DE8237177U1

DE8237177U1 - Vorrichtung zum einstellen eines fluegelsegels

Info

Publication number: DE8237177U1
Application number: DE19828237177U
Authority: DE
Original assignee: Walker Wingsail Systems Ltd
Current assignee: Walker Wingsail Systems Ltd
Priority date: 1981-08-22
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1984-04-12
Also published as: JPH02162191A; ES275247U; PT75448B; DE8223561U1; AU8714982A; ES275247Y; AU560143B2; CA1185487A; DE3270117D1; PT75448A; FI822833A0; FI822833L; KR840001087A; FI77420C; EP0073589B1; FI77420B; JPH0631069B2; EP0073589A1

Description

Köln, den 13. Januar 1984 vA.

Anmelderin: Walker Wingsail Systems: Limited

Mein Zeichen: W 159/3

, Vorrichtung zum Einstellen eines Flügelsegels ' .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen eines Flügelsegels für ein durch ein Flügelsegel angetriebenes Fahr-ί zeug, bei der ein Ausgleichsgewicht an einem mit deia Flügelsegel verbundenen Baum befestigt ist.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug, in einem typischen Fall ein

Schiff, mit einem sogenannten Flügelsegel auszustatten, wobei '

das Segel die Form eines mehr oder weniger steifen Tragflächen- :

abschnittes wie bei einer Flugzeugtragfläche aufweist. Bei ei- ,

ner solchen Anordnung wird das Segel auf dem Schiff im allge- ; meinen an einer annähernd vertikalen Schwenkachse befestigt.

Diese Schwenkachse enthält normalerweise ein einziges unteres j

Lager, um welches das Flügelsegel zum Einstellen des Segel- ,

Trimmwinkels gegenüber dem Wind gedreht wird. ^!

Sowohl bei servomechanisch gedrehten als auch bei heckseitig ' getrimmten Flügelsegeln ist es erwünscht, die erforderliche Trimmarbeit auf ein Minimum herabzusetzen. Aus diesem Grunde wird die Achse des Triiumlagers im allgemeinen so gelegt, daß sie durch die schmale Zone durchtritt, in der sich der Druckmittelpunkt des Segels im normalen Arbeitsbereich befindet. Bei j sehr stark gewölbten Abschnitten und solchen mit hohem Vortrieb befindet sich diese Zone annähernd 35 % hinter der vorlaufenden Kante, während sie sich selbst bei symmetrischen Abschnitten ! einige 25 % hinter der vorlaufenden Kante befindet. Bei Flügelsegeln mit geradliniger Form befindet sich ihre Vertikallage annähernd auf halber Höhe, während einfache geometrische Konstruk-

tionen im allgemeinen dazu verwendet werden, um die Zone bei Flügelsegeln mit sich verjüngender oder elliptischer Form vertikal anzuordnen.

Der stärkste Teil dee Flügelsegele, der sich am besten zur Anlage mit der vertikalen Lageranordnung eignet, ist im allgemeinen eine vorlaufende Kante mit D-Box-Fofs. Diese sag vielleicht nur die vorderen 20 t der Gesamttiefe des Fltigelsegels einnehmen.

Im Fall eines Flügelsegels mit zwei Elementen kann man im all-O gemeinen annehmen, daS das vorlaufende Element das Element mit der größeren Festigkeit ist.

Viele Flügelsegel-Vortriebsgruppen müssen sorgfältig um ihre vertikalen Drehachsen oder naht! an ihren vertikalen Drehachsen ausbalanciert werden, um eine optimale Einstellung des Antriebswinkels zu erreichen. Die Erfindung befaßt sich zum Teil mit diesem Ausbalancieren der Flügelsegel.

Bei komplexen Flügelsegeln, die aus zwei oder mehr aneinander angelenkten oder auf andere Weise miteinander verbundenen 21s·= nenten bestehen, lassen sich drei besondere Formtypen*erzielen. r Diese sind:

symmetrisch und sämtlich in einer Linie, Wölbung für Segeln über den Backbordbug und Wölbung für Segeln über den Steuerbordbug.

Eins solche Segelgruppe läßt sich mit einer Masse um «ine vertikale oder nahezu vertikale Achse ausbalancieren, die an einem Baum befestigt und bis zur vorlaufenden Xante des vorlaufenden Segelgruppenabschnittes geschwenkt wird.

Die tatsächliche Konstruktion eines Flügelsegels oder der ver-ί 159/2 schiedenen Elemente eines sich aus mehreren Elementen zusammen-

setzenden FlUgelaegels ist wichtig/ in dem Gewicht und Festigkeit von besonderer Bedeutung sind. Die Erfindung befaßt sich damit auch mit der tatsächlichen Konstruktion eines Flügelsegels und derjenigen Elemente, aus denen sich ein aus vielen Elementen bestehendes Flügelsegel tue aminen setzt.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung int bei einem Flügelsegel aus einem einzigen symmetrischen Element mit einem Gebiet von besonderer Festigkeit (im typischen Fall an der vorlaufenden Kante) oder bei einem Flügelsegel aus zwei oder mehr Elementen, wobei eines dieser Elemente ein Gebiet von besonde-O ?er Festigkeit aufweist, die Lagerachse so gelegt, daß sie durch den Mittelpunkt der Druckzone durchtritt und die Form und/oder Konfiguration und/oder der Neigungswinkel des Flügelsegels wird so gewählt, daß das Gebiet besonderer Festigkeit direkt über der Lageranordnung liegt, mit der das FlUgelsegel in dem Fahrzeug montiert ist, so daß das Segel an seinem Punkt maximaler Festigkeit mit der Lageranordnung verbunden ist.

Die Beachtung dieses Gesichtspunktes der Erfindung gewährleistet eine starke und zuverlässige Befestigung für das Flügelsegel.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist f-λ bsi eines: mit Flügelsegeln angetriebenen Fahrzeug« bei dem eine Balanciermasse auf einem mit der Flügelsegelanordnung verbundenen Baum befestigt ist, eine auf die beiden Seiten der Balanciermasse einwirkende Einstelleinrichtung vorgesehen, um die letztere in eine annähernd horizontale Ebene zu bringen.

Die Einstelleinrichtung kann zwei Drahtwanten aufweisen, ein mechanisches Gestänge mit einer Schub-Druck-Stange oder hydraulische Einrichtungen oder dergleichen, bei denen die endgültige Balancierlage mit einem festen oder manuell einstellbaren Verhältniesystem oder mit einer Servoschleife, die ein Rechengelenk enthalten mag, gewährleistet wird. Bis! Hinschluß eines Rechners wird dieser mit die Segelbedingungen und das Fahrzeug betreffenden Informationen gefüttert und dieser kann dann die ί 159/2 optimale Gleichgewichtslage errechnen.

— A u

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind in einem Flügel, insbesondere in einem Flügelsegel für den Vortrieb eines Schiffes durch Wind, wobei das Flügelsegel in konventioneller Weise unter Verwendung von Holmen und Rippen aufgebaut ist, wobei die letzteren den Tragflächenquerschnitt bestimmen und allgemein in der Richtung der Luftströmung liegen, die Rippen aus einem geformten glasfaserverstärkten Kunststoff material hergestellt.

Vorzugsweise enthält jede Rippe mindestens einen seitlichen Flansch, der sich über einen Teil ihrer Länge unter einem Winkel, der größer als 90° gegenüber dem übrigen Teil der Rippe ist, erstreckt, um damit das Lösen der Rippe aus einer Form zu erleichtern, und der Winkel und der Teil der Rippe werden so gewäMt, daß der Flanschwinkel dem Neigungswinkel der Kante des Segels, mit dem eine Zusammenwirkung erfolgen soll, entspricht.

Vorzugsweise wird der Fianschwinkei auf 90* herabgesetzt, wo eis an einem Holm oder dergleichen befestigt werden soll.

Unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung nun an einem Beispiel beschrieben. Dabei ist:

Flg. 1 die Seltenansicht eines Flügelsegel aufweisenden Wasserfahrzeuges ,

Fig. 2 und 3 je eine Darstellung einer Flügelsegelkonstruktion gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4,5 und 6 je eine Aufsicht auf eine aus zwei Elementen bestehende Segelgruppe in drei verschiedenen Stellungen,

Fig. 7 und 3 je eine Darstellung einer Einstelleinrichtung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung auf eine solche Segelgruppe,

Fig. 9 eine Darstellung dieses Gesichtspunktes der Erfindung in

seiner Anwendung auf eine Segelgruppe, wobei der vorlaufende Segelgruppenabschnitt an den nachlaufenden Segelgruppenabschnitt angelenkt ist,

Fig.10 eine perspektivische Darstellung eines offenen Schalenabschnittes, dessen Seiten die Flansche einer Rippe für ein Flügelsegel bilden,

Fig. 11 die Darstellung einer Einzelheit der Seite der Rippe gemäS Fig. 10,

Fig„12 und Fig.13 die Darstellung von wie Parallelogramme geformten Flügeln gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung und

Fig.14 ein Querschnitt entlang der Mittellinie eines nach vorne geneigten Segelelementes gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung.

"Fig. 1 zeigt ein Segelboot A mit einem Flügelsegel B, das awecks Drehung um eine Achse D in einer Lageranordnung C verschwertkbar gehalten ist.

In Fig. 2 werden zwei Flügelsegielanordnungen übereinander dargestellt. Beide weisen den gleichen Druckzonenmittelpunkt 2 auf. Eine Flügelsegelanordnung ist in strichpunktierten Linien eils ein einfaches Rechteck dargestellt. Die äußere Flügelsegelanordnung ist in durchgezogenen Linien als Parallelogramm dargestellt. Die beiden Segelanordnungen haben die gleiche Höhe,, Fläche und die gleiche Lage des Druckmittelpunktes.

Das starke vorlaufende Kantenglied 3, das schraffiert ist, ist durch korrekte Wahl des vorderen Kippwinkels so angeordnet,, daS sich sein untereβ Ende exakt über der Lage der Lageranordnung 4 befindet, während die Achse 5 der Lageranordnung 4 immer noch durch den Mittelpunkt 2 der Druckzone durchtritt. Das starke vorlaufende Kantenglied weist einen Flansch oder eilne andere Einrichtung zur Anlage mit der Welle oder einem arideren -drehba-

- 6 -res Element des Lageranordnung auf«

Bei aus mehreren Elementen bestehenden Flügelsegeln kann es vorteilhaft sein, daß das zweite oder andere Element des Tragflächenquerschnittes das starke Holmglied enthält. Fig. 3 zeigt ein Doppelelement einer solchen Flügelsegelkonstruktlon. Hler ist das vorlaufende Element 1 mit Gelenkanordnungen 3 an das nachlaufende Hauptfestigkeitselement 2 angelenkt. Der Mittelpunkt der Druckzone dieser Konstruktion liegt bei 4. Zur Herabsetzung der Trimmarbeit auf ein Minimum ist die annähernd vertikale Achse 5 des Lagers 6 so gelegt, dafi sie durch diese Zone durchtritt.

Zn diesem Fall ist das Hauptfestigkeitsglied de· FlUgelsegels die vorlaufende Kante 7 des nachlaufenden Elementes 2 schraffiert dargestellt. Gemäß der Darstellung ist es nun durch Kippen der gesamten Anordnung nach hinten so angeordnet, daß sein unteres Ende in die für eine starke und zuverlässige Anlage an der Lageranordnung beste Rela.tivlage fällt.

Man erzielt diese Konstruktion, indem man mit der geradlinigen Konstruktion beginnt, den Mittelpunkt der Druckzone auf die Lagerachse aufsetzt und dann, das «Rechteck durch ein Parallelogramm f mit gleicher Höhe und Fläche ersetzt, dessen Winkel die Basis des Hauptholmes zweckmäßig über das Lager bringt.

Während dieser Gesichtspunkt der Erfindung nun aus Gründen der Einfachheit unter Bezug auf parallele Flügelsegel mit konstanter Tiefe g beschrieben wurde, läßt er sich auch auf Flügelsegel mit sich verjüngendem oder bogenförmigem Umriß anwenden.

Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen eine Doppelabschnitt-Segelgruppe, wobei 11 der vorlaufende und 12 der nachlaufende Segelabschnitt ist, der entlang einer Achse 13 an 11 angelenkt ist. Die gesamte Segelgruppe ist an dem Schiff befestigt_r in diesem Fall über das Element 11 an eine vertikale oder nahezu vertikale Achse 14, um die das Segel in den Wind gestellt wird. 159/2

Ia Fall der £n einer Linie liegenden Segel wird die Segelgruppe um den Mast 14 mit einer auf einem Baum 16 angebrachten Masse 15 ausbalanciertf wobei der Baum 16 an einem Gelenk 17 an die vorlcufende Kante des vorlaufenden Abschnittes 11 angelenkt ist.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Fall des Segeins über den Backbordbug erkennt man, daß ein neues Gleichgewicht dadurch erreicht wird, daß man das Gewicht in Uhrzeigerrichtung bis zum Wiederherstellen des Gleichgewichtes bewegt.

Fig. 6 zeigt den Fall de* Seemine über ά%η anderen Bug.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt dlaser Erfindung wird die Anordnung des Ausbalancierungegewichtes in einer annähernd horizontalen Ebene mit zwei Drahtwanten erreicht. Dies ist in Fig. 7 dargestellt. I

Zu diesem Zweck wird eine stromlinienförmige Konstruktion mit zwei Flossen 18 und 19 fest an der Basin des vorlaufenden Abschnittes 11 der Segelgruppe befestigt. Zwei Umlenkscheiben und 21, über die Wanten 23 und 24 laufen, werden von den Flossen gehalten. Die Wanten sind an Böcken 25 und 26 mit dem nachlaufenden Abschnitt 12 und an Böcken 27 und 28 mit dem Gegenger·. wichtsbaum verbunden. In den Wanten liegende Federelemente 29 und 30 halten die Spannung in diesen aufrecht. Eine strichpunktierte Linie 22 zeigt den nachlaufenden Abschnitt 12 in vollständig ausgelenkter Lage.

Bei einer Verschiebung des nachlaufenden Abschnittes 12 gegenüber 11 zum Entwickeln einer Wölbung, zum Beispiel in der Zeichenebene in Uhrzeigerrichtung, zieht der Want 23 zum Beibehalten des Gleichgewichts das Gegengewicht in die korrekte Lage. In diesem Fall behält der Want 24 seine Spannung bei. Der umgekehrte Fall tritt bei Drehen in Gegenuhrzeigerrichtung auf.

Flg. 8 zeigt alternative Versionen der Böcke 25 und 26. Sie bei 31 und 32 gezeigten alternativen Böcke sind geschlitzt und er-159/2 lauben eine Feineinstellung des Balanciereffektes.

Bel einigen Flügelsegelkonstsruktlonen,. ist der nachlaufende Abschnitt 12 über die Achse 14 an dem Schiff befestigt und der vorlaufende Abschnitt 11 ist dann an den nachlaufenden Abschnitt 12 angelenkt. Fig. 9 zeigt einen solchen f Fall. Bier trügt eine Endplattenkcnstruktion 33, die im Prinzip der Konstruktion 18/ 19 von Fig. 7 im allgemeinen Ähnlich ist, dae Gelenk 17 des Gegengewichtsbaumes.

Der Drehpunkt 13 zwischen 11 und 12 könnte auch auf 33 befestigt sein. Aus Gründen der Optimierung des Biegemomentes ist jedoch eine Befestigung an getrennten Gelenkarmen 34 wahrscheinlicher, (~) die durch Schlitze in 11 durchtreten. Die Wanten 35 und 36 werden dann an einem Ende über die BCcke 27 und 28 mit dem Gegengewichtsbaum verbunden und das andere Ende mit den einstellbaren Bocken 31 und 32 auf dem vorlaufenden Abschnitt 11. Zum Beibehalten des Gleichgewichtes stellen die Wanten die Stellung des Gegengewichtes ein.

Während Spannwanten wie 23/ 24 und 35, 36 gezeigt werden, IMBt sich die gleiche Wirkung einer allgemeinen Horizontalbewegung dee Gegengewichtes auch mit folgenden Mitteln erreichen!

ein mechanisches Gestänge unter Verwendung einer Druck-Zug-Stange oder

eine hydraulische oder andere Einrichtung, mit der das korrekte endgültige Gleichgewicht entweder mit einem festen oder mit einem manuell einstellbaren Verhaltnia- bzw. übersetzungesystem gewährleistet wird, oder mit einer Servoschleife, die ein Rechnergelenk enthalten mag.

Fig. 10 zeigt eine einfache Ausfuhrungsform einer Form gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines offenen Schalenabschnittes, wobei die Seiten 39 und 40 der Schale die Flansche der Rippe bilden. Zum Erleichtern des Herausnehmene aus einer einfachen einstückigen Form sollten solche W 159/2 Formstücke vorzugsweise einen über Null liegenden Konizitäts-

.: winkel aufweisen, vie er in Fig. 11 gezeigt wird. Ein solcher Winkel kann das Befestigen der Haut des Tragflächenprofil*» an der Rippe schwierig erreichbar machen. Falls der Flügel jedoch Parallelogrammform hat/ wie dies in den Figuren 12 und 13 gezeigt wird, könnte der Konlsitätswinkel verwendet werden.

Fig. 14 ist ein«" Hittellinienschnitt durch ein nach vorne geneigtes Segelelement, wie es in Fig. 12 gezeigt wird, wo ein vorlaufendes Kantenglied 41, ein Hauptholm 42 und eine nachlaufende Kante 43 über eine Rippe 44 mit einer typisch vorlaufenden

Kante und eine Rippe 45 mit einer typisch nachlaufenden Kante Q) miteinander verbunden sind.

Man erkennt, daß wegen der nach vorne geschwungenen Konstruktion die Rippe 44 mit der vorlaufenden Kante mit ihren Flanschen nach \ oben und die Rippe 45 mit der nachlaufenden Kante mit ihren

Flanschen nach unten gerichtet ist. Der Konizitätswinkel der

< Form wird dann gleich den gewünschten Voxvärts-Nelgungswinkel

'. an der vorlaufenden Kante und der nachlaufenden Kante gemacht, ■ aber wird allmählich bis auf Null herabgesetzt, so daS der Flansch jeder Rippe in der unmittelbaren Machbarschaft des , Hauptholmes 42 unter 90* zu dem Steg verläuft.

Indem der Konizitätwinkel auf diese Heise entlang jeder Rippe verändert wird, werden die Rippenflansche im allgemeinen mit der Haut koplanar liegen und damit deren Befestigung erleichtern, während die Form und die Formtechniken einfach und zuverlässig gehalten werden können.

Im Fall von nach hinten angestellten Flügelsegeln, wie in Fig. 13, werden die Rippenelemente mit der vorlaufenden Kante mit ihrem Flansch nach unten und die Rippen mit der nachlaufenden Kante mit ihrem Flansch nach oben ausgerichtet.

Im Fall von aus vielen Elementen bestehenden Flügeln, wobei jedes Element seinen eigenen tragflächenförmigen Querschnitt und einen Hauptholm aufweist, werden die Rippen gemäß der obigen Be-159/2 Schreibung in jedem einzelnen Element ausgerichtet, als wenn es

• lid

• < ■ « ■ *

- 10 -

ein vollständiger Flügel wHre.

153/2

Claims

Köln, den 13. Januar 1984 vA. Anmelderin: Walker Wingsail Systems Limited Mein Zeichen: W 159/3 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Einstellen des Flügelsegels für ein durch
ein Flügelsegel angetriebenes Fahrzeug, bei der ein Ausgleichsgewicht an einem mit dem Flügelsegel verbundenen Baum befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (20, 21, 23, 24) von beiden Seiten an das Ausgleichsgewicht angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung zwei Drahtwanten (23, 24) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung ein mechanisches. Gestänge einschließlich einer Zug-Druck-Stange aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung eine hydraulische Einrichtung ist.