DE4238786A1 - Takelung für Wasserfahrzeuge mit Drehmomentkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Takelung für Wasserfahrzeuge mit einem oder mehreren außerhalb der Mittschiffsebene ge­ haltenen und gegen den Wind krängend angestellten Segeln.

Unter der Takelung versteht man die Gesamtheit der Segeleinrichtung eines Segelschiffs. Sie ist kennzeichnend für ein Schiff und besteht aus den Masten, die nach oben durch die Stengen verlängert und, ebenso wie diese, abge­ stützt sind. Die Masten dienen zum Anbringen der Segel, die an Rahen oder an Gaffeln und Bäumen durch das laufende Gut ausgespannt werden.

Die beiden Hauptarten von Segeln sind Rahsegel und Schratsegel Rahsegel findet man nur noch bei sogenannten Windjammern, während die Schratsegel drei - oder viereckige Segel sind, die in Längsschiffsrichtung gesetzt werden. Allen Schratsegeln ist gemeinsam, daß in sie vom Segelmacher eine mehr oder weniger starke Wölbung hineingearbeitet ist - die meist in Grenzen auch veränderbar ist - womit das Segel bei entsprechender Stellung zum Wind ähnlich einem Flugzeugtragflügel eine Auftriebskraft erzeugt. Die dem Wind zugewandte und von diesem angeströmte Vorderkante des Segels - das sogenannte Vorliek - ist dabei entweder in der Mastnut oder an einem Stag geführt und damit in der Mittschiffsebene positioniert. Die sich aus Auftrieb und Widerstand ergebende Gesamtkraft des Segels kann vektoriell in Richtung der Längsachse des Schiffes (Vortriebskraft) und rechtwinklig zur Längsachse des Schiffes (Querkraft) aufgeteilt werden. Während die gewünschte, möglichst große Vortriebskraft das Schiff antreibt, hat die - bei Amwind- Kursen - größere Querkraft ausschließlich negative, uner­ wünschte Wirkungen. Die Querkraft verursacht das Abdriften des Schiffes. Sie ist also der Grund dafür, daß das Segel­ schiff nicht genau in Richtung seiner Längsachse fährt, sondern in einem entsprechenden Winkel nach Lee abgetrieben wird.

Der Segeldruckpunkt liegt je nach Schiffs- und Segel­ größe ein oder mehrere Meter über dem Deck des Schiffes oder anders gesagt einige Meter über der Rollachse, das ist jene Längsachse des Schiffes, um die das Schiff krängt. Das Produkt aus Größe der Querkraft des Windes und Größe des Hebelarmes ist eines der Drehmomente, das zur Schräglage des Segelschiffes, zur sogenannten Krängung, führt.

Der durch die Abdrift entstehende Wasserdruck auf das Schwert den Kiel bzw. das ganze Unterwasserschiff erzeugt jedoch eine im Druckpunkt des Lateralplanes angreifende reaktive Kraft, die in Multiplikation mit dem Hebelarm, gebildet aus dem Abstand des Lateraldruckpunktes zur Roll­ achse des Schiffes, ein weiteres Drehmoment ergibt, das die Krängung des Schiffes verstärkt. Um eine Stabilität des Schiffes zu erreichen, wird der Schiffsrumpf mit Ballast versehen, der meist am unteren Ende des Kiels angebracht ist. Auf diese Weise wird ein wiederaufrichtendes Moment erreicht. Diese bekannten Schiffe bzw. die sich ergebende Krängung hat wesentliche Nachteile. Zunächst einmal wird die angeströmte Segelfläche als Projektion der tatsächlich vorhandenen Segelfläche kleiner, so daß die Kraft auf das Segel abnimmt. Gleichzeitig wird die Abdrift größer. Durch die Schräglage des Segels verändert sich die Zerlegung der Windkraft und bekommt eine Komponente senkrecht nach unten, so daß das Schiff tiefer ins Wasser gedrückt wird. Der Rei­ bungswiderstand im Wasser erhöht sich. Das schrägliegende Deck stellt für die Crew eine erhebliche Beeinträchtigung dar. Auch ohne Segel stellt das aus Mast, Baum, Wanten und Stagen bestehende Rigg dem Wind einen so großen Widerstand dar, daß das Schiff insbesondere bei Sturm gefährdet ist. Ein Umlegen des Mastes insbesondere beim Durchfahren von Brückendurchfahrten stellt eine erhebliche Arbeit dar, die auch bei Reparaturarbeiten anfällt. Darüber hinaus bietet der Ballast, dessen Gewicht mindestens bei 25% des Gesamt­ gewichtes liegen muß, einen Nachteil dar, weil er zwangsweise zu einer größeren Wasserverdrängung führt.

All diese Nachteile hat man mit verschiedenen Lösungen versucht abzustellen. So ist aus der DE-PS 8 75 617 eine Konstruktion mit sogenannten Starrsegeln bekannt, bei denen das oder die Segel durch eine geeignete Konstruktion außer­ halb der Mittschiffsebene gehalten und gegen den Wind krängend angestellt werden. Diese Starrsegel sind für Segel­ boote und Jachten sehr unpraktisch, da sie in ihrer Größe nicht dem Wind angepaßt werden können. Zudem können die Segel gemäß der bekannten Lösung nicht in jede beliebige Stellung zum Boot gebracht werden.

Bei der immerhin aus dem Jahre 1911 stammenden Lösung gemäß DE-PS 2 53 470 bekannten Lösung wird ein an einem Mast angeschlagener schwenkbarer Rah vorgeschlagen. Auch hier ist keine beliebige Stellung des Segels zum Boot er­ reichbar. Insbesondere ist ein Verlauf der Kraftlinie der Gesamtkraft unterhalb der Rollachse des Schiffes nicht darzu­ stellen. Auch die DE-OS 20 18 326 zeigt keine Lösung, mit der die Segelfläche frei in der Umgebung des Fahrzeuges bewegt und in jeder beliebigen Stellung zum Wind fixiert werden kann. Die dort gezeigte Vorrichtung ist im übrigen sehr kompliziert und unpraktisch. Die DE-OS 19 58 387 zeigt eine Anordnung mit waagerechten Segeln und damit eine sehr ineffektive Stellung der Segel im Hinblick auf den Vortrieb. Die DE-OS 24 31 710 zeigt ein sich selbsttätig einstellendes Segel , das aber mit der gezeigten und beschriebenen Anordnung zu wenig Freiheitsgrade aufweist, um in jede beliebige Stel­ lung gebracht werden zu können. Zudem ist die Annahme falsch, daß es nur eine einzige optimale Stellung zum Wind gibt, die bei allen Kursen zum Wind gleich ist. Vormwind- Kurse verlangen andere Anstellungen als Amwind-Kurse. Ebenso kann das aus der EP-OS 15 875 bekannte symmetrische Dreieck­ segel nicht in jede Stellung gebracht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Takelung zu schaffen, die bei weitgehender Reduzierung der Krängung und Verringerung des Windwiderstandes bei Sturm dem Schiff optimale Segeleigenschaften verleiht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Segel als gleichschenkliges Dreiecksegel ausgebildet ist, das mit einem Baum mittig zu spannen und das mit der Basislinie als Vorliek in einer beliebig positionierbaren und einstellbaren, profilierten und steifen Rah gehalten und über einen klappbar und verschwenkbar ausgebildeten Kragarm außerhalb der Mittschiffslinie gehalten ist.

Mit einer derartigen Konstruktion können Segelstellungen erreicht und eingehalten werden, bei denen die Kraftlinie der Gesamtkraft des Segels in ihrer rückseitigen Verlänge­ rung die senkrechte Mittschiffsebene in geringerer Höhe schneidet als der Segeldruckpunkt liegt. Dadurch wird das Drehmoment der Windkraft verringert. Durch entsprechende Stellung des Segels kann man die Kraftlinie sogar durch die Höhe der Dreh- oder Rollachse des Schiffes führen, so daß die Gesamtkraft des Segels keinen Hebelarm mehr zur Krängung des Schiffes hat. Letztlich ist es sogar möglich, die Kraftlinie noch tiefer durch das Schwert bzw. den Kiel in Höhe der Lage des Lateraldruckpunktes zu führen, so daß das Drehmoment - gebildet aus Wasserkraft und Abstand des Lateraldruckpunktes von der Drehachse - kompensiert wird. Das Schiff kann selbst bei stärkstem Wind nicht krängen. Die besondere Ausbildung des Kragarmes, der die Möglichkeit gibt, das Segel entsprechend weit außerhalb der Mitschiffs­ ebene anzuordnen, gibt gleichzeitig auch die Möglichkeit, dieses Segel und die dazu gehörigen Teile so am und auf dem Deck zu verstauen, daß in kürzester Zeit quasi ein Motor­ boot entsteht, das Brückendurchfahrten ohne weiteres passieren kann und das dem Sturm wenig Widerstand bietet.

Nach einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kragarm auf jeder Achse des Raumes trans­ versal stufenlos verschiebbar und um jede Achse des Raumes beliebig stufenlos drehbar und dabei in jeder Stellung zum Schiffskörper fixierbar ist. Dadurch kann das Segel in jede notwendige Stellung gebracht und in dieser Stellung gehalten werden, wodurch eine jeder Wetterlage optimale Ausnutzung des Windes möglich wird.

Diese Vielbeweglichkeit wird insbesondere dadurch erreichbar, daß der Kragarm über Drehkränze auf dem Deck gelagert und zusätzlich um ein Gelenk schwenkbar ist. Der Kragarm kann somit in allen drei Achsen des Raumes bewegt werden und durch eine transversale Verschiebung des Anschlag­ gelenkes auch noch in allen drei Achsen transversal verscho­ ben werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Kragarm teles­ kopierbar ausgebildet und mechanisch oder hydraulisch ein­ stellbar ist. Hierdurch kann die Vielseitigkeit der Stellung des Kragarms gezielt erhöht werden.

Die Optimierung der Takelung wird gezielt dadurch er­ reicht, daß der Kragarm am oberen Ende einen weiteren, eben­ falls allseitig gelenkig angebrachten und ausgebildeten Arm aufweist, der teleskopierbar ausgebildet und an dessen freien Ende die allseitig schwenkbare Rah angebracht ist.

Statt der Viergelenke ist es auch möglich, die Ver­ bindung Kragarm/Deck und Arm/Kragarm sowie Arm/Rah von einer Kombination von einachsigen Gelenken zu bilden. Allerdings ist eine solche Ausbildung aufwendiger, als die des Vierge­ lenkes.

Um die jeweilige Position des Dreiecksegels zu ver­ bessern, sieht die Erfindung vor, daß der Baum über arretier­ bare Gelenke und vorzugsweise zusätzlich über eine Schot mit Arm verbunden ist. Über den Baum oder Gabelbaum (ähnlich dem Baum eines Windsurfers) kann das Segel vorgespannt wer­ den, wobei die Schot die Verstarrung der Gelenke gezielt unterstützen kann, Um die Gesamtkonstruktion gezielt so zusammenlegen zu können, daß sie auf dem Deck des Schiffes flach aufliegt, ohne an irgendeiner Stelle über die Bordkante hinauszuragen und ohne wesentlich über die durch die Railing oder das Deckhaus bestimmte Höhe hinauszuragen, sieht die Erfindung vor, daß Deck/Kragarm, Kragarm/Arm, Arm/Rah und Rah/Baum über als Klappgelenke ausgebildete Gelenke verbunden sind. Die Gesamtkonstruktion kann somit gezielt auf dem Deck so weit zusammengelegt und zusammengefaßt werden, daß ein kom­ pakter Bootskörper ohne wesentliche Überstände erreicht ist.

Eine Programmierung der günstigsten Stellungen zum Wind bei allen Kursen zum Wind und allen Windstärken kann erfol­ gen, wenn den Gelenken und den Teleskopteilen ihre Stellung überwachende Sensoren zugeordnet sind. Über die Sensoren kann die Bewegung und Belastung jedes einzelnen Gelenkes bzw. der Teleskopteile abgefragt und entsprechend programmiert werden.

Um vom Ruder aus gleichzeitig auch die jeweils günstigste Stellung des oder der Segel vorzugeben, sieht die Erfindung vor, daß den Gelenken und den Teleskopteilen Servomotoren und Stellvorrichtungen zugeordnet sind, die über einen Prozeßrechner mit dem Ruder verbunden sind. Die Segel können über die entsprechenden Servomotoren und Stell­ vorrichtung fortwährend optimal angestellt und positioniert werden bzw. in entsprechenden Positionen gehalten werden.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Take­ lung geschaffen ist, über die eine Krängung weitgehend ver­ hindert werden kann. Durch ein entsprechendes Zusammenlegen der gesamten Takelung wird der Windwiderstand sehr weit reduziert, so daß auch bei Sturm die Gefahr des Kenterns deutlich verringert wird. Insgesamt kann dabei das Schiff optimal geführt und günstigste Segeleigenschaften ausgenutzt werden. Durch entsprechende Zuordnung von Servomotor u. ä. Hilfsmitteln kann das Segelschiff jeweils unter optimaler Ausnutzung des Windes gesegelt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Segelschiff in Vorkopfansicht mit neuer Takelung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Segelschiffs,

Fig. 3 die Takelung in zusammengeklappter Anord­ nung in Vorkopfansicht und

Fig. 4 das Segelschiff mit zusammengeklappter Takelung in Seitenansicht.

Bei dem in Fig. 1 und den nachfolgenden Figuren wieder­ gegebenen Wasserfahrzeug (1) handelt es sich um ein Segel­ schiff mit einer neuartigen Takelung (2). Über diese neu­ artige Takelung kann das Segel (3) jeweils optimal im Wind (4) gehalten werden.

Die Takelung (2) ist auf dem Schiffskörper (6) bzw. dem Deck (7) dreh- und schwenkbar angeordnet. Über diese Takelung bzw. den zur Takelung gehörenden Kragarm wird das Segel (3) jeweils außerhalb der Mittschiffsebene (8) gehalten und gegen den Wind krängend angestellt. Der Schiffs­ körper (6) ist hier nur mit einem üblichen Kiel (9) ausge­ rüstet. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Takelung (2) kann aber auf ein entsprechend großes Gewicht am Kiel (9) verzichtet werden.

Optimal verläuft die Kraftlinie (11) der Gesamtkraft durch den Lateralpunkt (10) oder zumindest durch die Roll­ achse (13), wenn das Segel (3), wie in Fig. 1 verdeutlicht, über den Kragarm (20) entsprechend gegen den Wind (4) krängend angestellt ist, so daß der Wind (4) im Segeldruck­ punkt (12) wirksam ist.

Gemäß Fig. 1 und 2 kann ein weiteres Segel (15) vorge­ sehen werden, wobei dieses Segel (15) und das Segel (3) als Dreiecksegel (18) ausgebildet ist. Dieses gleichschenk­ lige Dreiecksegel (18) wird mit dem Baum (16) mittig gespannt und mit der Basislinie des Dreiecks als Vorliek in einer beliebig positionierbaren und anstellbaren, profilierten und steifen Rah (17) gehalten. Dadurch können die Segel (3, 15 bzw. 18) mit einem Winkel gegen den Wind (4) geneigt werden und gleichzeitig nach Lee so weit außerhalb der Mitt­ schiffsebene (8) festgehalten werden, daß die aufgrund der Segelneigung ebenfalls geneigte Kraftlinie (11) der Gesamt­ kraft deutlich unterhalb der Höhe des Segeldruckpunktes (12) die Mittschiffsebene (8) schneidet oder sogar die Mitt­ schiffsebene (8) in der Höhe des Lateraldruckpunktes (10) schneidet. Auch das weitere Segel (15) ist so geneigt ange­ stellt und so weit außerhalb der Mittschiffsebene (8) nach Luv gehalten, daß die Verlängerung der Kraftlinie der Gesamt­ kraft (11) ebenfalls bis hinunter zur Höhe des Lateraldruck­ punktes (10) geführt wird.

Die beliebige Positionierung und Anstellung wird weiter dadurch erreicht, daß das Segel (3 bzw. 15) mit seinem Baum (16) an einem Gelenk (28) am freien Ende (27) des Armes (21) angeschlagen ist, mit dem es um alle drei Achsen des Raumes geschwenkt werden kann, wobei das vorgenannte Gelenk (28) selbst auf allen drei Achsen des Raumes transversal verschoben wird. Die transversale Verschiebung des Anschlag­ punktes bzw. Gelenkes (28) wird durch eine kombinierte Bewe­ gung des teleskopierbaren Armes (21) bzw. des Kragarmes (20) möglich, der an seinem Fußpunkt (23) über einen Dreh­ kranz (22) und ein Gelenk (24) zumindest zweigelenkig ge­ lagert ist. Darüber hinaus ist der Arm (21) am oberen Ende (25) des Kragarmes (20) über ein Gelenk (26) mit dem Krag­ arm verbunden.

Da die Segel (3, 15) außerhalb der Mittschiffsebene (8) liegen müssen, entstehen durch die Vortriebskräfte Dreh­ momente um die Hochachse des Schiffskörpers (6) wie das bei herkömmlicher Takelung auch schon bei Ausstellen der Segel und durch die Krängung auftritt. Diese Drehmomente können bei der neuen Takelung entweder sich gegenseitig kompensieren, was Fig. 2 verdeutlicht oder durch einen An­ griff der Gesamtkraft (11) jedes Segels (3, 15) genau in dem Lateraldruckpunkt (10) zu Null gebracht werden. Damit ergibt sich die beschriebene optimale Ausnutzung der Segel­ eigenschaften eines solchen Wasserfahrzeuges (1).

Fig. 1 verdeutlicht noch, daß der Arm (21) aus zwei Teleskopteilen (29, 30) besteht, wobei durch einen hier nicht dargestellten Hydraulikzylinder beispielsweise die Teleskopteile (29, 30) gegeneinander verschoben werden können.

Fig. 3 und 4 zeigen den Schiffskörper (6) mit zusammen­ gelegter Takelung (2), wobei deutlich wird, daß ein derart ausgebildeter Schiffskörper (6) mit Takelung (2) für den Wind (4) nur relativ wenig Angriffsmöglichkeiten bietet.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfin­ dungswesentlich angesehen.

Claims (10)

1. Takelung für Wasserfahrzeuge mit einem oder mehreren außerhalb der Mittschiffsebene gehaltenen und gegen den Wind krängend angestellten Segeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Segel (3) als gleichschenkliges Dreieckssegel (18) ausgebildet ist, das mit einem Baum (16) mittig zu spannen und das mit der Basislinie als Vorliek in einer beliebig positionierbaren und einstellbaren, profilierten und steifen Rah (17) gehalten und über einen klappbar und verschwenkbar ausgebildeten Kragarm (20) außerhalb der Mittschiffslinie (8) gehalten ist.

2. Takelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragarm (20) auf jeder Achse des Raumes transversal stufenlos verschiebbar und um jede Achse des Raumes beliebig stufenlos drehbar und dabei in jeder Stellung zum Schiffs­ körper (6) fixierbar ist.

3. Takelung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragarm (20) über Drehkränze (22) auf dem Deck (7) gelagert und zusätzlich um ein Gelenk (24) schwenkbar ist.

4. Takelung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragarm (20) am oberen Ende (25) einen weiteren, ebenfalls allseitig gelenkig angebrachten und ausgebildeten Arm (21) aufweist, der teleskopierbar ausgebildet und an dessen freien Ende (27) die allseitig schwenkbare Rah (17) angebracht ist.

5. Takelung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragarm (20) teleskopierbar ausgebildet und mecha­ nisch oder auch hydraulisch einstellbar ist.

6. Takelung nach Anspruch 2 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Kragarm (20)/Deck (7) und Arm (21)/Krag­ arm sowie Arm/Rah (17) von einer Kombination von einachsigen Gelenken gebildet ist.

7. Takelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Baum (16) über arretierbare Gelenke (28) und vorzugs­ weise zusätzlich über eine Schot mit dem Arm (21) verbunden ist.

8. Takelung nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Deck (7)/Kragarm (20), Kragarm/Arm (21), Arm/Rah (17) und Rah/Baum (16) über als Klappgelenke ausgebildete Gelenke (24, 26, 28) verbunden sind.

9. Takelung nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Gelenken (24, 26, 28) und den Teleskopteilen (29, 30) ihrer Stellung überwachende Sensoren zugeordnet sind.

10. Takelung nach Anspruch 1 bis Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Gelenken (24, 26, 28) und den Teleskopteilen (29, 30) Servomotoren und Stellvorrichtungen zugeordnet sind, die über einen Prozeßrechner mit dem Ruder verbunden sind.