MASTSYSTEM FÜR SEGELBOOTE MASTER SYSTEM FOR SAILING BOATS
Die Erfindung betrifft ein Mastsystem für Segelboote mit wenigstens einem Bootsrumpf und wenigstens einem Mast, der mittels eines am Bootsrumpf befestigten Mastfuß festgelegt ist.The invention relates to a mast system for sailboats with at least one boat hull and at least one mast, which is fixed by means of a mast foot attached to the boat hull.
Die Geschichte der Segelschiffe ist bereits viele Jahrtausende alt. Bereits in der Bronzezeit wurden Ruderschiffe mit Segeln ausgerüstet. Dementspre- chend vielfältig ist die Ausbildung von Masten und Segeln. Je nach Größe weisen diese Segelschiffe einen, zwei oder mehrere Masten auf, wobei die Segel in deren Ruhelage entweder längsschiffs oder querschiffs stehen. Bekannte Segelschiffe mit mehren Masten sind die Großsegler des vorigen Jahrhunderts, während die heute eingesetzten Schiffe meist nur einen Mast aufweisen. Zu den bekanntesten Schiffs- und Bootstypen dieser Art zählen dieThe history of sailing ships is many thousands of years old. Rowing ships were equipped with sails as early as the Bronze Age. The training of masts and sails is correspondingly diverse. Depending on their size, these sailing ships have one, two or more masts, the sails being in their rest position either longitudinally or transversely. Known sailing ships with several masts are the tall ships of the last century, while the ships used today mostly have only one mast. The best known types of ships and boats of this type include
Jachten und Jollen.Yachts and dinghies.
Bei allen Segelschiffen oder -booten nach dem Stand der Technik sind der oder die Masten in der durch die Längsachse des Bootes laufenden Mittele- bene angeordnet und weisen in eine zum Deck senkrechte Richtung, wobeiIn all sailing ships or boats according to the prior art, the mast or masts are arranged in the central plane running through the longitudinal axis of the boat and point in a direction perpendicular to the deck, whereby
Mast und Boot starr mit einander verbunden sind. Diese Anordnung führt dazu, daß beim Segeln am Wind oder mit räumen Wind das Boot und damit der Mast sich in Lee-Richtung zur Seite neigen. Die Neigung des Mastes hat dabei zur Folge, daß die dem Wind entgegengesetzte Segelfläche kleiner wird, da mit zunehmender Neigung des Bootes die zur Wasseroberfläche senkrechte Projektion der Segelfläche abnimmt. Damit verringert sich in nachteiliger Weise auch die vom Wind auf das Boot übertragene Vortriebskraft.Mast and boat are rigidly connected. This arrangement means that when sailing on the wind or with clear wind, the boat and thus the mast tilt to the side in the lee direction. The inclination of the mast has the consequence that the sail surface opposite the wind becomes smaller, since with increasing inclination of the boat the projection of the sail surface perpendicular to the water surface decreases. This also disadvantageously reduces the propulsive force transferred from the wind to the boat.
Dem Stand der Technik sind auch die von Surfbrettern her bekannten Mast- ausführungen zuzurechnen. Bei diesen Segelfahrzeugen ist der Mast mittels eines Mastfußes gelenkig am Bootskörper angebracht. Diese Ausführung ermöglicht ein Verschwenken des Mastes in alle im Halbraum oberhalb des Surfbretts liegende Raumrichtungen. Die freie Beweglichkeit des Mastes ermöglicht einerseits, das Segel stets in eine optimale Position zur Windrichtung zu bringen und schnelle Manöver mit dem Segel durchzuführen. Der Surfende
muß andererseits Mast und Segel permanent im Gleichgewicht zu den Windkräften halten. Da er die einwirkenden Windkräfte in voller Größe mit den eigenen Körperkräften kompensieren muß, wird dem Surfenden in nachteiliger Weise jedoch vergleichsweise viel Kraft abverlangt.The mast designs known from surfboards also belong to the state of the art. In these sailing vehicles, the mast is articulated to the hull by means of a mast foot. This design enables the mast to be swiveled in all spatial directions in the half-space above the surfboard. The free mobility of the mast enables the sail to be always positioned optimally in the direction of the wind and quick maneuvers to be carried out with the sail. The surfers on the other hand must keep the mast and sail permanently in balance with the wind forces. Since he has to compensate the wind forces in full size with his own physical strength, the surfers are disadvantageously required a comparatively large amount of force.
Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Mastsystem anzugeben, das die genannten Nachteile bekannter Systeme vermeidet, darüber hinaus zu größeren Vortriebskräften führt, dem Segelboot daher höhere Geschwindigkeiten verleiht und somit den Übergang vom Verdrängungs- in den Gleitzustand erleichtert.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a mast system which avoids the disadvantages of known systems mentioned, moreover leads to greater propulsive forces, therefore gives the sailboat higher speeds and thus facilitates the transition from the displacement to the sliding state.
Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß durch zwei unterschiedliche Mastsysteme lösen. Die erste Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daßThis object can be achieved according to the invention by two different mast systems. The first solution is characterized in that
- der Mastfuß um eine zur Längsachse des Bootes parallele Achse verschwenkbar ist, und beim Segeln am Wind oder mit räumen Wind der Mast - unabhängig von der Krängung des Bootes - jeweils etwa in die vertikale Richtung ausrichtbar ist.- The mast foot is pivotable about an axis parallel to the longitudinal axis of the boat, and when sailing on the wind or with clear wind the mast - regardless of the heel of the boat - can be aligned approximately in the vertical direction.
Die Erfindung sieht in Abweichung zur üblichen Anordnung des Mastes auf Segelyachten und -Jollen einen verschwenkbaren Mastfuß vor, der am Bootsrumpf befestigt ist und den Mast aufnimmt. Die Verschwenkung erfolgt um eine zur Längsachse des Bootes parallele Achse. Der Mast und das an ihm befestigte Segel ist somit in einer Ebene senkrecht zur genannten Achse zu beiden Seiten des Bootes hin verschwenkbar, während dessen Abstand bezüglich Bug und Heck bei einer Verschwenkung im wesentlichen beibehalten wird.In deviation from the usual arrangement of the mast on sailing yachts and dinghies, the invention provides a pivotable mast foot which is fastened to the boat hull and receives the mast. The pivoting takes place about an axis parallel to the longitudinal axis of the boat. The mast and the sail attached to it can thus be pivoted in a plane perpendicular to the axis mentioned on both sides of the boat, while its distance with respect to bow and stern is essentially maintained when pivoting.
Diese Ausführung des Mastes wird gemäß vorliegender Erfindung dahingehend genutzt, daß beim Segeln mit seitlichem Wind, der Mast unabhängig von der Krängung des Bootes permanent in vertikaler Position gehalten wird. Einem Kerngedanken der Erfindung entsprechend nehmen hierdurch die dem
Wind entgegengesetzte Segelfläche und somit die vom Segel erzeugte Vortriebskraft jeweils eine optimale Größe an.This version of the mast is used according to the present invention in such a way that when sailing with lateral wind, the mast is permanently held in a vertical position regardless of the heel of the boat. A core idea of the invention thereby take the Opposite wind area and thus the propulsive force generated by the sail is an optimal size.
Durch eine Betrachtung der Wind- und Segelkräfte in einer ersten Näherung lassen sich diese Vorgänge auf einfache Weise darlegen. In der genanntenBy looking at the wind and sailing forces in a first approximation, these processes can be described in a simple manner. In the above
Näherung wird das Segel als ebene Fläche betrachtet und die Windströmung in eine Komponente parallel und senkrecht zur Segelfläche zerlegt. In dieser (!) Näherung werden durch die Strömung parallel zur Segelfläche keine Kräfte auf das Segel und damit das Segelboot übertragen, da sie ohne Wirkung am Segeltuch entlang streicht. Bei einer vertikalen Position des Mastes ergibt sich die senkrecht auf das Segel einwirkende Kraft K zu:Approximation is considered the sail as a flat surface and the wind flow is broken down into a component parallel and perpendicular to the sail surface. In this (!) Approximation, the flow parallel to the sail area means that no forces are transferred to the sail and therefore the sailboat, since it sweeps along the canvas without any effect. When the mast is in a vertical position, the force K acting perpendicularly on the sail is:
K = F • p wobei F die Fläche des Segels wiedergibt und p den Staudruck p • v2 / 2 bezeichnet mit p der Dichte des Strömungsmediums und dessen Geschwindigkeit v.K = F • p where F represents the area of the sail and p denotes the dynamic pressure p • v 2/2 with p the density of the flow medium and its velocity v.
Die senkrecht auf dem Segel stehende Kraft ist in eine Komponente in Richtung der Bootslängsachse und eine senkrecht hierzu stehende Komponente zerlegbar. Wenn man den Winkel zwischen der Längsachse des Bootes und der Senkrechten auf dem Segel mit φ bezeichnet, dann ergibt sichThe force standing vertically on the sail can be broken down into a component in the direction of the boat's longitudinal axis and a component perpendicular to it. If one designates the angle between the longitudinal axis of the boat and the vertical on the sail with φ, the result is
die Vortriebskraft VK zu VK = cos φ • K = cos φ • F • p(1a) und die Querkraft QK zu QK = sin φ • K = sin φ • F • p (2a)the propulsive force VK to VK = cos φ • K = cos φ • F • p (1a) and the shear force QK to QK = sin φ • K = sin φ • F • p (2a)
Die Vortriebskraft weist dabei in Längsrichtung des Bootes, treibt somit das Boot an, während die Querkraft senkrecht hierzu wirkt und eine Abtrift des Bootes in seitlicher Richtung und das Krängen des Bootes um dessen Längsachse bewirkt. Die Gleichungen gelten für eine senkrechte Position des Ma- stes, die erfindungsgemäß unabhängig von der jeweils vorliegenden Krängung des Bootes eingenommen wird.The propulsive force points in the longitudinal direction of the boat, thus driving the boat, while the transverse force acts perpendicularly to it and causes the boat to drift sideways and the boat to heel about its longitudinal axis. The equations apply to a vertical position of the mast, which, according to the invention, is assumed independently of the heeling of the boat in each case.
Bei Mastausführungen nach dem Stand der Technik führt eine Krängung des Bootes dazu, daß der Mast sich zur Lee-Seite hin neigt. Die dem Wind entge- gengesetzte Segelfläche ist somit durch die zur Wasseroberfläche senkrechte
Projektion der Fläche zu ersetzen. Mit einem Neigungswinkel α des Mastes gegen die Vertikale tritt in den beiden letzten Gleichungen daher an die Stelle von F die Größe F -cos . Damit wird bei Segelbooten mit herkömmlicher MastanordnungIn the case of mast designs according to the prior art, a heel of the boat leads to the mast tilting towards the lee side. The sail surface opposite the wind is thus the one perpendicular to the water surface Replace projection of the surface. With an angle of inclination α of the mast against the vertical, the size F -cos replaces F in the last two equations. This is used for sailboats with a conventional mast arrangement
die Vortriebskraft VK zu VK = cos φ • cos α • F • p (1b) und die Querkraft QK zu QK = sin φ • cos α • F • p (2b)the propulsive force VK to VK = cos φ • cos α • F • p (1b) and the shear force QK to QK = sin φ • cos α • F • p (2b)
Wie der Vergleich von Gleichung (1a) und (1b) zeigt, weist das Mastsystem gemäß vorliegender Erfindung eine im allgemeinen größere Vortriebskraft auf.As the comparison of equations (1a) and (1b) shows, the mast system according to the present invention has a generally greater propulsive force.
Die vorteilhafte Folge hiervon ist, daß das Boot eine größere Geschwindigkeit erreicht und somit leichter ins Gleiten kommt.The advantageous consequence of this is that the boat reaches a higher speed and thus slides more easily.
Eine Vergrößerung der Vortriebskraft hat aber auch zur Folge, wie der Ver- gleich von Gleichung (2a) und (2b) zeigt, daß die Querkraft im gleichen Maße zunimmt und gegenüber dem Stand der Technik somit Abtrift und Krängung verstärkt. Der vergrößerten Abtrifft läßt durch eine entsprechende Vergrößerung von Kiel oder Schwert in einfacher Weise begegnen, Abhilfe für eine vergrößerte Krängung wird durch weitere Merkmale der Erfindung geschaffen.However, an increase in the propulsive force also has the consequence, as the comparison of equations (2a) and (2b) shows, that the lateral force increases to the same extent and thus increases the drift and heeling compared to the prior art. The enlarged section can be countered in a simple manner by a corresponding enlargement of the keel or sword. Remedy for an enlarged heel is provided by further features of the invention.
Im Ergebnis ist bei einem mit dem erfindungsgemäßen Mastsystem ausgerüsteten Boot die effektive Segelfläche bei jeder Windrichtung und bei jeder Krängung durch die komplette Segelfläche gegeben. Damit sind mit derart ausgestatteten Booten höhere Geschwindigkeiten als mit herkömmlich ausge- rüsteten Booten erreichbar, ohne daß hierbei andererseits , wie beim Surfen, hohe körperliche Kräfte abverlangt werden.As a result, in a boat equipped with the mast system according to the invention, the effective sail area is given by the complete sail area in every wind direction and at every heel. In this way, higher speeds can be achieved with boats equipped in this way than with conventionally equipped boats, without, on the other hand, as with surfing, high physical strength being required.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des vorgeschlagenen Mastsystems ist der Mastfuß jeweils in Lee-Richtung verschiebbar ausgebildet. Er läßt sich daher aus der Position in der Bootsmitte heraus in eine Position am Bootsrand bringen, in welcher er bei der gegebenen Krängung des Bootes einen geringeren Abstand relativ zur Wasseroberfläche einnimmt als in der Bootsmitte. Damit wird auch der Mast und das an ihm befestigte Segel in eine vergleichsweise tiefe Position über der Wasseroberfläche gebracht. Dementsprechend wird der Hebelarm zwischen dem Flächenschwerpunkt des Segels und dem beim
Krängen wirksamen, etwa in Höhe der Wasseroberfläche liegenden Drehpunkt des Bootes verkleinert. Für das Drehmoment, welches für das Krängen oder ggf. Kippen eines Bootes verantwortlich ist und das durch diesen Hebelarm und die im Schwerpunkt des Segels angreifende Querkraft gegeben ist, ergibt sich somit eine gegenüber dem Stand der Technik etwa unveränderteIn a preferred development of the proposed mast system, the mast foot is designed to be displaceable in the lee direction. It can therefore be moved from the position in the middle of the boat to a position on the edge of the boat in which, given the heeling of the boat, it is at a smaller distance relative to the water surface than in the middle of the boat. This also brings the mast and the sail attached to it into a comparatively low position above the water surface. Accordingly, the lever arm between the center of gravity of the sail and the at Heir effective, about the height of the water surface pivot point of the boat is reduced. For the torque which is responsible for the heeling or possibly tipping of a boat and which is given by this lever arm and the transverse force acting in the center of gravity of the sail, the result is approximately unchanged compared to the prior art
Größe, da der verkleinerte Hebelarm und die gemäß Gleichung (2a) vergrößerte Querkraft zusammen eine neutrale Wirkung haben. Die vorteilhafte Folge hiervon ist, daß bei vorliegendem Mastsystem, trotz vergrößerter Querkraft, die Neigung zum Krängen und die Gefahr zum Kippen des Bootes unverän- dert sind.Size, since the reduced lever arm and the lateral force increased according to equation (2a) together have a neutral effect. The advantageous consequence of this is that, despite the increased lateral force, the tendency to heel and the risk of the boat tipping over have not changed in the present mast system.
Die oben durchgeführte Betrachtung der Kräfte gilt nur in erster Näherung. Bei einer genaueren Rechnung sind auch die Strömungen des Windes in Richtung des Segels zu berücksichtigen. Sie tragen bei Segeln nach dem Stand der Technik ebenfalls zu einem beachtlichen Vortrieb des Bootes bei. Dieser rührt daher, daß modern geschnittene Segel eine bauchige Form aufweisen, deren Querschnitt vergleichbar mit dem Profil eines Flugzeugflügels ist. Aufgrund dieser Ausbildung entsteht auf der Seite des Segelbauchs ein Sog infolge Unterdrucks, der ebenfalls zu einem Vortrieb des Bootes führt. Diese Eigenschaft kommt bei dem Mastsystem gemäß vorliegender Erfindung in der vorgeschlagenen Maststellung selbstverständlich auch zum Tragen, dadurch daß die Strömung seitlich um das Segel herumstreicht. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist aber auch vorgesehen, daß der Mast eine Verschwenkung über die Vertikale hinaus zuläßt und zur Luv-Seite hin neigbar ist. Durch diese Ausbildung wird die bauchige Segelform auch durch Strömung, die über das Segel hinweggeht, zum Vortrieb genutzt. Solange die Neigung von Mast und Segel in der genannten Richtung nicht über einen gewissen Betrag hinausgeht, überwiegt der Gewinn an Vortriebskräften infolge der Sogwirkung den Verlust infolge einer Verminderung an effektiver Segelgröße aufgrund der Segelneigung in Luv-Richtung. Hieraus resultiert für die Boote mit der vorgeschlagenen Mastanordnung ein weiterer Gewinn an Schnelligkeit.The above consideration of the forces is only a first approximation. If the calculation is more accurate, the currents of the wind towards the sail must also be taken into account. With state-of-the-art sails, they also contribute to a considerable propulsion of the boat. This stems from the fact that modernly cut sails have a bulbous shape, the cross section of which is comparable to the profile of an airplane wing. As a result of this training, suction is created on the side of the sail belly due to negative pressure, which also leads to propulsion of the boat. This property also comes into play in the mast system according to the present invention in the proposed mast position, of course, in that the flow sweeps sideways around the sail. According to a feature of the invention, however, it is also provided that the mast permits pivoting beyond the vertical and can be inclined toward the windward side. Through this training, the bulbous shape of the sail is also used for propulsion by currents that cross the sail. As long as the mast and sail inclination in the direction mentioned does not exceed a certain amount, the gain in propulsive forces due to the suction effect outweighs the loss due to a reduction in the effective sail size due to the sail inclination in the windward direction. This results in a further gain in speed for the boats with the proposed mast arrangement.
Eine zweckmäßige Weiterbildung hat am Gegenstand, daß der Mastfuß und damit auch der Mast um die Querachse des Bootes als Drehachse ver- schwenkbar ist. Die Bewegung erfolgt in Längsrichtung des Bootes. Bereits
kleine Schwenkwinkel reichen aus, um eine optimale Trimmung des Bootes vorzunehmen. Hierbei meint der Begriff „kleiner Winkel" einen Schwenkwinkel unter 20°.A useful further development has the object that the mast foot and thus also the mast can be pivoted about the transverse axis of the boat as the axis of rotation. The movement takes place in the longitudinal direction of the boat. Already Small swivel angles are sufficient to optimally trim the boat. Here, the term "small angle" means a swivel angle below 20 °.
Bei der zweiten Lösung der vorliegender Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist ein System von zwei Masten vorgesehen, die symmetrisch zu der durch die Längsachse des Bootes laufenden Mittelebene angeordnet sind und deren Mastspitzen zur Mittelebene des Bootes hin geneigt sind. Beim Segeln am Wind oder bei räumen Wind wird dabei empfohlen, das Segel am jeweils leewärts gelegenen Mast zu hissen. Infolge der Krängung des Bootes nimmt dieser Mast, da dessen Spitze zur Mittelebene des Bootes hin geneigt ist, etwa eine vertikale Ausrichtung ein. Damit nimmt die dem Wind entgegenstehenden Segelfläche, wie bei der ersten Lösung, einen großen Wert an. Bei der Standardausführung dieses Mastsystems ist der Mast in seiner ganzen Länge relativ zum Bootskörper festgelegt, so daß eine Anpasssung derIn the second solution of the object on which the present invention is based, a system of two masts is provided, which are arranged symmetrically to the central plane running through the longitudinal axis of the boat and whose mast tips are inclined towards the central plane of the boat. When sailing on the wind or when the wind is clear, it is recommended to hoist the sail on the leeward mast. As a result of the heeling of the boat, since the tip of the mast is inclined towards the median plane of the boat, it assumes a vertical orientation. As with the first solution, the sail surface facing the wind takes on a great value. In the standard version of this mast system, the entire length of the mast is fixed relative to the hull, so that an adjustment of the
Mastneigung an unterschiedliche Krängungen des Bootes nicht erfolgt. Die Ausrichtung des Mastes ist so vorgenommen, daß der Mast bei einer mittleren Krängung vertikal ausgerichtet ist. Der Vorteil dieser Lösung ist insbesondere in der einfachen technischen Realisierung zu sehen. In beiden Lösungen ist der Begriff „Segel" weit auszulegen und umfaßt neben flexiblem folienartigen Tüchern auch starre Tragflächen.Mast inclination at different heelings of the boat did not occur. The mast is aligned so that the mast is vertically aligned with a medium heel. The advantage of this solution can be seen particularly in the simple technical implementation. In both solutions, the term "sail" is to be interpreted broadly and includes flexible foils as well as rigid wings.
Bei einer Weiterbildung dieser Lösung ist analog zur ersten vorgesehen, daß die Mastfüße der beiden Masten jeweils um eine zur Längsachse des Bootes parallele Achse verschwenkbar sind, und beim Segeln am Wind oder mit räumen Wind der jeweils leewärts liegende Mast unabhängig von der Krängung des Bootes jeweils etwa in die vertikale Richtung ausrichtbar ist. Für den leewärts liegenden Mast plus Segel gelten damit die gleichen Überlegungen und Vorteile wie für den leewärts verschiebbaren Mast gemäß erster Lösung. Ins- besondere ist die effektive Segelfläche bei jeder Windrichtung und bei jederIn a further development of this solution, analogously to the first, it is provided that the mast feet of the two masts can each be pivoted about an axis parallel to the longitudinal axis of the boat, and when sailing on the wind or with clear wind the mast lying leeward is independent of the heel of the boat can be aligned in the vertical direction. The same considerations and advantages apply for the leeward mast plus sail as for the leeward movable mast according to the first solution. In particular, the effective sail area is with every wind direction and with every one
Krängung durch die komplette Segelfläche gegeben und das Kippmoment um den etwa in Höhe der Wasseroberfläche liegenden Drehpunkt des Bootes infolge der auf das Segel einwirkenden Querkraft etwa gleich dem bei herkömmlichen Mastsystemen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird auch bei dem aus zwei Masten bestehenden System vorgeschlagen, daß der jeweils leewärts gelegene Mast eine Verschwenkung über die Vertikale hinaus ausführt und zur Luv-Seite hin neigbar ist. Das Vorteil dieser Ausbildung liegt, wie bereits dargestellt, darin begründet, daß die über das Segel hinwegstreichende Strömung zu einem zusätzlichen Vortrieb des Bootes führt.Heeling given by the entire sail area and the tipping moment around the pivot point of the boat, which is approximately at the level of the water surface, due to the lateral force acting on the sail, approximately the same as that of conventional mast systems. According to a feature of the invention, it is also proposed in the system consisting of two masts that the leeward mast swivels beyond the vertical and can be inclined toward the windward side. The advantage of this training, as already shown, is that the current flowing across the sail leads to an additional propulsion of the boat.
Die Variante des Mastsystems mit zwei zueinander geneigten Einzelmasten bringt auch beim Segeln mit achterlichem Wind Vorteile mit sich. Bei diesem Kurs wird für ein mit dem erfindungsgemäßen Mastsystem ausgestattetesThe variant of the mast system with two single masts inclined towards each other also has advantages when sailing with aft wind. In this course, one is equipped with the mast system according to the invention
Boot vorgeschlagen, an beiden Masten Segel zu setzen und vorzugsweise zwischen beiden Masten weitere Segel vorzusehen. Durch den Gewinn an zusätzlicher Segelfläche aufgrund des zweiten Segels und der weiteren Segel zwischen den Masten wird ein entsprechender Gewinn an Geschwindigkeit erreicht. Darüber hinaus läßt sich zusätzlich zur vorgeschlagenen Segelanordnung selbstverständlich auch der beim Segeln vor dem Wind häufig genutzte Spinacker weiterhin und zusätzlich einsetzen.Boat proposed to set sail on both masts and preferably to provide additional sails between the two masts. By gaining additional sail area due to the second sail and the additional sails between the masts, a corresponding gain in speed is achieved. In addition to the proposed sail arrangement, the spin field frequently used when sailing in front of the wind can of course also continue to be used.
In einerweiteren Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe, die mit der vorbe- schriebenen zahlreiche Parallelen aufweist, ist im Bereich jeder Mastspitze über ein Gelenk ein starres Segel schwenkbar befestigt. In aerodynamischem Sinn wirkt dieses starre Segel aufgrund seiner geometrischen Gestaltung wie ein Tragflügel, d.h. dass der Strömungsweg und damit die Strömungsgeschwindigkeit der umgebenden Luft auf beiden Seiten des Segels sich zu un- terschiedlichen Werten ausbildet, so dass im Vergleich beider Seiten des Segels eine Druckdifferenz entsteht, die eine Kraftwirkung auf das Segel selbst ausübt. Neben der Verwendung eines starren Segels (= Tragfläche) ist die Befestigung über ein Gelenk am Mast entscheidend. Zur Sicherung einer weitgehend freien Beweglichkeit des Segels hat die Anbringung im Bereich des äußeren Endes des Mastes also im Bereich der Mastspitze zu erfolgen.In a further solution to the underlying task, which has numerous parallels with the above-described, a rigid sail is pivotably attached in the area of each mast tip via a joint. In an aerodynamic sense, this rigid sail, due to its geometric design, acts like an airfoil, i.e. that the flow path and thus the flow speed of the surrounding air develop on both sides of the sail at different values, so that a comparison of both sides of the sail creates a pressure difference which exerts a force effect on the sail itself. In addition to the use of a rigid sail (= wing), the attachment via a joint on the mast is crucial. To ensure a largely free mobility of the sail, the attachment in the area of the outer end of the mast must take place in the area of the mast tip.
Die Befestigung über ein Gelenk sichert die relative Verschwenkbarkeit des Segels relativ zum Mast, wobei die Einstellung eines bestimmten Segels völlig unabhängig von dem benachbarten ist. Hierin liegt ein weiterer entscheidender Vorzug des Erfindungsgedankens. Die Verwendung starrer Segel (= Trag- fläche) erlaubt zudem die Schaffung optimaler Vortriebsbedingungen.
Aufgrund der Ausbildung des Gelenkes, z. B. als Kardan- oder Kugelgelenk, als auch durch entsprechende Wahl der Abmessungen der Tragflächen ist bevorzugt, dass jedes der starren Segel mit ihrer Hauptebene sowohl in etwa in die Horizontal- als auch die Vertikalebene ausrichtbar ist.The attachment via a joint ensures the relative pivotability of the sail relative to the mast, the setting of a particular sail being completely independent of the neighboring one. This is another decisive advantage of the inventive concept. The use of rigid sails (= wing) also allows the creation of optimal propulsion conditions. Due to the formation of the joint, e.g. B. as a gimbal or ball joint, as well as by appropriate choice of dimensions of the wings, it is preferred that each of the rigid sails with its main plane can be aligned approximately in both the horizontal and the vertical plane.
Für die Verwendung des vorbeschriebenen Mastsystemes stehen zahlreiche Möglichkeiten offen. So kann die Ausrichtung der starren Segel im wesentlichen parallel zueinander erfolgen, wobei eine synchrone Verstellung denkbar ist. In Abweichung hiervon geht ein entscheidender Vorschlag dahin, beideThere are numerous options for using the mast system described above. The rigid sails can thus be aligned essentially parallel to one another, a synchronous adjustment being conceivable. In deviation from this, a crucial proposal goes there, both
Segel unterschiedlich auszurichten. Die dem Wind zugewandte, also luv-seitig gelegene Tragfläche wird im wesentlichen vertikal ausgerichtet, so dass man in relativer Anordnung zum Mast eine Anordnung des Segels erhält, das - abgesehen von der Starrheit der Tragfläche - mit konventionellen Segelboo- ten, insbesondere Kleinsegelbooten, wie Jollen oder Jachten, eine vergleichbare räumliche Anordnung ergibt. Dieses Segel dient damit in funktioneller Hinsicht zur Erzeugung eines Vortriebes. Das andere und damit windabge- wandte Segel, das lee-seitige Segel, wird hingegen im wesentlichen in der Horizontalen ausgerichtet, so dass eine ausgeprägte Tragflächenwirkung zur Ausbildung kommt, der einen Auftrieb zur Folge hat. Die hierdurch zu erzielenden Vorteile werden besonders augenscheinlich bei mehr Mehrrumpfbooten. Dort ist erkennbar, dass aufgrund der auf das Segel einwirkenden Windkräfte nicht nur ein Vortrieb sondern ein Kippmoment um die Längsachse erzeugt wird, welches zum Anheben des luv-seitigen Bootskörpers führt und zwar so weitgehend, dass der Wasserkontakt vollständig verloren gehen kann. Der lee-seitige Bootskörper hingegen wird umso mehr in das Wasser eingepreßt und hierdurch ein weiterer Strömungswiderstand erzeugt wird, der den Vortrieb behindert. Wenn nun durch Ausrichtung in der horizontalen Ebene das lee-seitige Segel eine spürbare Auftriebskomponente erzeugt, wird der auf dieser Seite befindliche Bootskörper aus dem Wasser mehr oder weniger weit angehoben und dadurch der Vortriebswiderstand im Wasser weitgehend verringert. Die Bedeutung dieser Maßnahme wird klar, wenn man sich vor Augen hält, dass der Bewegungswiderstand des lee-seitigen Bootskörpers im Wasser die Realisierung hoher Fahrgeschwindigkeiten limitiert. Durch die An- Ordnung des lee-seitigen Segels in Zwischenpositionen lässt sich eine opti-
male Einstellung der Auftriebs- und Vortriebskräfte entsprechend der konkreten Bedingungen vor Ort realisieren.Align sails differently. The wing facing the wind, i.e. on the windward side, is aligned essentially vertically, so that in relation to the mast, an arrangement of the sail is obtained which - apart from the rigidity of the wing - can be achieved with conventional sailing boats, especially small sailing boats, such as Dinghies or yachts, a comparable spatial arrangement results. Functionally, this sail is used to generate propulsion. The other sail, and therefore the wind-facing sail, the leeward sail, is, however, aligned essentially horizontally, so that a pronounced wing effect is formed, which results in buoyancy. The advantages to be achieved in this way are particularly evident in the case of more multihull boats. It can be seen there that, due to the wind forces acting on the sail, not only propulsion but also a tipping moment about the longitudinal axis is generated, which leads to the lifting of the windward hull so far that the water contact can be completely lost. The leeward hull, on the other hand, is pressed all the more into the water and this creates a further flow resistance that hinders propulsion. If the lee-side sail creates a noticeable buoyancy component by aligning it in the horizontal plane, the hull on this side is raised more or less from the water and the propulsion resistance in the water is largely reduced. The importance of this measure becomes clear when you keep in mind that the resistance to movement of the leeward hull in the water limits the realization of high speeds. By arranging the leeward sail in intermediate positions, an opti- Realize the adjustment of the buoyancy and propulsive forces according to the specific conditions on site.
Das erfindungsgemäße Mastsystem läßt sich mit Vorteil auf einem Boot mit einem Bootsrumpf, wie einer Jacht oder einer Jolle einsetzen, es eignet sich aber auch für den Einsatz auf einem Boot mit mehreren Bootsrümpfen, wie einem Katamaran oder einem Trimaran. Die vorliegende Erfindung sieht beide Verwendungen vor. Bei der letztgenannten Anwendung ist bei der Variante des Mastsystems mit zwei Einzelmasten gemäß einem Merkmal der Erfindung insbesondere vorgesehen, die beiden Masten jeweils an den räumlich am weitesten auseinander liegenden Bootsrümpfen festzulegen. Diese Ausbildung führt dazu, daß der leewärts gelegene Mast bei einer Krängung des Bootes die tiefst mögliche Position über der Wasserfläche einnimmt. Hierdurch wird auch das Kippmoment um den etwa in der Wasseroberfläche gele- genen Drehpunkt minimiert und die Stabilität des Bootes dementsprechend erhöht.The mast system according to the invention can advantageously be used on a boat with a boat hull, such as a yacht or a dinghy, but it is also suitable for use on a boat with several boat hulls, such as a catamaran or a trimaran. The present invention provides both uses. In the latter application, in the variant of the mast system with two individual masts according to one feature of the invention, provision is made in particular for the two masts to be fixed in each case to the boat hulls which are the most widely spaced apart. This training leads to the fact that the leeward mast takes the lowest possible position above the water surface when the boat is heeling. This also minimizes the overturning moment around the pivot point located in the water surface and increases the stability of the boat accordingly.
Dem Ziel einer verbesserten Stabilität dient auch ein weiterer Vorschlag gemäß vorliegender Erfindung. Dieser sieht an beiden Seiten des/der Bootskör- per vorzugsweise ausfahrbare Schwimmkörper vor, deren Ausfahrt in derAnother proposal according to the present invention also serves the goal of improved stability. This provides, on both sides of the boat body, preferably retractable floating bodies, the exit of which in the
Richtung senkrecht zur Längsachse erfolgt. Die Schwimmkörper erhöhen die Sicherheit des Bootes gegen Kippen, wobei die Stabilität mit zunehmendem Abstand der Schwimmkörper vom eigentlichen Bootskörper zunimmt.Direction perpendicular to the longitudinal axis. The floating bodies increase the safety of the boat against tipping over, the stability increasing with increasing distance between the floating bodies and the actual boat body.
Der Begriff „Segelboot" im Sinne dieser Anmeldung ist weit auszulegen und umfaßt neben Segelbooten im engeren Sinne, also solchen, die in Wasserkontakt stehen, auch jene Fahrzeuge, die mit Windkraft über Land bewegt werden. Hierzu zählen die sich auf Eisflächen bewegenden Eissegler als auch Sandsegler, die sich vermittels eines Fahrwerkes unter Einwirkung von Windkraft über Sandflächen bewegen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mastsystems anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The term "sailing boat" in the sense of this application is to be interpreted broadly and includes not only sailing boats in the narrower sense, ie those that are in contact with water, but also those vehicles that are moved by land with wind power. These include ice sailers moving on ice surfaces as well Sand sailors that move over a sandy area by means of a landing gear under the influence of wind power. Further details, features and advantages of the invention can be found in the following part of the description. In this part, an embodiment of the mast system according to the invention is explained in more detail with reference to a drawing. Show it:
Figur 1 : einen Querschnitt durch ein Boot mit dem Mastsystem gemäß Lösung einsFigure 1: a cross section through a boat with the mast system according to solution one
Figur 2: ein Querschnitt durch ein Boot mit dem Mastsystem gemäß Lösung zwei.Figure 2: a cross section through a boat with the mast system according to solution two.
In Figur 1 ist ein Segelboot gemäß Lösung eins wiedergegeben, das am Wind segelt. Die Fahrtrichtung des Bootes weist aus der Zeichenebene heraus, die Richtung des Windes ist durch den Pfeil 1 vorgegeben. Das Boot ist mit einem Mast 2 ausgestattet, der aus der Mittelebene 3 des Bootsrumpfes 4 heraus leewärts in Richtung Bootsrand 5 verschoben ist. Die Verschiebevorrichtung soll durch den Bolzen 6 und die parallelen Gleitschienen 7 angedeutet werden. Der Mast ist an seinem Fuß 8 gelenkig gelagert und um den Bolzen 6 in einer zur Bootslängsachse 9 senkrechten Ebene verschwenkbar ausgebildet. Die Verschwenkung erfolgt in Luv-Richtung und wird so eingestellt, daß der Mast 2 unabhängig von der Krängung des Bootsrumpfes 4 eine vertikale Ausrichtung einnimmt. In dieser Einstellung wird der Mast durch eine Verspannung 10 gehalten. In der vertikalen Position des Mastes 2 entspricht die effektive Fläche des Segels 11 der kompletten Segelgröße, wobei diese Beziehung unabhängig von der Krängung des Bootsrumpfes 4 gilt. Damit wird auch die vom Wind auf das Segel ausgeübte Vortriebskraft maximal, mit derartigenIn Figure 1, a sailboat according to solution one is shown that sails on the wind. The direction of travel of the boat points out of the plane of the drawing, the direction of the wind is given by arrow 1. The boat is equipped with a mast 2, which is moved leeward out of the central plane 3 of the boat hull 4 in the direction of the boat edge 5. The displacement device is to be indicated by the bolt 6 and the parallel slide rails 7. The mast is articulated on its base 8 and is designed to be pivotable about the bolt 6 in a plane perpendicular to the longitudinal axis 9 of the boat. The pivoting takes place in the windward direction and is adjusted so that the mast 2 assumes a vertical orientation regardless of the heel of the boat hull 4. In this setting, the mast is held by a bracing 10. In the vertical position of the mast 2, the effective area of the sail 11 corresponds to the complete sail size, this relationship being independent of the heel of the boat hull 4. This also maximizes the propulsive force exerted by the wind on the sail, with such
Masten ausgestattete Boote erreichen daher höhere Geschwindigkeiten als herkömmlich ausgerüstete.Boats equipped with masts therefore reach higher speeds than conventionally equipped boats.
Die außermittige Position des Mastes führt auch dazu, daß der Mast 2 und das an ihm befestigte Segel 11 eine vergleichsweise tiefe Position über derThe off-center position of the mast also leads to the mast 2 and the sail 11 attached to it being a comparatively low position above the
Wasseroberfläche 12 einnimmt. Gegenüber einem in der Mittelebene des Bootsrumpfes 4 angebrachten Mast weist der erfindungsgemäß angeordnete einen um die Strecke 13 tiefer liegenden Mastfuß 8 auf. Um das gleiche Maß wird auch der Abstand 14 des Flächenschwerpunktes 15 des Segels 11 von der Wasseroberfläche 12 gegenüber einer herkömmlichen Anordnung des
Mastes verkleinert. Das Drehmoment aus diesem Abstand 14 und der im Flächenschwerpunkt angreifenden Querkraft, welches für die Krängung des Bootes und im Extremfall für ein Kippen des Bootes verantwortlich ist, bleibt bei der vorgeschlagenen Anordnung des Mastes etwa unverändert, da der Abnahme des Hebelarms 14 eine Zunahme der Querkraft bei vorliegenderWater surface 12 occupies. Compared to a mast attached in the center plane of the boat hull 4, the mast arranged according to the invention has a mast base 8 lying lower by the distance 13. By the same amount, the distance 14 of the center of gravity 15 of the sail 11 from the water surface 12 is compared to a conventional arrangement of the Mastes downsized. The torque from this distance 14 and the transverse force acting in the center of gravity, which is responsible for the heeling of the boat and in extreme cases for the boat tipping, remains approximately unchanged in the proposed arrangement of the mast, since the decrease in the lever arm 14 increases the transverse force in the present
Mastanordnung entspricht.Mast arrangement corresponds.
Figur 2 gibt die Variante des Mastsystems mit zwei zueinander geneigten Einzelmasten 2, 2' wieder. Beide Masten sind symmetrisch zu der durch die Längsachse 9 des Bootes laufenden Mittelebene 3 angeordnet, wobei derenFigure 2 shows the variant of the mast system with two inclined individual masts 2, 2 'again. Both masts are arranged symmetrically to the central plane 3 running through the longitudinal axis 9 of the boat, with their
Mastspitzen 16, 16' zur Mittelebene 3 des Bootes hin geneigt sind. Die Darstellung zeigt ein Boot beim Segeln mit achterlichem Wind, die Fahrtrichtung und die Windrichtung sind senkrecht in die Zeichenebene weisend angenommen. Für die Fahrt vor dem Wind werden mit Vorteil an beiden Masten 2, 2' Segel 11, 11' gehisst. Wie die Zeichnung zeigt, ist zwischen beiden Masten noch ein weiteres Segel 11" vorgesehen. Die Segel 11, 11' und 11" stellen insgesamt eine vergleichsweise große Segelfläche dar, die eine schnelle Fahrt vor dem Wind ermöglichen. Bei Bedarf läßt sich zusätzlich zu diesen Segeln ohne Probleme auch der beim Segeln vor dem Wind häufig genutzte ?? Spinager ?? einsetzen.
Mast tips 16, 16 'are inclined towards the central plane 3 of the boat. The illustration shows a boat sailing with aft wind, the direction of travel and the wind direction are assumed to point perpendicular to the plane of the drawing. For sailing in front of the wind, sails 11, 11 'are advantageously hoisted on both masts 2, 2'. As the drawing shows, a further sail 11 ″ is provided between the two masts. The sails 11, 11 ′ and 11 ″ overall represent a comparatively large sail area, which enables a fast journey against the wind. If necessary, in addition to these sails, the one that is often used when sailing in front of the wind can also be used without any problems. Spinager ?? deploy.