EP0837817B1 - Verfahren zum betreiben eines segelschiffes und segelschiff - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines segelschiffes und segelschiff Download PDF

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EP0837817B1
EP0837817B1 EP96929174A EP96929174A EP0837817B1 EP 0837817 B1 EP0837817 B1 EP 0837817B1 EP 96929174 A EP96929174 A EP 96929174A EP 96929174 A EP96929174 A EP 96929174A EP 0837817 B1 EP0837817 B1 EP 0837817B1
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EP
European Patent Office
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sail
keel
sailing
boat
sailing boat
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EP96929174A
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Klaus Ketterer
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Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B15/00—Superstructures, deckhouses, wheelhouses or the like; Arrangements or adaptations of masts or spars, e.g. bowsprits
    • B63B15/0083—Masts for sailing ships or boats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B41/00—Drop keels, e.g. centre boards or side boards ; Collapsible keels, or the like, e.g. telescopically; Longitudinally split hinged keels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/068—Sails pivotally mounted at mast tip

Definitions

  • the invention relates to a method for low-drift or even drift-free Operating a sailing ship with a keel fin with one outside the midships plane held sail that can be adjusted to the wind, in which the entire Rigging including the horizontally and vertically swiveling mast arm and the Sail is brought into an optimal total strength position and held.
  • the invention also relates to a sailing ship with a hull with a lowerable Keel fin and a foldable, swiveling mast arm and the attached Sail.
  • the vehicle's own weight acts here with its distance from the side “tipping edge" of the vehicle. All multihull boats, as well as catamarans and trimarans and boats with side swimming or In this way, skid arms provide the necessary stability for compensation the heeling moments caused by the wind.
  • From DE-OS 42 38 786.8 rigging for watercraft is known it allows the sail or sails to be held outside the midships plane and against to make the wind leaning by using an isosceles triangular sail is used to span the middle with a tree and that with the baseline as Luff held in an arbitrarily positionable and adjustable frame and above one foldable and pivotable cantilever is held as a mast.
  • Such a ship or such rigging is possible by wind power or to somewhat reduce the torque emanating from the sail.
  • By appropriate Position of the sail you can turn the line of force by the height of the Roll axis of the ship lead, so that the total force of the sail a small or even no longer has a lever arm for heeling the ship.
  • the keel which acts as the wing serves to generate a buoyancy in the water a certain angle of attack.
  • This angle of attack arises in today's constructions in which the Keel fin is firmly connected to the hull, automatically by the fact that Ship drifts, i.e. does not move in the direction of its longitudinal axis. It turns out today this drift angle is only optimal in very rare cases. It is disadvantageous for everyone In case the entire hull has to go through this angle. Since he's stuck with the Hull is connected, the entire hull must go through this angle of attack, whereby the sailing ship no longer travels in its longitudinal direction, but instead obliquely to it. This creates considerable resistance and reduces speed.
  • the invention is therefore based on the object of a method and a sailing ship to create a sailing without heeling torque and without tilting of the ship.
  • the object is achieved in that that provided by the sail Total force determined and that then the keel fin, which has a turret and a Mast arm is connected to the sail, in terms of effective area and / or curvature and / or profile shape and / or angle of attack is adapted to the position of the sail, that the total force generated by the keel fin is the projection of the total force of the sail is directed exactly opposite to the horizontal plane and at the same time the ratio of keel fin buoyancy to drag is maximized while the hull remains exactly in the direction of travel.
  • the leading edge of the sail is always perpendicular to the apparent wind and the sail it is also set so that the line of force of the total power of the sail is the lateral plan cuts below the lateral pressure point and / or forwards or aft or runs to the side of the lateral plan. Because of this execution of the process the sail can be brought into a position that determines the total force makes the sail possible, so that in turn the corresponding change on the keel with the necessary security and according to a precisely definable pattern makes possible.
  • Another embodiment of the invention provides that the keel with the Sail outgoing forces and with the relative speed of the water flow corresponding automatically according to the size of the active area and / or the angle of attack and / or the profile is set.
  • the automatic has the advantage that all different components can be taken into account in such a way that this results in the optimal effect for the "drive" of the sailing ship.
  • a sailing ship in which the Keel is designed as a multi-part, ballast-free keel fin, which in its entirety in the hull is retractable and pivotable relative to the ship's longitudinal axis and their Parts are connected via hinges resulting in a changeable curvature.
  • the Keel is designed as a multi-part, ballast-free keel fin, which in its entirety in the hull is retractable and pivotable relative to the ship's longitudinal axis and their Parts are connected via hinges resulting in a changeable curvature.
  • the keel fin can be pivoted overall, so that the angle of attack relative to the flow is changed accordingly and finally the keel fin as such can also be used Requirement can be included in the hull or lowered from it, thereby the effective area can be changed according to the measurements.
  • the profile shape to change the keel fin this being achieved according to the invention by that the keel fin as a whole or its parts are also designed to be changeable in the profile shape are. This is achieved in that the parts of the keel fin are inflatable or are shrink-fit, so that the profile shape corresponds to the requirements changes.
  • the keel fin is expediently pivotable by up to 90 ° on each side connected to the hull or turret after each Side, so that a lateral movement of the hull during mooring and disembarkation is achievable.
  • the second keel fin is used especially when driving the engine, if a rudder action is required or if, as mentioned, with strong waves the directional stability of the ship is to be improved.
  • the keel fin is made in three parts, wherein the middle part has the pivot axis and the profile nose and the rear Fin part are hinged to the middle part.
  • the middle part has the pivot axis and the profile nose and the rear Fin part are hinged to the middle part.
  • the individual parts of the keel fin can be connected to each other, for example connected by an outer skin, or they can also be separate parts, which can be pivoted accordingly with one another via the hinges get connected.
  • the mast arm can be pivoted horizontally and vertically and rotatably connected to the ship deck about its longitudinal axis via a universal joint and is also variable in length and fixable in any position.
  • the sail as such can be placed in any position far outside the hull be maneuvered, whereby as mentioned about the change or adaptation the keel fin ensures the position of the hull with prevented drift.
  • a form that is particularly favorable for the task of the sail is achieved if External trees that can be blocked on the frame by hinges and equipped with deflection rollers are articulated.
  • the sail can thus have a more aerodynamic, rectangular shape Be given form.
  • the frame designed as a profile nose forms a "thick" wing with two sails that can be rolled up in the frame Curvature and its ratio of length to depth (width) can be changed.
  • the device can be built more cheaply and easily, if one Reffwelle picks up two sailcloths, which are at the rear edge of the frame through a right angle sheet metal with rounded edges is held to the canvas. This makes it possible for the sails to hit the desired profile thickness at a distance to hold, it is further of advantage if the canvas is opened and closed individually can be developed in order to achieve a targeted response to the respective wind conditions To have power absorbed by the sailing ship.
  • the invention is characterized in particular by the fact that a method Operating a sailing ship and a sailing ship are created that are sailing without allow adverse heeling torque while giving an opportunity to keep the sailing ship or the hull horizontal, so that overall the comfort and safety of such a sailing ship is significantly increased, quite apart from that an optimal use of the force exerted by the wind is possible.
  • FIG. 1 shows the principle of the method according to the invention.
  • the sailing ship 1 or the hull 2 is shown seen from behind, the keel 3 and that on the mast arm 4 articulated sail 5 can be seen with the canvas 6.
  • the Mast arm 4 is pivotable about a multi-joint 8, which is connected to the ship deck 9.
  • the mast arm 4 is otherwise only hinted at.
  • the sail 5 can also be moved in the ship's longitudinal axis 10 will.
  • Weight of the hull 2 is usually not by the here either The hydrostatic buoyancy shown in the water is fully compensated. Thereby but that the inclined sail 5 develops a sail lifting force 13, the hull becomes 2 slightly raised, which means that part of the total weight is now gravitational Opposing force or weight force 18 counteracts the lifting force 13. That part of weight 18 forms a parallelogram of forces together with the hydrodynamic transverse force 17 with the total force 19.
  • the total force 14 and the total force 19 lie oppositely directed on a line. This means there is no lever arm with which no torque can occur.
  • the lateral forces 12 and 17 are, however - since they develop in a dynamic process - not always the same size. At In addition to linear accelerations, imbalances also occur in rotational accelerations on, which is why the possibility mentioned must exist, the line of total force of the sail 5 below the lateral pressure point 16 or even below the lateral plan let go through.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a cross section through the frame 26 and a longitudinal section through the main tree 23 with the inner, longitudinal to the main tree 23 displaceable and rotatable in the main boom 23 pivot shaft 24, the transmission 25 for actuation on the frame 26 shifted shaft 27 via the ends 28 of the Rah 26 can set the reefing shafts 29 in rotation.
  • the reef waves 29 wind-up canvas 6 are not shown. You can still see this figure one of the two outer trees 30, with the help of which the sail 5 has a rectangular shape can be awarded and the uniaxial joint 22 with which the angle of attack of Sail 5 can be adjusted to the wind.
  • the possibility of moving the swivel shaft 24 in the main tree 23 in its longitudinal direction aims to shift the sail pressure point or the lateral pressure point 16 at different angles of attack to compensate for the sail 5.
  • the joint 22 is on the head 21 of the mast arm 4 arranged.
  • the already mentioned keel 3 consists of three parts according to FIGS. 3, 4, 5 and 6 and is referred to as the keel fin 33.
  • this keel fin 33 is shown in FIGS Ship's hull 2 can be pushed in or pushed out of it, with here on a graphic representation is dispensed with.
  • the individual parts 34, 37, 38 are over Hinges 35 and 39 are hinged together so that the arch of the keel fin 33 can be changed accordingly by the individual parts 34, 37, 38 are intertwined.
  • the middle part 37 generally runs in the longitudinal axis of the ship 10, but according to FIG. 6 also pivoting about the pivot axis 40 is possible, so that the angle of attack of this keel fin 33 the circumstances can be changed accordingly.
  • Fig. 7 shows the raising of the sail 5 by a certain amount and that Swiveling the sail 5 with the swivel angle. It becomes clear that an adjustment or adaptation of the sail 5 in this way and through the special training and the mast arm 4 which is designed to be displaceable in length is easily possible.
  • Fig. 8 illustrates wind sailing in light wind, i. H. with light wind.
  • the cantilever arm 4 is positioned somewhat upstream of the midship level.
  • the Rah 26 is swiveled vertically, either to 0 ° or to 180 °, depending on the wind direction.
  • the Adjustment to the wind takes place with the optimal angle.
  • the curvature of the sail 5 is enlarged according to the weak wind. Become windward and leeward by slightly tilting the mast arm 4 forward and backward resulting shift of the sail pressure point (in front or behind the perpendicular controlled by the lateral pressure point 16). This shift in the sail pressure point could then also be used to change the course of the sailing ship 1.
  • the mast arm 4 can also be tilted far forward 9, which illustrates.
  • the Rah 26 is again perpendicular to the apparent Wind turned.
  • the angle of attack can now be chosen much larger than that of the Sailing on the wind, since the resistance of the sail 5 is now also in the direction of travel of the sailing ship 1 points.
  • the angle at which the greatest propulsive force is generated is to determine by experiment.
  • the cantilever arm With strong wind and sailing on the wind, the cantilever arm is extended sideways, whereby the hull is turned from the midships plane.
  • the Rah 26 will again set at right angles to the apparent wind, but pivoted so far that the line of force of the total force 14 generated by the sail 5 slightly below the contour line the lateral pressure point 16 in the lateral plan, but also as far to the bow of the lateral pressure point 16 shows that the now stronger luffing moment of propulsive force is compensated again.
  • the curvature of the sail 5 becomes - according to the wind strength - chosen flatter.
  • the sailing ship 1 gets into a severe storm or hurricane on the high seas, so that in a conventional sailing yacht there is a risk of capsizing under the naked Rig would exist, the sail 5 and the mast arm 4 can be fully retracted and on the Ship deck 9 are put down and fixed. As a result, the danger of capsizing is very high much lower. However, the ship capsizes e.g. B. by the action of waves, so can not tear off the deposited and fixed sail 5 and mast arm 4. In one Exceptional situation, the sailing ship 1 can withstand almost any heavy lake.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abdriftarmen oder gar abdriftfreien Betreiben eines Segelschiffes mit Kielflosse mit einem außerhalb der Mittschiffsebene gehaltenen und an den Wind entsprechend anstellbaren Segel, bei dem die gesamte Takelage einschließlich des horizontal und vertikal schwenkbaren Mastarmes und des Segels in eine eine optimale Gesamtkraft erbringende Lage gebracht und gehalten wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Segelschiff mit einem Schiffsrumpf mit absenkbarer Kielflosse und einem klappbaren, schwenkbaren Mastarm und dem daran angebrachten Segel.
In der bisherigen Geschichte der Segelfahrzeuge, insbesondere der Segelschifffahrt bestand immer eine funktionale Abhängigkeit des Segeltragevermögens von der Stabilität. Die Kräfte die durch den Wind von den Segeln erzeugt werden, wirken - wenn der Wind nicht genau von hinten, sondern in irgendeinem Winkel von einer Seite kommt - nicht nur in Fahrtrichtung, sondern zum weit überwiegenden Teil quer dazu. Dies würde zum Kentern des Schiffes führen, wenn nicht bauliche Vorsorge dagegen in Form der "Stabilität" des Schiffes getroffen würde. Hierzu gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten, die meist in Kombination miteinander genutzt werden. Zur Erzielung der sogenannten Gewichtsstabilität wird das Schiff mit einer Art "Kontergewicht", dem Ballast versehen. Dieser wird möglichst tief angebracht. Meist hängt der Ballast unten an der starren und fest mit dem Schiff verbundenen Kielflosse. Sobald der Winddruck das Schiff zur Seite neigt, also krängt, entsteht zwischen der lotrechten Linie der Gewichtskraft des Ballastes und der lotrechten Linie der gegenwirkenden hydrostatischen Auftriebskraft ein Abstand, der als Hebelarm für den Ballast zur Bildung eines der Krängung entgegengerichteten Momentes wirkt. Die Wirkung dieses fest montierten Ballastes kann noch durch beweglichen Ballast verstärkt werden, der jeweils auf der dem Wind zugewandten Seite, also im Luv positioniert wird. Sehr kleine Boote werden nur mit beweglichem Ballast stabilisiert, indem sich die Crew auf die Luvkante setzt und sich zusätzlich weit hinauslehnt. Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Stabilität ergibt sich durch eine größere Breite des Fahrzeugs. Diese Formstabilität ist am deutlichsten an einem Floß erkennbar. Hier wirkt das Eigengewicht des Fahrzeuges mit seinem Abstand von der seitlichen "Kippkante" des Fahrzeuges. Alle Mehrrumpfboote, sowie Katamarane und Trimarane und Boote mit seitlichen Schwimm- oder Gleitkufenauslegern verschaffen sich auf diese Weise die nötige Stabilität zur Kompensierung der durch den Wind verursachten Krängungsmomente.
Um einem Segelschiff ein möglichst großes Geschwindigkeitspotential geben zu können, muß es mit möglichst großen Segelflächen ausgestattet werden. Große Segelflächen erzeugen aber außer einer großen Vortriebskraft auch eine unerwünschte, große Querkraft, die zusammen mit ihrem Hebelarm, dem Abstand des Segeldruckpunktes vom Lateraldruckpunkt ein großes Krängungsmoment erzeugt. Zur Erzeugung eines großen Gegenmomentes brauchte man bisher deshalb viel Ballast und/oder eine große Breite des Schiffes. Bei den Kielyachten beträgt der Anteil des Ballastes am Gesamtgewicht heute oft 50 % (bis zu 80 % bei Regattaschiffen). Der Ballast vergrößert die Wasserverdrängung der Schiffe und vernichtet dadurch wieder einen großen Teil der Vorteile, die er schafft. Er mindert auch die Nutzlast und er verlangt aufwendige Maßnahmen bei der Befestigung am Schiffsrumpf und verteuert somit die Schiffe. Auch große Schiffsbreite hat erhebliche Nachteile. Kentert ein Schiff beispielsweise mit einer großen Formstabilität durch, so ist es oft schwer, es wieder aufzurichten.
Aus der DE-OS 42 38 786.8 ist eine Takelung für Wasserfahrzeuge bekannt, die es ermöglicht, das oder die Segel außerhalb der Mittschiffsebene zu halten und gegen den Wind krängend anzustellen, indem als Segel ein gleichschenkliges Dreiecksegel verwendet wird, das mit einem Baum mittig zu spannen und das mit der Basislinie als Vorliek in einer beliebig positionierbaren und einstellbaren Rah gehalten und über einem klappbar und verschwenkbar ausgebildeten Kragarm als Mast gehalten ist. Mit einem solchen Schiff bzw. einer solchen Takelung ist es möglich, das von der Windkraft bzw. von dem Segel ausgehende Drehmoment etwas zu verringern. Durch entsprechende Stellung des Segels kann man die Kraftlinie durch die Höhe der Dreh- oder Rollachse des Schiffes führen, so daß die Gesamtkraft des Segels einen kleinen oder gar keinen Hebelarm mehr zur Krängung des Schiffes hat. Letztlich ist es sogar möglich, die Kraftlinie unter das Schwert bzw. den Kiel in Höhe der Lage des Lateralpunktes zu führen, so daß das Drehmoment - gebildet aus Wasserkraft und Abstand des Lateraldruckpunktes - von der Drehachse kompensiert wird. Der Kiel, der als Tragfläche dient, braucht zur Erzeugung eines Auftriebes im Wasser einen bestimmten Anstellwinkel. Dieser Anstellwinkel stellt sich bei heutigen Konstruktionen, bei denen die Kielflosse fest mit dem Schiffsrumpf verbunden ist, automatisch dadurch ein, daß das Schiff abdriftet, also nicht in Richtung seiner Längsachse fährt. Dabei stellt sich heute nur in sehr seltenen Fällen dieser Abdriftwinkel optimal ein. Nachteilig ist auf jeden Fall, daß der gesamte Schiffsrumpf diesen Winkel mitmachen muß. Da er fest mit dem Schiffsrumpf verbunden ist, muß der gesamte Schiffskörper diesen Anstellwinkel mitmachen, wodurch das Segelschiff nicht mehr in seiner Längsrichtung fährt, sondern schräg dazu. Das erzeugt erhebliche Widerstände und verringert die Geschwindigkeit.
Ein ähnliches Wasserfahrzeug ist auch aus dem Dokument DE-A-2 923 707 bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Segelschiff zu schaffen, die ein Segeln ohne krängendes Drehmoment und ohne Schrägstellung des Schiffes ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Segel erbrachte Gesamtkraft ermittelt und daß dann die Kielflosse, die über einen Drehturm und einen Mastarm mit dem Segel verbunden ist, bezüglich Wirkfläche und/oder Wölbung und/oder Profilform und/oder Anstellwinkel so der Stellung des Segels angepaßt wird, daß die dabei von der Kielflosse erzeugte Gesamtkraft der Projektion der Gesamtkraft des Segels auf die horizontale Ebene genau entgegengesetzt gerichtet ist und gleichzeitig das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand der Kielflosse maximiert wird, während der Schiffsrumpf exakt in Fahrtrichtung bleibt.
Damit wird es möglich, ein ausreichend stabiles Schiff vorzugeben und zwar auch dann, wenn das Segelschiff selbst beliebig große Segelflächen gesetzt hat. Es kann so in erheblichen Umfang Ballast und Schiffsbreite eingespart werden. Die Segelschiffe werden bei gleicher Windstärke erheblich schneller fahren, sie werden dabei aufrecht fahren, was hinsichtlich des Komforts und der Sicherheit erhebliche Vorteile mit sich bringt. Durch die extreme Verringerung des Ballastes ist es ebenfalls möglich, den Kiel von seiner bisherigen Doppelfunktion - Flosse und Halterung des Ballastes - zu befreien und ihn schwenkbar und in seinem Profil veränderbar bzw. insgesamt veränderbar zu gestalten. Er verhindert somit eine Abdrift, so daß die Segelkraft insgesamt benutzt werden kann, um das Segelschiff entsprechend vorwärts zu bewegen. Grundsätzlich hat es zwar bereits Versuche gegeben, wölbbare Kiele zu verwenden oder auch den Kiel schwenkbar auszubilden, doch konnten sich diese Konstruktionen nicht durchsetzen, da die wegen des anhängenden Ballastes notwendige Festigkeit einen Zielkonflikt ergab (DE-GM 82 11 104, DE-OS 32 48 580.8 und DE-OS 33 29 508.5). Darüber hinaus hatten diese bekannten Konstruktionen nicht das Ziel und auch nicht die Möglichkeit mit den Segelkräften nach Stärke und Richtung und mit der Geschwindigkeit des Schiffes korrespondierend zu arbeiten und auf diese Weise das Schiff zu steuern.
Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anströmkante des Segels immer rechtwinklig zum scheinbaren Wind und das Segel darüber hinaus so gestellt wird, daß die Kraftlinie der Gesamtkraft des Segels den Lateralplan unterhalb des Lateraldruckpunktes schneidet und/oder vorlich oder achterlich oder seitlich des Lateralplanes verläuft. Aufgrund dieser Ausführung des Verfahrens kann das Segel jeweils in eine Position gebracht werden, die die Ermittlung der Gesamtkraft des Segels möglich macht, so daß wiederum die entsprechende Veränderung am Kiel mit der notwendigen Sicherheit und nach einem genau vorgebbaren Muster möglich macht. Damit kann durch entsprechende Anpassung des Kiels bzw. der Kielflosse eine der Gesamtkraft des Segels exakt entgegenwirkende resultierende Kraft entwickelt werden, so daß auf das Schiff wärend der Geradeausfahrt keinerlei Drehmomente wirken, für die Kurvenfahrt aber ein Drehmoment einstellbarer Größe um die Hochachse entsteht und so daß das Segelschiff auch bei seitlich einfallendem Wind genau in Richtung seiner Längsachse fahren kann.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der Kiel mit den vom Segel ausgehenden Kräften und mit der Relativgeschwindigkeit der Wasserströmung korrespondierend automatisch nach Größe der aktiven Fläche und/oder dem Anstellwinkel und/oder dem Profil eingestellt wird. Die Automatik hat den Vorteil, daß alle unterschiedlichen Komponenten berücksichtigt werden können und zwar jeweils so, daß sich daraus die für den "Antrieb" des Segelschiffes optimale Auswirkung ergibt.
Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Segelschiff vorgesehen, bei dem der Kiel als mehrteilige, ballastfreie Kielflosse ausgebildet ist, die in ihrer Gesamtheit in den Schiffsrumpf einziehbar und relativ zur Schiffslängsachse schwenkbar ist und deren Teile über Scharniere eine veränderbare Wölbung ergebend verbunden sind. Bei einem derart ausgebildeten Segelschiff bzw. bei einer derartigen Ausbildung seines Kiels ist es möglich, das weiter vorn beschriebene Verfahren zu verwirklichen und die damit erzielbaren Vorteile zu verwirklichen. Durch die besondere Ausbildung der Kielflosse kann sowohl eine Veränderung oder Anpassung der Wölbung wie auch der Profilform insgesamt erreicht werden. Darüber hinaus kann ja nach dieser Lösung die Kielflosse insgesamt verschwenkt werden, so daß der Anstellwinkel gegenüber der Strömung entsprechend verändert wird und schließlich kann die Kielflosse als solche auch bei Bedarf in den Schiffsrumpf aufgenommen oder aber aus ihm abgesenkt werden, wodurch die Wirkfläche den Messungen entsprechend verändert werden kann. Je nach Gegebenheiten kann es auch notwendig sein oder nur notwendig sein, die Profilform der Kielflosse zu verändern, wobei dies gemäß der Erfindung dadurch erreicht wird, daß die Kielflosse insgesamt bzw. ihre Teile auch in der Profilform veränderbar ausgebildet sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die Teile der Kielflosse aufblähbar oder einschrumpfbar sind, so daß dadurch die Profilform jeweils den Anforderungen entsprechend sich ändert.
Zweckmäßigerweise ist die Kielflosse um bis zu 90 ° nach jeder Seite schwenkbar mit dem Schiffsrumpf bzw. mit dem Drehturm verbunden ist und zwar nach jeder Seite hin, so daß bei An- und Ablegemanövern eine seitliche Bewegung des Schiffskörpers erreichbar ist. Auch unter extremen Bedingungen wie einem Orkan kann mit einer quer- und einer längsgestellten Kielflosse die Wirkung eines großen Schleppankers erzeugt werden, insbesondere wenn der Lateralplan, wie erfindungsgemäß weiter vorgesehen ist, zwei Kielflossen aufweist, die unabhängig voneinander absenkbar und einziehbar, schwenkbar, nach Profil und Wölbung veränderbar in Schiffslängsachse hintereinander angeordnet sind, wobei einer der beiden Kielflossen in der Mitte des Schiffes, wahlweise aber auch weiter in Richtung auf den Bug des Schiffes zu positioniert sein kann. Dabei wird die zweite Kielflosse insbesondere unter Motorfahrt eingesetzt, wenn eine Ruderwirkung benötigt wird oder wenn wie erwähnt bei starker Welleneinwirkung die Richtungsstabilität des Schiffes verbessert werden soll.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Kielflosse dreiteilig ausgebildet, wobei das Mittelteil die Schwenkachse aufweist und die Profilnase und das hintere Flossenteil über Scharniere mit dem Mittelteil schwenkbar verbunden sind. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine asymetrisches Profil in Abstimmung auf die Segelkräfte einzustellen und zwar im Wesentlichen ohne daß es eines konstruktiven Aufwandes bedarf. Dabei können die einzelnen Teile der Kielflosse miteinander verbunden, also beispielsweise durch eine Außenhaut verbunden sein, oder sie können auch getrennte Teile sein, die entsprechend verschwenkbar über die Scharniere miteinander verbunden werden.
Die schon weiter vorne erwähnte vorteilhafte Ausnutzung der Segelkräfte ist insbesondere dadurch möglich, daß der Mastarm horizontal und vertikal schwenkbar und um seine Längsachse drehbar über ein Vielgelenk mit dem Schiffsdeck verbunden und außerdem längenveränderlich und in jeder Position fixierbar ausgebildet ist. Damit kann das Segel als solches in jede beliebige Position auch weit außerhalb des Schiffskörpers manövriert werden, wobei wie erwähnt über die Veränderung bzw. Anpassung der Kielflosse die Stellung des Schiffskörpers bei verhinderter Abdrift gewährleistet ist.
Weiter ist die Ausbildung des auf das Segel zutreffenden Teils des Segelschiffes zu optimieren, wenn dem Kopf des Mastarmes eine einachsiges, fixierbares Gelenk zugeordnet ist, an dem der Hauptbaum mit innenliegender, um ihre Längsachse drehbarer und in Längsachse verschiebbarer Schwenkwelle angelenkt ist und daß die Schwenkwelle ein Kopfstück mit einem Getriebe zur Betätigung der in der Rah verlagerten, die Segeltücher aufnehmenden Reffwellen aufweist. Hierdurch wird das eigentliche Segel in jede beliebige Position gebracht, wobei durch die besondere Ausbildung des Mastarmes und der nachgeordneten Teile der Takelage die jeweilig eingenommene Position auch so identifiziert werden kann, daß daraus die notwendigen Rückschlüsse bezüglich der Form und Stellung des Kiels gezogen werden können.
Eine für die Aufgabe des Segels besonders günstige Form wird erreicht, wenn an der Rah über Scharniere blockierbare und mit Umlenkrollen ausgerüstete Außenbäume angelenkt sind. Insbesondere kann so dem Segel eine strömungsgünstigere, rechteckige Form gegeben werden.
Weiter vorn ist bereits darauf hingewiesen worden, daß über die Stellung des Segels bzw. durch Berücksichtigung der an der Stellung vorgenommenen Änderungen auf die Gesamtkraft des Segels rückgeschlossen werden kann, um daraus die Kielflosse entsprechend anzupassen. Um hier die notwendigen Eckwerte ermitteln und schnell ermitteln zu können, ist jedem Gelenk ein Winkelsensor zweckmäßigerweise zugeordnet.
Sowohl bezüglich der Aufnahme des Windes, wie auch der Auswertung der entsprechenden Eckdaten ist es von Vorteil, wenn die als Profilnase ausgebildete Rah mit zwei in der Rah aufrollbaren Segeltüchern eine "dicke" Tragfläche bildet, deren Wölbung und deren Verhältnis von Länge zur Tiefe (Breite) veränderbar ist.
Preisgünstiger und leichter kann die Vorrichtung gebaut werden, wenn eine Reffwelle zwei Segeltücher aufnimmt, die an der Hinterkante der Rah durch ein rechtwinkelig zu den Segeltüchern stehendes Blech mit abgerundeten Kanten gehalten sind. Damit ist es möglich, die Segel beim Aufreffen im Abstand der gewünschten Profildikke zu halten, wobei es weiter von Vorteil ist, wenn die Segeltücher einzeln auf- und abwickelbar sind, um so den jeweiligen Windverhältnissen entsprechend eine gezielte Kraft durch das Segelschiff aufnehmen zu lassen.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren zu Betreiben eines Segelschiffes und ein Segelschiff geschaffen sind, die ein Segeln ohne nachteiliges krängendes Drehmoment ermöglichen und dabei eine Möglichkeit geben, das Segelschiff bzw. den Schiffsrumpf jeweils waagerecht zu halten, so daß insgesamt der Komfort und die Sicherheit eines derartigen Segelschiffes deutlich erhöht wird, ganz davon abgesehen, daß eine optimale Ausnutzung der vom Wind ausgeübten Kraft ermöglicht ist.
Damit sind die bisher bestehenden Abhängigkeiten aufgelöst, nach denen große Segelflächen nur gesetzt werden können, wenn das Schiff über eine ausreichend große Stabilität verfügt. Es ist möglich, auf einem Segelschiff beliebig große Segelflächen zu setzen (auch wenn das Segelschiff nur eine geringe Stabilität besitzt). Dadurch kann gleichzeitig die Nutzlast der Schiffe erhöht werden, ganz davon abgesehen, daß auch das Gesamtgewicht reduziert werden kann, so daß insgesamt schneller fahrende Schiffe und besser zu lenkende Segelschiffe möglich werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1
ein gemäß erfindungsgemäßen Verfahren betriebenes Segelboot,
Fig. 2
einen Querschnitt durch die Rah in perspektivischer Ansicht,
Fig. 3
eine dreiteilige Kielflosse,
Fig. 4
eine andere Wölbung der Kielflosse,
Fig. 5
eine noch weiter veränderte Profilform und
Fig. 6
eine geänderte Profilform bei einem gleichzeitig veränderten Anstellwinkel,
Fig. 7
ein ausgestelltes und mit dem Schwenkwinkel geschwenktes Segel,
Fig. 8
ein Schiff mit auf Schwachwind gestelltem Segel,
Fig. 9
ein Schiff mit auf Drachensegel gestelltem Segel,
Fig. 10
ein im Orkan befindliches Segelschiff,
Fig. 11
ein Segelschiff beim Durchfahren von Brückendurchfahrten und
Fig. 12
ein im überdachten Liegeplatz abgestelltes Segelschiff.
Fig. 1 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Segelschiff 1 bzw. der Schiffsrumpf 2 ist von hinten gesehen dargestellt, wobei der Kiel 3 und das am Mastarm 4 gelenkig angebrachte Segel 5 mit dem Segeltuch 6 erkennbar sind. Der Mastarm 4 ist um ein Vielgelenk 8, das mit dem Schiffsdeck 9 verbunden ist, verschwenkbar. Der Mastarm 4 ist im übrigen nur angedeutet. Durch die besondere Ausbildung des Mastarmes 4 kann das Segel 5 quasi auch in Schiffslängsachse 10 verschoben werden.
Die vom Segel 5 erzeugte Gesamtkraft 14, die am Segeldruckpunkt 11 angreift, ist zerlegbar in die Segelquerkraft 12 und die Segelhubkraft 13. Am Lateraldruckpunkt 16 greift die der aerodynamischen Querkraft bzw. der Segelquerkraft 12 entgegengerichtete hydrodynamische Querkraft 17 an. Die hier nicht eingezeichnete gravitative Gewichtskraft des Schiffsrumpfes 2 wird normalerweise durch die hier ebenfalls nicht eingezeichnete hydrostatische Auftriebskraft im Wasser voll kompensiert. Dadurch aber, daß das geneigte Segel 5 eine Segelhubkraft 13 entwickelt, wird der Schiffsrumpf 2 etwas angehoben, wodurch ein Teil der gesamten Gewichtskraft nun als gravitative Gegenkraft bzw. Gewichtskraft 18 der Hubkraft 13 entgegentritt. Dieser Teil der Gewichtskraft 18 bildet zusammen mit der hydrodynamischen Querkraft 17 ein Kräfteparallelogramm mit der Gesamtkraft 19. Die Gesamtkraft 14 und die Gesamtkraft 19 liegen entgegengesetzt gerichtet auf einer Linie. Dadurch ist kein Hebelarm gegeben, womit auch kein Drehmoment auftreten kann. Die Querkräfte 12 und 17 sind allerdings - da sie sich in einem dynamischen Prozeß ausbilden - nicht immer gleich groß. Bei Ungleichgewichten treten neben linearen Beschleunigungen auch Drehbeschleunigungen auf, weshalb auch die erwähnte Möglichkeit bestehen muß, die Linie der Gesamtkraft des Segels 5 unterhalb des Lateraldruckpunktes 16 oder sogar unterhalb des Lateralplans durchlaufen zu lassen.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Querschnitt durch die Rah 26 und einen Längsschnitt durch den Hauptbaum 23 mit der innen liegenden, längs zum Hauptbaum 23 verschiebbaren und im Hauptbaum 23 drehbaren Schwenkwelle 24, dem Getriebe 25 zur Betätigung an der Rah 26 verlagerten Welle 27 die über die Enden 28 der Rah 26 die Reffwellen 29 in Drehung versetzen können. Die um die Reffwellen 29 aufzuwickelnden Segeltücher 6 sind nicht dargestellt. Zu sehen ist in dieser Figur noch einer der beiden Außenbäume 30, mit deren Hilfe dem Segel 5 eine rechteckige Form verliehen werden kann und das einachsige Gelenk 22, mit dem der Anstellwinkel des Segels 5 zum Wind eingestellt werden kann. Die Verschiebemöglichkeit der Schwenkwelle 24 im Hauptbaum 23 in dessen Längsrichtung hat zum Ziel, die Verschiebung des Segeldruckpunktes bzw. des Lateraldruckpunktes 16 bei unterschiedlichen Anstellwinkeln des Segels 5 auszugleichen. Das Gelenk 22 ist am Kopf 21 des Mastarms 4 angeordnet.
Der schon erwähnte Kiel 3 besteht nach den Fig. 3, 4, 5 und 6 aus drei Teilen und wird als Kielflosse 33 bezeichnet. Diese Kielflosse 33 ist wie schon erwähnt in den Schiffsrumpf 2 einschiebbar bzw. aus diesem ausschiebbar ausgebildet, wobei hier auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet ist. Die einzelnen Teile 34, 37, 38 sind über Scharniere 35 und 39 gelenkig miteinander verbunden, so daß die Wölbung der Kielflosse 33 entsprechend verändert werden kann, indem die einzelnen Teile 34, 37, 38 gegeneinander verschränkt werden. Das Mittelteil 37 verläuft in der Regel in Schiffslängsachse 10, wobei allerdings gemäß Fig. 6 auch ein Verschwenken um die Schwenkachse 40 möglich ist, so daß der Anstellwinkel dieser Kielflosse 33 den Gegebenheiten entsprechend verändert werden kann. Dabei kann wie Fig. 6 verdeutlicht die einmal eingestellte Wölbung beibehalten werden, so daß die weiter vorne erwähnte Anpassung der Form der Kielflosse 33 an die vom Segel 5 ausgehenden Kräfte gesichert ist. Die Wölbungsveränderungen sollen ebenso wie die Drehung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Segelstellung korrespondierend erfolgen. Die Schwenkachse 40 ist übrigens in der Schiffsmitte 36 zu finden.
Fig. 7 zeigt das Ausstellen des Segels 5 um einen bestimmten Betrag und das Schwenken des Segels 5 mit dem Schwenkwinkel. Deutlich wird, daß eine Verstellung bzw. Anpassung des Segels 5 auf diese Art und Weise und durch die besondere Ausbildung und des in der Länge verschiebbar ausgebildeten Mastarms 4 leicht möglich ist.
Fig. 8 verdeutlicht das Segeln am Wind bei geringem Wind, d. h. bei Schwachwind. Der Kragarm 4 ist hier etwas luvwärts der Mittschiffsebene gestellt. Die Rah 26 wird lotrecht geschwenkt, entweder auf 0 ° oder auf 180 °, je nach Windrichtung. Die Anstellung an den Wind erfolgt mit dem optimalen Winkel. Die Wölbung des Segels 5 wird - dem schwachen Wind entsprechend - vergrößert. Luv- und Leegierigkeit werden durch leicht nach vorne oder nach hinten geneigte Stellung des Mastarmes 4 und sich daraus ergebenden Verschiebung des Segeldruckpunktes (vor oder hinten die Lotrechte durch den Lateraldruckpunkt 16) gesteuert. Diese Verschiebung des Segeldruckpunktes könnte dann auch zur Kursänderung des Segelschiffes 1 verwendet werden.
Bei entsprechendem Wind kann der Mastarm 4 auch weit nach vorne geneigt werden, was Fig. 9 verdeutlicht. Die Rah 26 wird wieder rechtwinklig zum scheinbaren Wind gedreht. Der Anstellwinkel kann jetzt sehr viel größer gewählt werden als beim Segeln am Wind, da der Widerstand des Segels 5 jetzt auch in Fahrtrichtung des Segelschiffes 1 weist. Bei welchem Anstellwinkel die größte Vortriebskraft erzeugt wird, ist durch Versuch zu ermitteln.
Bei Starkwind und Segeln am Wind wird der Kragarm nach Lee seitwärts ausgestellt, wobei der Schiffsrumpf aus der Mittschiffsebene gedreht wird. Die Rah 26 wird wieder rechtwinklig zum scheinbaren Wind gestellt, dabei aber soweit geschwenkt, daß die Kraftlinie der vom Segel 5 erzeugten Gesamtkraft 14 etwas unter die Höhenlinie des Lateraldruckpunktes 16 im Lateralplan, aber auch so weit bugwärts des Lateraldruckpunktes 16 zeigt, daß das nun stärkere luvgierende Moment der Vortriebskraft wieder kompensiert wird. Die Wölbung des Segels 5 wird - der Windstärke entsprechend - flacher gewählt.
Sollte auf hoher See das Segelschiff 1 in schweren Sturm oder Orkan geraten, so daß bei einer herkömmlichen Segelyacht die Gefahr des Kenterns unter nacktem Rigg bestünde, so kann das Segel 5 und der Mastarm 4 ganz eingefahren und auf dem Schiffsdeck 9 abgelegt und fixiert werden. Hierdurch ist die Gefahr des Kenterns sehr viel geringer. Kentert das Schiff trotzdem z. B. durch Welleneinwirkung durch, so kann das abgelegte und fixierte Segel 5 und Mastarm 4 nicht abreißen. In einer solchen Ausnahmesituation wird das Segelschiff 1 fast jeder schweren See standhalten können.
Diese Möglichkeit, Mastarm 4 und Segel 5 schnell und einfach auf dem Schiffsdeck 9 abzulegen, hat den weiteren Vorteil, daß man mit einer derart verringerten Gesamthöhe der "Aufbauten" unter jeder noch so niedrigen festen Brücke herfahren kann und auch an Öffnungszeiten von Hub- und Schwenkbrücken nicht mehr gebunden ist. Entsprechendes verdeutlicht Fig. 11, wobei ein entsprechendes Segelschiff 1 gezeigt ist, das gerade eine Brückendurchfahrt 41 geringer Höhe durchfährt.
Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der speziellen Ausbildung des Segelschiffes 1 gemäß Erfindung die Möglichkeit, überdachte Liegeplätze bzw. Schiffsanleger 42 zu nutzen, ein Vorteil, der all jenen sofort deutlich wird, die ihr Segelschiff an jedem Wochenende ersteinmal - und immer wieder - von den Blättern der benachbarten Bäume und vom Flugstaub befreien und die Schäden von Einbrüchen und Diebstählen beheben müssen. Entsprechendes zeigt Fig. 12 deutlich.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum abdriftarmen oder gar abdriftfreien Betreiben eines Segelschiffes (1) mit Kielflosse (33) mit einem außerhalb der Mittschiffsebene gehaltenen und an den Wind entsprechend anstellbaren Segel (5), bei dem die gesamte Takelage einschließlich des horizontal und vertikal schwenkbaren Mastarmes (4) und des Segels (5) in eine eine optimale Gesamtkraft (14) erbringende Lage gebracht und gehalten wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die vom Segel (5) erbrachte Gesamtkraft (14) ermittelt und daß dann die Kielflosse (33), die über einen Drehturm und einen Mastarm (4) mit dem Segel (5) verbunden ist, bezüglich Wirkfläche und/oder Wölbung und/oder Profilform und/oder Anstellwinkel so der Stellung des Segels (5) angepaßt wird, daß die dabei von der Kielflosse (33) erzeugte Gesamtkraft (17) der Projektion der Gesamtkraft (12) des Segels (5) auf die horizontale Ebene genau entgegengesetzt gerichtet ist und gleichzeitig das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand der Kielflosse (33) maximiert wird, während der Schiffsrumpf (2) exakt in Fahrtrichtung bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anströmkante des Segels (5) immer rechtwinklig zum scheinbaren Wind und das Segel (5) darüber hinaus so gestellt wird, daß die Kraftlinie der Gesamtkraft (14) des Segels (5) den Lateralplan unterhalb des Lateraldruckpunktes (16) schneidet und/oder vorlich oder achterlich oder seitlich des Lateralplanes verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kiel (3) mit den vom Segel (5) ausgehenden Kräften und mit der Relativgeschwindigkeit der Wasserströmung korrespondierend automatisch nach Größe der aktiven Fläche und/oder dem Anstellwinkel und/oder dem Profil eingestellt wird.
  4. Segelschiff mit einem Schiffsrumpf (2) mit absenkbarem Kiel (3) und einem klappbaren, schwenkbaren Mastarm (4) und dem daran angebrachten Segel (5),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kiel (3) als mehrteilige, ballastfreie Kielflosse (33) ausgebildet ist, die in ihrer Gesamtheit in den Schiffsrumpf (2) einziehbar und relativ zur Schiffslängsachse (10) schwenkbar ist und deren Teile (34, 37, 38) über Scharniere (35, 39) eine veränderbare Wölbung ergebend verbunden sind.
  5. Segelschiff nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kielflosse (33) bzw. ihre Teile (34, 37, 38) auch in der Profilform veränderbar ausgebildet sind.
  6. Segelschiff nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kielflosse (33) um bis zu 90 ° nach jeder Seite schwenkbar mit dem Schiffsrumpf (2) bzw. mit dem Drehturm verbunden ist.
  7. Segelschiff nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lateralplan zwei Kielflossen (33) aufweist, die unabhängig voneinander absenkbar und einziehbar, schwenkbar, nach Profil und Wölbung veränderbar in Schiffslängsachse (10) hintereinander angeordnet sind, wobei eine der beiden Kielflossen (33) in der Mitte des Schiffes, wahlweise aber auch weiter in Richtung auf den Bug des Schiffes zu positioniert sein kann.
  8. Segelschiff nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kielflosse (33) dreiteilig ausgebildet ist, wobei das Mittelteil (37) die Schwenkachse (40) aufweist und die Profilnase (34) und das hintere Flossenteil (38) über Scharniere (35, 39) mit dem Mittelteil (37) schwenkbar verbunden sind.
  9. Segelschiff nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Mastarm (4) horizontal und vertikal schwenkbar und um seine Längsachse drehbar über ein Vielgelenk (8) mit dem Schiffsdeck (9) verbunden und außerdem längenveränderlich und in jeder Position fixierbar ausgebildet ist.
  10. Segelschiff nach Anspruch 4 und Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß dem Kopf (21) des Mastarmes (4) eine einachsiges, fixierbares Gelenk (22) zugeordnet ist, an dem der Hauptbaum (23) mit innenliegender, um ihre Längsachse drehbarer und in Längsachse verschiebbarer Schwenkwelle (24) angelenkt ist und daß die Schwenkwelle (24) ein Kopfstück mit einem Getriebe (25) zur Betätigung der in der Rah (26) verlagerten, die Segeltücher (6) aufnehmenden Reffwellen (29) aufweist.
  11. Segelschiff nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Rah (26) über Scharniere blockierbare und mit Umlenkrollen ausgerüstete Außenbäume (30) angelenkt sind.
  12. Segelschiff nach Anspruch 4 - Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jedem Gelenk (8, 22, 27) ein Winkelsensor zugeordnet ist.
  13. Segelschiff nach Anspruch 4 - Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die als Profilnase ausgebildete Rah (26) mit zwei in der Rah (26) aufrollbaren Segeltüchern (6) eine "dicke" Tragfläche bildet, deren Wölbung und deren Verhältnis von Länge zur Tiefe (Breite) veränderbar ist.
  14. Segelschiff nach Anspruch 4 - Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Reffwelle (29) zwei Segeltücher (6) aufnimmt, die an der Hinterkante der Rah (26) durch ein rechtwinkelig zu den Segeltüchern (6) stehendes Blech mit abgerundeten Kanten gehalten sind.
  15. Segelschiff nach Anspruch 4 - Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Segeltücher (6) einzeln auf- und abwickelbar sind.
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