelarm, an welchem die Schot 38 angreift, umso mehr, je stärker
der ballige Profilkörper 46 ausgelenkt wird. So kann der Benutzer auch extrem große
Profilwölbungen bei schwachem Wind einstel-len, ohne übermäßig stark an der Schot
ziehen zu müssen.
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Eine solche Profilform zeigt Abb. 10, einschließlich der dabei im
Betrieb auftretenden Windkräfte 16, 11, der Kräfte aus den Verankerungaseilen 36
zwischem dem Gabelbaum 9 und der Konsole 47 hinten am Mast 6, welcher der elastische
Profilkörper 46 angelenkt ist, wobei die horizontalen Spannseile 36 in Durchbrüchen
des Profilkörpers 46 verlaufen, wie aus Abb. 9 schematisch ersichtlich ist.
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Ein längeneinstellbares Zugglied 35 hält die elastisch auseinanderfedernden
Schenkel des Profilkörpers 46, und dessen sich daraus ergebende Verformung ist ebenfalls
aus Abb. 10 ersichtlich.
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Der Achterliekatrecker 39 ist ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel
(Abb. 2) und betätigbar durch die Schot 10 d (Abb. 9). Zwischen deren Enden und
dem Gabelbaum 9 verlaufen gummierte Stellringe 48,mit welchen eine vorwählbare Streckkraft
auf das Achterliek fixierbar ist.Ebensolche Stellringe 48 sind vorgesehen an der
Schot 38 für die Profileinstellung.
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So kann sich der Sportler auf die Handhabung des Gabelbaumes konzentrieren,
solange er unter einigermaßen konstantem Wind fährt.
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Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß jedes der Diagonalseile 43, 44 sowie
49,50 statisch aus je zwei Trumen 44, 43 besteht, die im Abstand parallel zueinander
verlaufen, wobei deren einander zugekehrte Enden mit Spannelementen 51 am Gabelbaum
9 fixiert sind.
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Die Variante nach Abb. 12 läßt erkennen, daß der dortige elastische
V-förmig gefaltete Distanzkörper 46 a nach hinten in Zacken 52 ausläuft, wodurch
ein besonders weicher stetiger übergang gewährleistet ist in den hinteren durch
Mitwirkung der Windkräfte zu verformenden Profilbereich. Außerdem ist in der Variante
nach Abb. 12 der Profilkörper 46 a im vorderen Bereich mit so großer Wandstärke
ausgeführt, wie aus dem zugehörigen Horizontalw schnitt in Abb. 14 ersichtlich,
daß er selbsttragend ist, so daß an Stelle des Mastes 6 ein unten im Profilkörper
fixierter Mastfuß 6 a genügt.
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In ähnlicher Darstellung zeigt Abb. 15 im Horizontalschnitt schematisch,
daß die vorderen Enden des Segeltuches 1 entweder bei 40 auf oder bei 41 in oder
bei 42 an die Schenkel bzw. Schenkelenden des elastischen Profilkörpers 46 geklebt
oder sonstwie fixiert sein können.