DE4309346A1 - Segel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Segel, insbesondere für Wasserfahr­ zeuge.

Derartige Segel bestehen bekannterweise aus einer einzigen Tuchfläche bzw. Tuchlage, die durch Zusammennähen einzelner Tuchbahnen hergestellt wird. Die Zuschnitte der einzelnen Tuchbahnen sind dabei so berechnet, daß der Luftstrom an der Innen- und Außenseite der Tuchfläche in aktiver Segelstellung einen möglichst großen Vortrieb erzeugt. Das aus einer einzigen Tuchfläche bestehende Segel hat jedoch im Vergleich zu einem Flugzeugtragflügel eine sehr geringe Steifigkeit. Daher kann nicht wie bei einem Flugzeugtragflügel eine aerodynamisch optimierte Segelgeometrie erzeugt werden.

Durch Einsatz modernster Computertechniken bei der Berechnung der Zuschnitte der einzelnen Tuchbahnen und durch die Auswahl und Kombination von Tuchbahnen mit unterschiedlichen mechanischen Tucheigenschaften gab es zwar ständig Verbesserungen der aerodynamischen Eigenschaften der Segel. Nach wie vor setzt jedoch die zweidimensionale weiche Segelstruktur Grenzen. Diese weiche zweidimensionale Segelstruktur ist andererseits Voraus­ setzung zur praktischen Handhabung eines Segelbootes, da das Segel rollbar, reffbar, zusammenlegbar und leicht in einem Sack verstaubar sein muß, was eine weiche Struktur erfordert. Wegen dieser weichen Segelstruktur ist bisher eine optimale Segelform­ gebung unter aerodynamischen Gesichtspunkten nicht möglich, was sich beispielsweise in dem üblichen Dreiecksschnitt anstatt der aerodynamisch günstigen Trapezform zeigt. Hinzu kommt, daß das weiche Segelprofil erst mit Hilfe von Zugkräften längs der Lieken und der Schothörner abhängig von den individuellen Kenntnissen und Erfahrungen eines Seglers in eine aerodynamisch günstige Form getrimmt werden müssen, wobei durch Faltenbildung, Einbeulen und Krallen des Achterlieks eine aerodynamische Verschlechterung der Segelwirkung infolge erhöhten Reibungswiderstandes des Segels auftritt. Hinzu kommt weiterhin, daß eine strömungsgünstige und widerstandsarme Ausbildung der Windanschnittkante bzw. des Vorlieks ähnlich einer Flügelnase eines Flugzeugtragflügels von Haus aus mit dem existierenden Segel aufgrund der einzigen Tuchlage nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Segel, insbesondere für Wasserfahrzeuge, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung verfügbar zu machen, das in aktiver Segelstellung eine steife dreidimensionale Struktur besitzt, jedoch bei Segelmanövern und bei Nichtgebrauch in eine weiche zweidimensionale Struktur überführbar ist.

Erfindungsgemäß besteht das Segel aus den in Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen und wird bevorzugt durch die in den Ansprüchen 2 bis 13 gekennzeichneten Merkmale weiter ausgestaltet.

Verfahrensseitig wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 14 genannten Merkmale gelöst. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 15 bis 17 genannt.

Das erfindungsgemäße Segel ermöglicht eine deutliche Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften bisheriger Segel durch Schaffung einer formstabilen, sich selbst tragenden, aerodyna­ misch optimierten Segelstruktur, die für die aktive Segel­ stellungen aktivierbar ist. Hierzu ist der Raum zwischen den beiden Tuchlagen durch wenigstens eine gasdichte Druckkammer, vorzugsweise jedoch durch eine Vielzahl nebeneinander in Längsrichtung des Segels liegender und durch Abstandsstege voneinander getrennter Druckkammern versehen, bei deren Druck­ beaufschlagung das zunächst weiche Segel für die aktiven Segelstellungen zu einer formstabilen, sich selbst tragenden aerodynamisch optimierbaren Segelstruktur bringbar ist. Bei Druckentlastung kann jederzeit die für Manöver wie Rollen, Reffen, Bergen und Verpacken nötige Weichheit zur Handhabung erreicht werden.

Die dreidimensionale Struktur kann vorteilhaft zur Optimierung der Forderung nach minimalem Widerstand plus maximalem Vortrieb ein Verhalten wie eine steifer Flugzeugtragflügel erreichen, wobei die dreidimensionale Segelstruktur auch durch Steuerung der Druckbeaufschlagung und/oder differentielle Druckbeaufschlagung einzelner Druckkammern variierbar sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei dem Segel die Tuchlagen liekseitig miteinander verbunden, ins­ besondere verklebt, wobei vorzugsweise jeder Abstandssteg aus einem Material mit hoher Scherelastizität in Längsrichtung besteht, dessen maximale Materialdicke konstant ist. Der Abstandssteg besteht insbesondere aus einem Kunststoffmaterial, und die vorgesehene hohe Scherelastizität und die Beibehaltung der maximalen Dicke gewährleistet vorteilhaft, daß sich beim Wechsel der Segelstellung (wenn die Innenseite zur Außenseite wird) die beiden Tuchlagen soweit nötig gegeneinander verschieben können und das Segelprofil in den Segelstellungen backbord/ steuerbord völlig gleich bleibt.

Die bevorzugt in Längsrichtung des Segels orientierten Druckkam­ mern weisen jeweils einen vorzugsweise kombinierten Gaseinlaß und Gasauslaß auf. Sie sind entweder bei einer am gasdruckdichten Tuch integral durch die verbundenen Tuchlagen und durch die Abstandsstege gebildet oder können alternativ jeweils einen elastischen Druckbehälter aufweisen, der beispielsweise aus dünnem Latexmaterial besteht und vor dem Aufkleben der zweiten Tuchlage auf die erste Tuchlage und die Verbindungsstege eingesetzt worden ist.

Die Abstandsstege dienen nicht nur zur Abgrenzung von Druckkam­ mern, sondern tragen vorteilhaft auch zu einer aerodynamischen Profilgebung bei, da sie aufgrund ihrer Materialwahl den vorgesehenen Abstand der Tuchlagen in allen aktiven Segel­ stellungen gleich halten.

Zur Druckversorgung der Druckkammern ist vorteilhaft vorgesehen, daß das Gas zu den jeweiligen Gaseinlässen und Gasauslässen über einen Druckgasschlauch zuführbar ist, wobei vorzugsweise der Druckgasschlauch im Bereich des Vorlieks angeordnet ist.

Für die Gasbeaufschlagung und -entlastung ist nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung eine steuerbare Ventilanord­ nung vorgesehen, und jeder Druckkammer ist mittels einer Pumpe oder einer Druckgasflasche Gas gesteuert zuführbar. Vorteilhaft können durch die dreidimensionale Ausbildung des Segels Wind­ anschnittkante, Segeloberfläche, Achterliek usw. mit kleinst­ möglichem Luftwiderstand konstruiert und verwirklicht werden.

Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckgas temperierbar. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, beispielsweise ein kaltes Druckgas einzusetzen und das Segeltuch soweit abzukühlen, daß Wasserdampf aus der Luft kondensiert, sich an dem Segeltuch niederschlägt und dort ein Bild des Strömungs­ verlaufs über der gesamten Segelfläche erzeugt, das als Grundlage zur Berechnung/Optimierung der aerodynamischen Daten verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Segels mit einer nur in der Aktionsphase formstabilen, sich selbst tragen­ den, aerodynamisch optimierten Segelstruktur ermöglicht eine rationelle Herstellung, wobei in günstiger Weise neben dem herkömmlichen Nähen auch die Klebetechnik berücksichtigt wird. Es wird zunächst eine erste Tuchlage in einer Form durch Verkleben einzelner Tuchbahnen hergestellt, die einer Kontur eines errechneten Segelprofils entspricht. Längs der ersten Tuchlage werden dann die Abstandsstege in Längsrichtung aufge­ klebt und dann entweder bei gasdichten Tuchlagen die zweite Tuchlage auf den Stegen und längs der Lieken verklebt oder bei nicht gasdichten Tuchlagen vor dem Aufkleben der zweiten Tuchlage in die von den Stegen gebildeten Zwischenräumen exakt dimensio­ nierte elastische Druckbehälter, beispielsweise aus dem Lat­ exmaterial, gelegt, die mit der vorgesehenen Einlaß- und Auslaßöffnung im Bereich des Vorderlieks verbunden werden, wonach dann die zweite Tuchlage auf die Stege und längs der Lieken geklebt wird.

Die Druckkammern selbst können somit unmittelbar durch verklebte gasdichte Tuchlagen und Abstandsstege hergestellt werden oder alternativ dadurch, daß in die vorgesehene Druckkammern passende elastische Druckbehälter an die Einlaß- und Auslaßöffnung angeklebt werden, bevor die Tuchlagen miteinander und mit den Abstandsstegen verbunden werden.

Für die Gebrauchsstellung des Steges wird dann der Druckgas­ schlauch an die einzelnen Öffnungen der Druckkammern ange­ schlossen und im Bereich des Vorlieks, vorzugsweise längs des Vorlieks, befestigt, und über ein steuerbares Ventil, vorzugs­ weise ein Dreiwegeventil, können die Druckkammern unter Druck gesetzt bzw. drucklos gemacht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht eines Ausfüh­ rungebeispiels eines erfindungsgemäßen Segels;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Abstandssteg zur Demon­ stration der gewünschten Stegeigenschaften.

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Segels 10 für Wasserfahrzeuge dargestellt, das aus einem Vorliek 11, einem Achterliek 12 und einem Unterliek 13 besteht. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 ersichtlich, sind in dem Segel 10 gasdichte Druckkammern 14 bis 19 zwischen der hinteren Tuchlage 20 und der vorderen Tuchlage 21 gebildet. Die Tuchlagen 20 und 21 sind liekseitig miteinander durch Verkleben verbunden, und die nebeneinanderliegenden Druckkammern 14 bis 19 sind durch innen­ liegende an den beiden Tuchlagen jeweils befestigte Abstandsstege 22 bis 27 voneinander getrennt.

Für die Gasdruckzuführung und das Drucklosmachen der einzelnen Druckkammern 14 bis 19 weist jede Druckkammer einen kombinierten Gaseinlaß und Gasauslaß 28 bis 33 auf, die jeweils mit einem Druckgasschlauch 34 im Vorliek 11 in Verbindung stehen. Über den Druckgasschlauch 34, der in nicht dargestellter Weise mit einer Pumpe oder einer Druckgasflasche über ein steuerbares Ventil, insbesondere ein nicht dargestelltes Dreiwegeventil, in Ver­ bindung steht, können die Druckkammern 14 bis 19 unter Druck gesetzt bzw. drucklos gemacht werden, um eine nur in der aktiven Segelstellung formstabile, sich selbst tragende, aerodynamisch optimierte Segelstruktur zu erreichen.

Eine besondere Aufgabe für das Segelprofil und dessen Beibehal­ tung bei verschiedenen Segelstellungen hat das Material der Abstandsstege 22 bis 27 zu erfüllen. Es besteht aus Kunststoff oder Segeltuch und muß in Längsrichtung über eine hohe Scherela­ stizität verfügen, wie in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet. Andererseits darf es die vorgegebene maximale Dicke d_max nicht ändern, damit die beiden Tuchlagen 20, 21 sich beim Wechsel der Segelstellung soweit wie nötig gegeneinander verschieben können und das Segelprofil in den Segelstellungen backbord/steuerbord völlig gleich bleibt.

Claims (18)

1. Segel, insbesondere für Wasserfahrzeuge, bestehend aus zwei miteinander verbundenen Tuchlagen (20, 21), zwischen denen wenigstens eine gasdichte Druckkammer (14-19) gebildet ist, wobei jede Druckkammer (14-19) zur Erzielung einer dreidimensionalen Struktur des Segels (10) mit Gas beaufschlagbar ist.

2. Segel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tuchlagen (20, 21) liekseitig unmittelbar miteinander verbunden sind.

3. Segel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tuchlagen (20, 21) miteinander verklebt sind.

4. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Druckkammern (14-19) durch Abstandsstege (22-27) voneinander getrennt sind.

5. Segel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstege (22-27) mit den beiden Tuchlagen (20, 21) verklebt sind.

6. Segel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abstandsstege (22-27) aus einem Material mit hoher Scherelastizität in Längsrichtung besteht, wobei die maximale Materialdicke konstant ist.

7. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (14-19) in Längsrichtung des Segels (10) orientiert sind.

8. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Druckkammer (14-19) ein Gaseinlaß und Gas­ auslaß (28-33) vorgesehen ist.

9. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Druckkammer (14-19) ein elastischer Druckbe­ hälter vorgesehen ist.

10. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gas zu allen Druckkammern (14-19) über einen Druckgas­ schlauch (34) zuführbar ist.

11. Segel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgasschlauch (34) im Bereich des Vorlieks des Segels (10) angeordnet ist.

12. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gasbeaufschlagung und -entlastung der Druck­ kammern (14-19) eine steuerbare Ventilanordnung vorgesehen ist.

13. Segel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckkammer (14-19) mittels einer Pumpe oder einer Druckgasflasche Gas gesteuert zuführbar ist.

14. Segel nach eine der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas temperierbar ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Segels gemäß Anspruch 1, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
konturgemäßes Herstellen von zwei Tuchlagen für ein dreidimensionales Segelprofil;
Ankleben von Abstandsstegen in Längsrichtung an eine Tuchlage zwecks Vorbereitung der Bildung von Druckkammern; und
liek- und stegseitiges Verbinden der Tuchlagen mit Einlaß- und Auslaßöffnung im Bereich des Vorlieks.

16. Segel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Tuchlagen längs der Lieken verklebt werden.

17. Segel nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern unmittelbar durch verklebte gasdichte Tuchlagen und Abstandsstege hergestellt werden.

18. Segel nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in die vorgesehenen Druckkammern passende Druckbehäl­ ter mit Anschluß an die Einlaß- und Auslaßöffnung einge­ legt werden, bevor die Tuchlagen miteinander und mit den Abstandsstegen verbunden werden.