DE69715649T2

DE69715649T2 - Schwenkbares segel

Info

Publication number: DE69715649T2
Application number: DE69715649T
Authority: DE
Inventors: Robert Dane
Original assignee: Solar Sailor Pty Ltd
Current assignee: Solar Sailor Pty Ltd
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: EP0935554B1; NO992265L; EP0935554A4; CA2271110C; IL129846A; CN1244843A; DE69715649D1; TR199901539T2; IL129846A0; CA2271110A1; US6105524A; JP2001503707A; ATE224320T1; EP0935554A1; DK0935554T3; NO331029B1; NO992265D0; WO1998021089A1; JP3452585B2; CN1109624C

Description

Die Erfindung betrifft ein schwenkbares Segelrigg, insbesondere ein schwenkbares Segelrigg, welches die Gewinnung von Energie sowohl aus Wind als auch Sonne bewerkstelligt.

Stand der Technik

Mit einem wachsenden Bewusstsein des Erfordernisses, erneuerbare Energiequellen zu nutzen, wurde der Wind- und Solarenergie ein erhöhtes Interesse zuteil.
Es ist aus der GB Patentschrift 2,234,723 bekannt, Solarkollektoren auf einem Flügelsegel zu befestigen. Dieses Dokument beschreibt eine Anordnung von drei Flügelsegeln, wobei jedes der Flügelsegel gemeinsam um seine longitudinale Achse drehbar ist und die Anordnung der Flügelsegel um eine vertikale Achse drehbar ist, die mit der longitudinalen Achse des mittleren Flügelsegels zusammen fällt. Zur Verstauung kann die Anordnung der Flügelsegel zu einer querab gelegten Konfiguration gedreht werden und dann um eine Querachse geschwenkt werden, um die Anordnung herab auf das Deck zu legen.
GB 2,160,165 A beschreibt ein Segelfahrzeug, umfassend zwei Flügelsegel, welche in einem fixierten Winkel zueinander befestigt sind, so dass sie um ihre eigenen Achsen schwenken können und zusammen um die vorder-achterne Achse des Fahrzeugs in solcher Weise schwenken können, dass, wenn das eine Flügelsegel grundsätzlich aufrecht steht, das andere Flügelsegel sein Ende, welches mit einem Schwimmer versehen ist, im Wasser hat, um das Fahrzeug zu stabilisieren.

Die Beschreibung der Erfindung

Entsprechend einem Aspekt, beruht die Erfindung auf einem Fahrzeug, beinhaltend ein Flügelsegel, drehbar an seiner Basis um eine Kippachse, die parallel zur Längsachse des Fahrzeugs ist, wodurch das Flügelsegel zwischen einer im Wesentlichen aufrechten Position und einer im Wesentlichen horizontalen Position gekippt werden kann, wobei das Fahrzeug Kippmittel zum Steuern des Kippens des Flügelsegels relativ zum Fahrzeug um die Fahrzeuglängsachse beinhaltet, wobei das Flügelsegel eine Längsachse definiert und um seine Längsachse drehbar ist, wodurch das Flügelsegel im Anstellwinkel verstellbar ist, wobei das Fahrzeug Verstellmittel zur Steuerung der Drehung des Flügelsegels um seine Längsachse beinhaltet, und wobei das Flügelsegel Sonnenkollektormittel beinhaltet und wobei das Kippen und Verstellen des Flügelsegels genutzt werden kann zur Optimierung der Energienutzung aus Sonne und Wind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind ein Paar querbeanstandete Flügelsegel vorhanden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Damit diese Erfindung einfacher verstanden werden kann und praktisch umgesetzt werden kann, wird nun Bezug genommen zu den anhängenden Zeichnungen, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche, perspektivische Ansicht eines Wasserfahrzeugs beinhaltend ein Paar von Flügelsegeln;
Fig. 2 eine Endansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 1, mit beiden Flügelsegeln in einer allgemeinen aufrechten Konfiguration;
Fig. 3 eine Endansicht des Wasserfahrzeugs der Fig. 1 mit einem der Flügelsegel in einer aufrechten Konfiguration und einem in einer horizontalen oder gekippten Position,
Fig. 4 eine Detailansicht von einer möglichen Kopplungs-, Kipp- und Verstellanordnung, und
Fig. 5 eine alternative Kopplungs-, Kipp- und Verstellanordnung.

Beste Ausführungsform

Fig. 1, 2 und 3 stellen ein Wasserfahrzeug 10 dar, beinhaltend ein Paar von Flügelsegeln 12. Diese Segel sind seitlich quer über dem Wasserfahrzeug beabstandet und sind benachbart zu gegenüberliegenden Seiten des Wasserfahrzeugs angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche, welche die Solarplatten trägt, nur auf der einwärtsweisenden Oberfläche der Segel angeordnet. Alternativ tragen beide Seiten des Segels Solarkollektoren oder, wiederum alternativ, kann das Segel in einer bevorzugten Anordnung transparent sein und doppelseitige (bi-seitige) Solarkollektoren können sicher innerhalb des Segels angeordnet sein.
Die Flügelsegel erstrecken sich von dem Wasserfahrzeug in einer Flügel- oder armähnlichen Weise und stellen, zusammen mit dem Deck, drei solarkollektierende Oberflächen dar, welche zusammen einen flachen oder konkaven Komposit- Solarkollektor ausbilden, wenn betrachtet in der Bug-Heckrichtung, wie gezeigt in Fig. 2 und 3.
Eine Kopplungsanordnung ist bereitgestellt, um das proximale Ende von jedem Segel 12 an dem Wasserfahrzeug 10 so zu befestigen, dass eine Bewegung der Segel relativ zu dem Wasserfahrzeug bereitgestellt wird.
Bezugnehmend zu Fig. 4, beinhaltet das Wasserfahrzeug 10 eine Rahmenstruktur auf seinem Deck. Die Rahmenstruktur beinhaltet eine Reihe von sich seitlich erstreckenden Elementen 14. Diese sich seitlich erstreckenden Elemente 14 beinhalten hohle zylindrische Hülsen 16 an ihren äußeren Enden. Diese Hülsen 16 bilden einen zentralen Durchgang aus, welcher sich parallel zu der Mittellinie des Wasserfahrzeugs erstreckt.
Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, sind die Hülsen ausgebildet, um eine Primärwelle 18 der Kopplungsanordnung zu befestigen. Die Primärwelle 18 ist innerhalb der Hülsen drehbar in solcher Art, dass sie um eine Achse drehbar ist, welche im wesentlichen parallel zu der Mittellinie des Wasserfahrzeugs verläuft. Die Primärwelle ist auch für eine begrenzte axiale Bewegung (Bug-Heck) innerhalb der Hülsen befestigt.
Ein männliches Kopplungselement 20 erstreckt sich radial auswärts von der Welle und ist ausgebildet, um innerhalb einer Bohrung in dem Flügelsegel angeordnet zu werden, um dadurch das Flügelsegel auf der Primärwelle zu befestigen. In dieser Anordnung ist die longitudinale Achse des Segels im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Primärwelle angeordnet.
In der dargestellten Form, beinhaltet das männliche Kopplungselement 20 ein Höheneinstellungselement 22, welches ausgebildet ist, um den Abstand zwischen dem Flügelsegel 12 und der Primärwelle 18 einzustellen. Ein Stag 24 ist bereitgestellt, um das Flügelsegel in Position auf dem männlichen Kopplungselement zu sichern.
Eine Drehung der Primärwelle 18 bewirkt, dass das Flügelsegel 12 von einer allgemeinen aufrechten Konfiguration, wie dargestellt in Fig. 2, zu einer seitlichen oder gekippten Position sich bewegt, wie dargestellt in Fig. 3. Weiterhin ermöglicht die axiale Bewegung der Primärwelle 18 es, die Position der Befestigung des Flügels in der Bug-Heckrichtung zu variieren. In einigen Ausführungsformen kann die Primärwelle auch dort einwärts oder - auswärts des Wasserfahrzeugs bewegt werden.
Die Kopplungsanordnung ist auch ausgebildet, um eine Drehung des Segelriggs oder Flügels 12 um seine longitudinale Achse (d. h. "Versteilung") zu erlauben. Diese Drehung wird bereitgestellt durch Drehung des Flügels 12 auf dem männlichen Element 20. Um diese Drehung zu bewerkstelligen, sind Hülsen 26 entlang des männlichen Kopplungselements angeordnet. Mit dieser Anordnung kann der Angriffswinkel des Flügels variiert werden, während der Flügel in einer allgemein aufrechten Konfiguration relativ zu dem Wasserfahrzeug ist oder in einer gekippten oder teilweise gekippten Konfiguration, in welcher er sich seitlich zu dem Wasserfahrzeug erstreckt. Diese Drehung ermöglicht eine Veränderung in den Auftriebseigenschaften des Flügels, ermöglicht, dass die Ausrichtung des Wasserfahrzeugs relativ zu dem Wind variiert werden kann zum effektiven Segeln bei verschiedenen Winkeln zu der Windrichtung, und ermöglicht eine optimale Ausrichtung zu der Sonne für die Solarkollektion.
Die Kopplung beinhaltet eine Steuerungsanordnung, um das Schwenken oder Kippen des Flügelsegels zu steuern. In der dargestellten Form, beinhaltet diese Steuerungsanordnung einen Steuerungsarm 28, welcher sich radial von der Primärwelle 18 in einem winkel-beabstandeten Verhältnis zu dem männlichen Kopplungselement 20 erstreckt. In der dargestellten Form ist der zwischen dem Steuerungsarm 28 und dem männlichen Kopplungselement 20 ausgebildete Winkel im Bereich von 90º.
Um die Neigung des Segels zu steuern, ist eine Riggung 30 (Fig. 3) zwischen dem Steuerungsarm 28 und dem Deck des Wasserfahrzeugs bereitgestellt. Die Riggung beinhaltet Seile, Rollen und Klemmen in der üblichen Weise (natürlich kann diese Steuerung durch hydraulische oder andere Mittel bereitgestellt werden, insbesondere bei größeren Fahrzeugen). In kleineren Fahrzeugen wird vorzugsweise ein Rollensystem (nicht gezeigt) verwendet, bei dem die Seile eine mechanische Hüfestellung bereitstellen, um bei der Positionierung der Segel zu helfen.
Um die Drehungen der Flügelsegel um ihre longitudinale Achse zu steuern, ist eine Riggung 32, 34 (Fig. 4) zwischen der entsprechenden Leit- und Hinterkante des Flügelsegels und des Steuerungshebels 28 bereitgestellt. Durch Einstellen der Riggung kann der Angriffswinkel des Flügelsegels gesteuert werden. Weiterhin kann das Flügelsegel dichtgeholt oder eingestellt werden. Wiederum kann diese Steuerung durch elektrische Motoren, hydraulische oder andere Mittel erreicht werden.
Wie am besten in den Fig. 2 und 3 dargestellt, erstrecken sich die Steuerungsarme 28 einwärts auf das Deck des Katamarans. Mit dieser Anordnung kann der Katamaran von einer oder zwei Personen bedient werden, da jeder der Steuerungsarme von der Mitte des Wasserfahrzeugs erreicht werden kann, wodurch ermöglicht wird, dass die Positionen der zwei Flügelsegel 10 gesteuert werden. Weiterhin kann in dieser Position das Wasserfahrzeugruder und der Motor einfach erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt das Flügelsegel eine halbgekippte Grundausrichtung von 45º durch die Verwendung von Federn oder anderen flexiblen Mitteln ein. Dies bedeutet, dass das Segel in die extreme aufrechte und horizontale (vollgekippte) Position, wie gezeigt in Fig. 2 und 3, entsprechend gedrängt werden muss. Dies ist vorteilhaft, weil, wenn die Grundposition die in Fig. 3 gezeigte Horizontalposition ist, es schwierig ist, das Segel zu heben aufgrund eines Fehlens von mechanischer Hilfestellung, wenn das Segel horizontal ist.
Eine modifizierte Kopplungsanordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Es wird ersichtlich, dass der Steuerungsarm 28 in Außerbords-Richtung verlängert wurde. Folglich kann diese Außerbords-Verlängerung des Steuerungsarmes verwendet werden, um das Segel von der geneigten Grundausrichtung in Richtung der vollgekippten Position zu zwingen.
Das Wasserfahrzeug weist hochwertige Eigenschaften für solarangetriebenes Motorsegeln auf. Die auf dem Wasserfahrzeug befestigen Flügel mit ihrer aerodynamischen Form und den in viele Richtungen gerichteten Bewegungsmöglichkeiten sind sehr vielseitig und ermöglichen eine Vielzahl von zusätzlichen Funktionen im Vergleich zu der traditionellen Riggung. Dies beinhaltet, in der Lage zu sein, Hebe- oder Stabilisierungskräfte auf dem Wasserfahrzeug auszuüben, fähig zu sein, die Eigenschaften des Wasserfahrzeugs, wie sein Gewichtszentrum und seine Ablenkung durch den Wind zu ändern und in der Lage zu sein, die Solarkollektoren auf den Segeln präzise auszurichten, um zur Sonne zu zeigen. Die Befestigung der Solarplatten auf dem Flügel ermöglicht eine große solarkollektierende Oberfläche, welche auf dem Wasserfahrzeug eingebaut ist ohne die Eigenschaften des Wasserfahrzeugs nachteilig zu beeinflussen. Weiterhin sind, aufgrund der Winkeleinstellungsmöglichkeiten mit dem Flügel, die Solarplatten in der Lage, eine maximale Aussetzung der Oberfläche der Anordnung zur Solarkollektion bereitzustellen. Durch Befestigung der Flügel wie gezeigt, wird eine Abschattung des Decks vermieden und der Deckraum kann vorteilhaft zur Solarkollektion verwendet werden.
Die Vorteile, welche durch die Flügelanordnung im solarbetriebenen Motorsegeln bereitgestellt werden, werden weiter verstärkt durch Einbeziehen einer Vielzahl von Flügelsegeln in dem Wasserfahrzeug, da dies verschiedene Kombinationen oder durch die Anordnungen auszuführende Funktionen ermöglicht, welche nicht durch eine einzelne Flügelanordnung möglich sind. Zum Beispiel, kann ein Flügel ausgebildet sein, um akkurat der Sonne zu folgen oder zusätzliche Stabilität dem Wasserfahrzeug zu verleihen, während der andere Flügel in einer aufrechten Konfiguration ist, um dem Wasserfahrzeug einen Vorwärtsantrieb bereitzustellen. Weiterhin können die Flügelanordnungen zusammenarbeiten, um die auf das Wasserfahrzeug einwirkenden Kräfte besser zu optimieren.
Die Energie, welche mittels eines Segels aus dem Wind gewonnen werden kann, ist proportional zu der dritten Potenz der relativen Windgeschwindigkeit. Daraus folgt, dass die Verwendung von Solarenergie, um das Wasserfahrzeug anzutreiben, die relative Windgeschwindigkeit erhöht (außer wenn vor dem Wind gefahren wird) wodurch die Segeleffektivität gesteigert wird. Dies ist eine "positive Rückkopplungsschleife", in welcher die von der Sonne gesammelte Energie vorteilhaft verwendet wird, um die Sammlung von Energie von dem Wind durch verbesserte Effektivitäten zu verstärken.
Es ist zu verstehen, dass jede Form von schwenkbarer Befestigung verwendet werden kann, um das Segel an dem Wasserfahrzeug zu befestigen, beinhaltend elastische Materialien, Scharniermechanismen etc.
Es ist zu verstehen, das alternative Steuerungsmittel, wie elektrische Motoren, Hydrauliken etc. die Kabelriggung ersetzen können. Ein großer Nachteil von Flügelsegeln war früher die Unmöglichkeit, ein Flügelsegel zu reffen. Traditionell ist es nur möglich gewesen, das Segel zu verstellen oder dichtzuholen. Die vorliegende Erfindung erlaubt die teilweise oder vollständige Reffung eines Flügelsegels und die Befestigungsanordnung, welche dieses Ergebnis erzielt, kann auch vorteilhaft verwendet werden, um zu ermöglichen, dass das Flügelsegel der Sonne zur Solarkollektion folgt.
Schließlich wird verstanden werden, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und/oder Zusätze in die Konstruktion und Anordnung der zuvor beschriebenen Teile eingeführt werden können ohne von dem Gegenstand der Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen.

Claims

1. Ein Fahrzeug (10) beinhaltend ein Flügelsegel (12) drehbar an seiner Basis um eine Kippachse, die parallel zur Längsachse des Fahrzeugs ist, wodurch das Flügelsegel zwischen einer im Wesentlichen aufrechten Position und einer im Wesentlichen horizontalen Position gekippt werden kann, wobei das Fahrzeug Kippmittel (24, 40, 28) zum Steuern des Kippens des Flügelsegels relativ zum Fahrzeug um die Fahrzeuglängsachse beinhaltet, wobei das Flügelsegel eine Längsachse definiert und um seine Längsachse drehbar ist, wodurch das Flügelsegel im Anstellwinkel verstellbar ist, wobei das Fahrzeug Verstellmittel (32) zur Steuerung der Drehung des Flügelsegels um seine Längsachse beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelsegel Sonnenkollektormittel beinhaltet und wobei das Kippen und Verstellen des Flügelsegels genutzt werden kann zur Optimierung der Energienutzung aus Sonne und Wind.

2. Ein Fahrzeug nach Anspruch 1, in dem ein Paar quer beabstandete Flügelsegel (12) vorhanden sind.

3. Ein Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Flügelsegel (12) eine vorgegebene halb gekippte Position zwischen der im Wesentlichen aufrechten Position und der im Wesentlichen horizontalen Position annimmt.

4. Ein Fahrzeug nach Anspruch 1, worin der Flügelsegel (12) einen Sockel oder eine Bohrung zur Aufnahme eines Befestigungszapfens (20) beinhaltet, wobei das Flügelsegel relativ zum Fahrzeug befestigt ist.

5. Ein Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Flügelsegel (12) neben dem Sonnenkollektormittel transparent ist und worin das Sonnenkollektormittel zweiseitige Sonnenkollektoren beinhaltet.

6. Ein Fahrzeug nach Anspruch 5, worin das zweiseitige Sonnenkollektormittel innerhalb einer transparenten Haut angeordnet ist, die das Äußere des Flügelsegels bildet.