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Segelvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Segelvorrichtung. Die
Segel üblicher Bauart mit Mast und Großbaum weisen eine dünne, an diesenbefestigteSegelhaut
auf, die sieh beim Amwindsegeln unter dem Winddruck krümmt. Eine derartige Segelanordnun-
hat jedoch erhebliche Nachteile. Einmal krängt das Segelboot je nach Stärke
des Windes mehr oder weniger über, so daß die wirksame Segelfläche sich entsprechend
verkleinert. Außerdem ist die sich bildende Krümmung des Segels aerodynamisch wenig
günstig.
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Zur mindestens teilweisen Behebung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen
worden, in Segelbooten Segel mit einem festen Profil zu verwenden, das denjenigen
von Tragflügeln entspricht, da derartige Flächen, bezogen auf die Segelfläche, einen
wesentlich besseren Wirkungsgrad ergeben. Derartige Segel können jedoch überhaupt
nicht mehr oder nur unvollkommen gerefft werden und, da sie mehr oder weniger senkrecht
auf dem Boot stehen, kann ein Krängen und bei starkem Wind ein Kentern kaum verhindert
werden.
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Die Nachteile dieser bekannten Segelanordnung werden gemäß der Erfindung
dadurch beseitigt, daß zum Antrieb des Fahrzeuges mindestens ein in seiner Form
starres Segel (Starrsegel) vorgesehen ist, das in seiner Lage zum Bootskörper verstellbar
ist.
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Zweckmäßig wird das Starrsegel an einer mastartigen Stützvorrichtung
befestigt und außerdem um eine zum Waserspiegel im wesentlichen senkrechte Achse
drehbar angeordnet.
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Die Angaben senkrecht und waagerecht sind in, dieserBeschreibung bei
normalerBootslage zu verstehen, so daß also senkrecht zugleich auch senkrecht zum
Wasserspiegel und waagerecht parallel zum Wasserspiegel bedeutet. Vorteilhaft ist
es ferner, wenn das Starrsegel um eine im wesentlichen waagerechte Achse schwenkbar
ist.
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Die Starrsegel können von verschiedener Form
seine
Beispielsweise können sie eine längliche und mindestens teilweise gekrümmte Form
in der Art eines Tragflügels aufweisen oder sie können auch kalottenartig ausgebildet
sein.
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Statt eines einzigen können auch mehrere, beispielsweise zwei Starrsegel
an verschiedenen Stellen des- Fahrzeuges angeordnet sein. Dabei ist es zweckmäßig,
eines der beiden Starrsegel so vorzusehen, daß sich eine Auftriebskraft ergibt,
und das andere so anzuordnen, daß eine Abtriebskraft entsteht. Bei geeigneter Anordnung
können die beiden Starrsegel über eine gemeinsame Verstellvorrichtung bedient werden.
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Um die Richtungsstabilität der Segel zu erhöhen, kann es zweckmäßig
sein, die Anstellwinkel der Segel verschieden groß. zu machen.
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' Bei kalottenartigen Segeln kann es vorteilhaft sein, diese
so auszubilden, daß sie schirrnartig zusämmenfaltbar sind.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Rückansicht eines Segelbootes üblicher
Bauart, Fig.:2 eine Draufsicht auf das Segelboot gemäß Fig. i, Fig. 3 einen
Querschnitt durch ein Segelboot nach Linie IJ der Fig. 4, Fig. 4 eine Draufsicht
auf ein Segelboot mit tragflügelartigeni Starrsegel, Fig. 5 einen Querschnitt
durch ein Segelboot mit zwei zusammenfaltbaren, kalottenartigen Starrsegeln, die
um eine gemeinsame senkrechte Drehachse drehbar sind, ,
Fig. 6 einen
Querschnitt durch ein Segelboot mit zwei zusammenfaltbaren, kalottenartigen Starrsegeln,
die auf einem gemeinsamen horizontalen Drehring angeordnet sind, Fig.
7 eine Draufsicht auf ein Segelboot mit zwei kalottenartigen Segeln, die
im Vorder- und Hinterschiff angeordnet sind, Fig. 8 eine Draufsicht auf ein
Segelboot mit zwei kalottenartigen Segeln, die in verschiedenen Abständen vom Schwerpunkt
des Bootes angeordnet sind, Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Segelboot mit
zwei kalottenartigen Segeln, die verschiedene Anstellwinkel aufweisen, Fig. io einen
Querschnitt eines Segelbootes mit zwei um eine gemeinsame senkrechte Achse drehbaren
tragflügelartigen Starrsegeln in vergrößertem Maßstab, Fig. ii einen Querschnitt
durch das rechte Starrsegel gemäß Linie II-II der Fig. io, Fig. 1:2 einen Querschnitt
durch das linke Starrsegel gemäß Linie III-III der Fig. io, Fig..13 einen Querschnitt
durch ein Segelboot mit zwei um eine gemeinsame senkrechte Achse drehbaren, kalottenartigen
Starrsegeln, Fig. 14 eine graphische Darstellung des Quertriebs als Funktion des
Widerstandes.
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In den Fig. i und - 2" in denen ein Segelboot üblicher
Bauart dargestellt ist, bedeutet i den eigentlichen Bootskörper mit Querwand :2,
an der ein Mast 3 mit Segel 4 befestigt ist. Der Übersichtlichkeit halber
ist die ganze Takelage des Segelbootes weggelassen. -
Segelt das Boot am Wind,
wobei der Wind entsprechend Pfeil w unter 45' von vorn links (Backbord 4 Strich
voraus) einfällt, so entsteht durch den Winddruck eine Querkraft Q schräg
nach vorn rechts unten gerichtet. Bei Zerlegung dieser Querkraft Q in drei
Komponenten ergibt sich eine Vortriebskomponente V in Fahrtrichtung, eine Seitenkraft
S quer zur Fahrtrichtung und eine dritte Komponente A in senkrechter
Richtung nach unten. Wie aus der Fig. i und 2 ohne weiteres ersichtlich ist, wird
durch die Querkraft Q das Segelboot in das Wasser hineingedrückt, wodurch
sich eine größere scheinbare Wasserverdrängung und dadurch ein größerer Fahrtwiderstand
ergibt.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein Segelboot mit einem tragflügelartigen
Starrsegel gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar bedeutet ii den Bootskörper
mit Querwand 1:2, die im Bootskörper durch nicht dargestellte Mittel befestigt ist.
Die Querwand 12 hat ein Lager ig mit senkrechter Bohrung, in dem eine senkrechte
Stange 13 drehbar angeordnet ist. Die Stange 13 weist einen Bund 13
1 auf, mit dem sie auf einer entsprechenden Fläche der Seitenwand aufsitzt. Um die
Stange 13 in axialer Richtung zu sichern, sind zwei Muttern 2o vorgesehen, die auf
das mit einem Gewinde versehenen unteren Ende der Stange 13 aufgeschraubt sind.
Oberhalb des Bundes 131 ist eine mastartige StÜtze 14 an der Stange 13 beispielsweise
durch Schweißen befestigt und mittels einer Strebe 15, die ebenfalls an der Stange
13 angeschweißt ist, in dieser Lage gehalten.
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Die Stütze 14 besteht aus zwei Teilen 141 und 42, die durch ein Gelenk
16 drehbar miteinander verbunden sind, derart, daß' der Stützteil 142, um eine waagerechte
Achse schwenkbar ist. Äm oberen Ende des StÜtzteils 142 ist ein tragflügelartiges
Starrsegel 18 befestigt. Die Gewindebolzen 171 und 172 eines Spannschlosses
17 sind an die Stange 13 und den Stützteil 142 derart angelenkt, daß durch
Verstellen des Spannschlosses 17 der Stützteil 142 zusammen mit dem Starrsegel
18 um das Gelenk 16 geschwenkt wird.
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Der Pfeil w bedeutet wiederum die Richtung des Windes, der also unter
45' von Backbord voraus einfällt. Die Stange 13 zusammen mit der Stütze 14 und dem
Starrsegel 18 wird nun um die Achse des Lagers ig so lange gedreht und um das Gelenk
16 so geschwenkt, bis das tragflügelartige Starrsegel mit der Flügelfläche unter
einem günstigen Anstellwinkel, etwa 15', zum Wind steht. Die StÜtze 14 wird dabei
schräg nach rechts vorn oben eingesiellt. Die Einstellung nach Lee ist deshalb vorteilhaft,
weil die auftretenden Kräfte den Mast dann hauptsächlich auf Zug beanspruchen.
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Durch den einfallenden Win* d entsteht eine Querkraft
Q, die senkrecht zu der vom Wind beaufschlagten Fläche des Starrsegels gerichtet
ist, im wesentlichen also die gleiche Richtung wie der StÜtzteil 142 hat. Bei Zerlegung
dieser Querkraft Q
in drei Komponenten ergibt sich eine Vortriebskomponente
V in Fahrtrichtung, einem Seitenkraft S
quer zur Fahrtrichtung und eine Auftriebskomponente
A, die das Boot zu heben versucht. Im Gegensatz zu der üblichen Segelanordnung
ist also die scheinbare Wasserverdrängung bei der erfindungsge - mäßen Segelanordnung
kleiner, wodurch sich der Fahrtwiderstand ebenfalls ermäßigt. Da die Querkraft
Q unten im Boot zerlegt werden kann, entsteht durch die Seitenkraft
S kein oder nur »ein mäßiger Krängungsmoment, so daß für das aufrichtende
Moment nur ein leichter Kiel nötig wird.
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Die Größe der Komponente V der Querkraft Q
ist bei dem Segel
gemäß der Erfindung durch die Neigung des Mastes bestimmt. Durch Veränderung der
Neigung, d. h. Verschwenken des Mastes um das Gelenk 16, wird die Vortriebskraft
vergrößert bzw. verkleinert. Durch Hochschwenken des Mastes in eine annähernd senkrechte
Stellung verschwindet die Vortriebskomponente V theoretisch ganz, d. h. also,
das Segel gemäß der Erfindung braucht bei starkem Wind nicht gerefft zu werden.
Es genügt vielmehr, die Stellung des Segels entsprechend zu ändern.
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Die dem Wind entziehbare Energie ist in allen wichtigen und kritischen
Betriebsfällen (Segeln gegen den Wind) im wesentlichen proportional dem erzielbaren
Quertriebsbeiwert, der nur etwa oß bis o,9 bei den üblichen Segeln und etwa 1,6
bis 1,7
bei hochgewölbten Tragflügeln beträgt.
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Das bessere Profil gestattet es, eine etwa doppelt so große Ouerkraft
im Vergleich zu normalen Segeln bei gleicher Segelfläche zu erzeugen. Durch die
schräge Anordnung des Segels ist zwar diese Kraft nicht voll ausnutzbar, doch ist
die nutzbare Vortriebskomponente V noch wesentlich größer als bei den üblichen Segelanordnungen
nach Fig. i unter der Voraussetzung gleicher Segelflächen.
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Zwar kann in manchen Fällen das neue Segel in seiner Konstruktion
etwas schwerer sein als das alte Stoffsegel. Dieser mögliche Gewichtszusatz wird
aber reichlich aufgewogen durch folgende konstruktive Vorteile: Der Mast der neuen
Segeleinrichtung ist im wesentlichen auf Zug beansprucht und kann deshalb viel leichter
gebaut werden als der stark auf Biegung beanspruchte Mast der üblichen Segelanordnung;
wegen des größeren Querkraftbeiwerts kann bei gleicher Vortriebskrait- eine wesentlich
kleinere Segelfläche verwendet werden.
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Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch ein Segelboot mit zwei
kalottenartigenStarrsegeln31 und32, wobei eines der beiden Segel konkav nach unten
und das andere konkav nach oben gerichtet ist. Die Gründe hierfür werden weiter
unten näher erklärt. Die Starrsegel 31 und 32 können mittels besonderer Einrichtungen,
auf die später im Zusammenhang mit Fig. 13 näher eingegangen wird, zusammengefaltet
werden.
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Die Befestigung und die Verstelleinrichtung sind ähnlich den in Fig.
3 gezeigten. In dem Lager 33
einer quer zur Längsachse des Bootskörpers
34 angeordneten Ouerwand 35 ist eine mit einem Bund 361 versehene Stange
36 senkrecht angeordnet, die in dem Lager 33 drehbar und mittels Muttern
37
gesichert ist. Die vorerwähnten Muttern sind dabei auf das mit einem Gewinde
versehene untere Ende der Stange 36 aufgeschraubt. An dieser Stange
36
sind oberhalb des Bundes 361 zwei schräg nach oben verlaufende Stützen
38 und 39 an gegenüberliegenden Stellen der Stange angeordnet und
mittels Streben 40 und 41 gehalten. Die Stützen 38
und 39 bestehen
jeweils aus zwei Teilen 381 und 382 bzw. 391 und 392, die so mittels
Gelenken 4:2 und -43 miteinander verbunden sind, daß die.Oberteile 382 und
392 der beiden Stützen um waagerechte Achsen schwenkbar sind. Das Schwenken
der beiden Starrsegel 31 und 32 erfolgt mittels zweier Spannschrauben
44 und 45, deren Gewindebolzen an ein am oberen Ende der Stange 36 angebrachtes
Gelenk46 bzw. Gelenke47 und 48 än den oberen Stützteilen 382 und
392 angelenkt sind.
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In Fig. 6 sind die gleichen kalottenartigen Starrsegel
3 1 und 32 Wie in Fig. 5 dargestellt, doch ist die Verstelleinrichtung
der Segel von der dort dargestellten verschieden.
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In gleicher Weise wie in Fig. 5 wird der Bootskörper mit 34,
die Querwand mit 35, das Lager in der letzteren mit 33, die senkrechte
Stange mit 36, der Stangenbund mit 361 und das obere Stangengelenk mit 46
bezeichnet. Auf dem Oberdeck 50 des Bootskörpers ist ein Ring 5 1
drehbar gelagert, dessen Durchmesser ungefähr der Breite des Bootskörpers entspricht.
Der Ring ist durch Streben 52 und 53 bzw. 54 und 55 mit der Stange
36 fest verbunden, so daß bei Drehen der Stange 36
der Ring 51 mit
verdreht wird. Die die Starrsegel 31 und 32 tragenden Stützen
56 und 57 sind an zwei gegenüberliegenden Stellen des Ringes 51 angelenkt,
wodurch ein Verschwenken der Segel um eine waagerechteAchse möglich ist. Das Schwenken
selbst geschieht mittels zweier Spannschlösser 44 und 45 in ähnlicher Weise wie
in Fig. 5.
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Die senkrechte Stellung der beiden Starrsegel 31 und 32 ist
strichpunktiert angedeutet. Dieses Hochschwenken der Segel in die senkrechte Lage
ist ein besonderes Kennzeichen der Anordnung gemäß Fig. 6 im Gegensatz zu
der in Fig- 5 gezeichneten.
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Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung von zwei kalottenartigen Starrsegeln
61 und 62, die an Stützen 63 und 64 befestigt sind. Die übrigen Teile
der Verstelleinrichtung entsprechen denen der Fig. 3, nur daß in diesem Fall
jeweils zwei solcher Einrichtungen für die beiden Segel vorgesehen sind. Die Einzelteile
sind in der Zeichnung nicht näher bezeichnet.
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Aus der Anordnung der Fig, 7 ist erkennbar, daß bei einem entsprechend
dem Pfeil w unter 45' von vorn links einfallenden Wind die Starrsegel einmal schräg
nach rechts vorn oben und einmal schräg nach links hinten oben eingestellt sind.
Auf die Gründe für diese Einstellung wird im Zusammenhang mit der Fig.
8 des näheren eingegangen.
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Wie in Fig. 7 sind auch in Fig. 8 die beiden kalottenartigen
Starrsegel so angeordnet, daß das eine schräg nach vorn oben und das andere schräg
nach
hinten oben gestellt ist. Die Segel sind dabei so angeordnet, daß die konkave Fläche
des vorderen Segels nach oben die konkave Fläche des hinteren Segels nach unten
zeigt. Durch den auftretenden Wind entstehen zwei Querkräfte Qv und Qh, die
senkrecht zur Oberfläche der Starrsegel gerichtet sind 'und damit in Richtung des
Mastes verlaufen. Dabei wirkt die Querkraft Qv als Auftriebskraft und die Querkraft
Qh als Abtriebskraft. Bei Zerlegung der beiden Querkräfte Qv und Qh ergeben
sich jeweils Vortriebskomponenten Vv und Vh, Seitenkomponenten Sir und Sh
und eine AuftriebskomponenteA (auf) undeineAbtriebskomponenteA (ab). Der Deutlichkeit
halber sind die Kräfte außerhalb in Richtung des Mastes gezeigt. Aus derFigur ist
nun deutlich zu ersehen, daß die beiden Seitenkräfte Sv und Sh parallel und
gleichgerichtet sind. Das Boot wird also seitlich abgedrängt, wie es bei der normalen
Segelanordnung auch ist. Die Ab-
stände a und b der Achsen der senkrechten
Stangen vorn Schwerpunkt S der seitlichen Unterwasserfläche (Boot und Kiel)
können nun so gewählt werden, da,3 das Boot beim seitlichen Abschieben entweder
in den Wind dreht, neutral bleibt oder aus dem Wind dreht, so daß entsprechend gewünschte
Ruderbewegungen erforderlich werden, die die Kraft R erzeugen.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Abwandlung des Gegenstandes der Erfindung.
Hier sind die beiden Segel 61 und 62 so gesteuert, daß das hintere Segel
62, einen kleineren Anstellwinkel a, als den Anstellwinkel ah des Vordersegels
61 aufweist. Die Segelsind schematisch angedeutet, und der Anstellwinkel und die
eingezeichneten Anstellwinkel sind tatsächlich die Winkel zwischen einer Ebene in
Windrichtung und senkrecht der Wasseroberfläche und der durch den unteren Kalottenrand
bestimmten Ebene. Eine solche Anordnung ist stabil zur Windrichtung, wie aus einem
Zahlenbeispiel ersichtlich ist. Werden vorn 15' Einfallwinkel angenommen und hinten
51, und nimmt man ein versehentliches Ausschwenken des Bootes oder Windes
von 5' an, dann vergrößert sich der Anstellwinkel vorn um 5', was
von den 5' iool/o der Kraft bedeutet. Die größere prozentuale Kraftzunahine
des hinteren Segels führt also das Segel in die alte, als ausgeglichen vorausgesetzte
Lage zurück.
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Fig. io zeigt eine Segelverstelleinrichtung entsprechend Fig.
5. Die Einzelteile dieser Einrichtung einschließlich des Bootskörpers sind
mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 5 versehen. Ab-
weichend
von Fig- 5 sind hier an den Stützteilen 382 und 392 tragflügelartige
Starrsegel 71
und 72 befestigt. Fig. ii zeigt einen Querschnitt des
rechten Starrsegels 71 und Fig. 12 den Quer-' schnitt des linken Starrsegels
722. Aus diesen Querschnitten wird deutlich, daß das Starrsegel
71 konkav nach unten und das Starrsegel 7:2 konkav nach oben ist.
Die Starrsegel 71 und 72 sind in hochgeschwenktem Zustand strichpunktiert
gezeichnet.
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Wie aus den Fig. ii und 12 hervorgeht, weisen die Starrsegel
7, und 7:2 HOlme 73 und 74 und ferner Fülleisten
75 und 76 auf, die jeweils durch die RiPPeh 77 und
78 verbunden sind. Die Ober-: fläche wird durch eine Sperrholzdecke
79 und 8o bzw. go und gi gebildet, Die Ansicht der Fig. 13 entspricht der
in Fig. 5
gezeigten. Wie bereits erwähnt, sind die beiden kalottenartigen
Starrsegel 31 und 32 zusammenfaltbar.
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Das Stützoberteil 382 weist zu diesem Zweck am oberen Ende
einen Bund 82 auf, an dem ein Ring 83
befestigt ist. An diesen Ring
83 sind eine Anzahl von Versteifungsrippen 84 angelenkt, von denen jedoch
der Übersichtlichkeit halber nur zwei dargestellt sind.
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Über die Rippen 84 ist ein zusammenfaltbarer Überzug 85 gespannt.
An die erwähnten Rippen 84 sind Streben 86 angelenkt, die außerdem mit einem
auf dem Stützoberteil 382 verschiebbaren Ringkörper 87 gelenkig verbunden
sind. Durch eine Feststellschraube 88 kann der kingkörper 87 in der
jeweiligen Lage festgestellt werden. -
Durch Verschieben des Ringkörpers
87 nach unten kann nun mit Hilfe der Streben 86 das Segel in die strichpunktierte
Lage zusammengefaltet werden.
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Das Segel 32, kann in ähnlicher Weise wie das Segel 31 zusammengefaltet
werden, nur daß hier die Streben 86 an einem am Ende des Stützenoberteils
392 befestigten Ringkörper 92 angelenkt sind, während ein Ring
89 auf dem Oberteil gleiten kann. An diesen Ring sind die Rippen 84 angelenkt.
Das Segel in zusammengefaltetem Zustand ist strichpunktiert angedeutet. Eine Schraube
93 dient zum Feststellen des Ringes 89.
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Fig- 14 zeigt den charakteristischen Verlauf von Ouertrieb und Widerstand
für ein hochgewölbtes f#rofilsegel (Kurve p) und für ein übliches Segel (Kurve
q).
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Die Segelfläche ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte Form
' beschränkt. Beispielsweise kann das Starrsegel der Fig. 3 und 4
eine Trapezform oder irgendeine andere Form aufweisen.
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Die Segel können, wie bereits erwähnt, tragflügelartig mit Holmen,
Rippen und mit einem hautartigen Bezug gebaut sein, wobei der Hautbezug auch aufgeschnürt,
also abnehmbar sein kann, oder aus elastischem Material bestehen kann.
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Man kann vorteilhaft die Segel auch aus einer dünnen Blechplatte herstellen,
die hochgewölbt die aerodynamische Bedingung, einen hohen Auftrieb zu geben, erfüllt,
und die durch die gewölbte Form die notwendige Steifigkeit erhält.
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Bei einfachen Konstruktionen kann man das Segel regenschirmartig aufklappbar
gestalten.