DE19751858B4 - Rigg für Segelfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Rigg für Segelfahrzeuge mit
a) wenigstens einem mit dem Fahrzeug fest verbundenen Hauptmast (1),
b) wenigstens einem Schwenkmast (3, 11),
c) wenigstens einem Baum (8, 16),
d) wobei der wenigstens eine Schwenkmast (3, 11) mittels eines Schwenkmechanismus (6, 14) um eine den Hauptmast (1) schneidende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, und
e) wobei der wenigstens eine Baum (8, 16) im Bereich des unteren Endes des wenigstens einen Schwenkmastes (3, 11) mit diesem Schwenkmast (3, 11) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
f) der aerodynamische Druckpunkt eines an dem wenigstens einen Schwenkmast (3, 11) und dem wenigstens einen Baum (8, 16) aufgespannten Segels (5, 13), nämlich der gedachte Angriffs punkt der resultierenden Kräfte am Segel (5, 13), genau auf der Schwenkachse liegt und
g) wobei der wenigstens eine Schwenkmast (3, 11) derart beweglich schwenkbar gelagert ist, dass er sich auch bei einem Amwindkurs unabhängig von der...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Rigg für Segelfahrzeuge, insbesondere Segelboote, Surfbretter, Eis- und Strandsegler und dgl. mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
• Ein derartiges Rigg ist beispielsweise aus der DE 195 12 948 A1 bekannt, die einen im Schwerpunkt der Segelfläche schwenkbar am Top eines Hilfsmastes gelagerten Mast beschreibt, wobei die Querkraft in eine aufwärtige und vorliche Richtung zeigt. Mit Hilfe des dort beschriebenen Riggs können mehrere längs des Baumes verschiebbare Segel parallel gefahren und optimal getrimmt werden.
• Ein gattungsgemäßes Rigg ist auch aus der DE 33 01 006 A1 bekannt. Dort ist eine Segelkonstruktion für Segelfahrzeuge mit einer räumlich steuerbaren Segelfläche beschrieben, die am Mast gelenkig aufgehängt ist und Auftrieb aus dem Segel ermöglicht.
• Ein gattungsgemäßes Rigg ist zudem aus der DE 35 06 900 A1 bekannt, in der eine Schwenkvorrichtung für Segelmasten zur Stabilisierung des Fahrverhaltens von Segelfahrzeugen beschrieben ist. Zur Stabilisierung des Fahrverhaltens wird ein Schwenken des Mastes und ein Nachführen des Mastfußes mittels Führungsrollen und Führungsschiene unter Ausnutzung der Windkraft vorgeschlagen.
• Bei herkömmlichen Riggs sind die Segel als aerodynamische Profile über einen oder mehrere Masten fest mit dem Schiffsrumpf verbunden. Dabei erzeugt der Wind eine mehr oder weniger starke Krängung des Schiffes zur windabgewandten Seite, der Leeseite des Schiffes. Die Strömungsverhältnisse am Segelprofil werden dadurch in ungünstiger Art verändert, wie beschrieben von Joachim Schult "Segeltechnik leicht gemacht", Delius Klasing Verlag, Bielefeld 1993, S. 38. Sinngemäß bedeutet natürlich auch eine konstruktiv hervorgerufene Neigung der Segelfläche zur windzugewandten Seite, der Luvseite des Schiffes, eine ungünstige Beeinflussung der aerodynamischen Verhältnisse.
• Des Weiteren entsteht durch die Krängung eine nach unten gerichtete Kraftkomponente, welche das für den Vortrieb nutzbare Kraftpotential verkleinert. Es sind Konstruktionen bekannt, welche durch eine in Längsachse bewegliche Aufhängung der Segel, eine Auftriebskraft erzeugen. Dadurch wird das Fahrzeug aufgerichtet oder sogar in kurze Flugphasen versetzt. Analog zur Krängungskraft verringert die hierfür genutzte Auftriebskraft die für den Vortrieb nutzbare Kraft gleichermaßen. Diese Effekte sind in den nachfolgend aufgeführten Schriften beschrieben.
• DE 42 13 467 C2 (Titel: Rigg für Segelfahrzeuge) beschreibt einen schwenk-, kipp-, und drehbar gelagerten Flügel, wobei sich der aerodynamische Druckpunkt immer unterhalb der Längsachse des Schwenklagers befindet.
• DE 37 06 631 A1 (Titel: Rigg für Segelfahrzeuge, insbesondere Segelbretter) beschreibt eine vertikale Verstellung der Segelfläche über ein Masttopgelenk, um Auftrieb zu erzeugen.
• US 4 263 861 (Titel: Sailing craft) beschreibt eine Segelaufhängung welche in Vertikalachsen drehbar um den Mast oder drehbar um sich selbst befestigt ist.
• EP 0 075 208 A2 (Titel: A sail rigg for water crafts) beschreibt einen beweglich aufgehängten Hilfsmast, der unter anderem die Krängung des Fahrzeuges reduzieren soll.
• Bisher bekannte Lösungen zielen darauf ab, das Segelfahrzeug insgesamt aufrechter zu segeln. Die dafür genutzte Auftriebskraft geht als Kraftkomponente für den Vortrieb aber ebenso verloren, wie die bereits genannte, nach unten gerichtete Kraftkomponente.
• Keine der bekannten Vorrichtungen gewährleistet durch eine vorbalancierte Aufhängung eine exakt vertikale Segelstellung und somit eine resultierende Kraft am Segel, welche ausschließlich in der Horizontalebene liegt.
• In DE 195 12 948 A1 wird angestrebt, das Fahrzeug durch eine vertikale Komponente der resultierenden Kraft am Segel anzuheben. In Spalte 5, Zeile 27-30 heißt es: "Die Möglichkeit der seitlichen Mastneigung eröffnet die Situation, der großen aerodynamischen Gesamtkraft eine aufwärts und nach vorn zeigende Richtung zu verleihen".
• In DE 42 13 467 C2 wird ein Flügelsegel beschrieben, welches sich selbsttätig positioniert. Dazu wird eine Auftriebskraft genutzt, welche entsteht, wenn der aerodynamische Druckpunkt sich nicht auf der Schwenkachse befindet. Dazu heißt es in Spalte 1, Zeile 65-68: "Dies hat zur Folge, dass sich der aerodynamische Druckpunkt des Flügels immer unterhalb des Schwenklagers ... befindet. Damit hebt sich der Flügel bei zunehmendem Wind selbständig an".
• DE 37 06 631 A1 beschreibt ebenfalls eine Segelfläche, durch die unter anderem eine Auftriebskraft erzeugt werden soll. In der Spalte 3, Zeile 20-23 wird die Erfindung so beschrieben: "Die Erfindung betrifft ein flugtaugliches Rigg für Segelbretter und andere Fahrzeuge, bei dem mit einem Drachensegel Auftrieb und Vortrieb erzeugt werden".
• Auch DE 33 01 006 A1 gewährleistet nicht ausschließlich resultierende Kräfte am Segel in der Horizontalebene, dort heißt es unter Punkt 3. der Patentansprüche: "Die Konstruktion ist dadurch besonders gekennzeichnet, dass sie über einen Schwenkarm ... unabhängig von der Schräglage des Schiffes eine Segelstellung ermöglicht, die eine nach unten gerichtete Komponente der Windkraft vermeidet und nach Bedarf einen Auftrieb aus dem Segel ermöglicht". Des Weiteren erfolgt die Verstellung nicht selbsttätig. Sie müsste im Einsatz ständig nachjustiert werden und gewährleistet auch keine exakte Vertikalität der Segelfläche, selbst wenn sie angestrebt wäre, weil die Segelfläche nicht nach dem Gewichtskraftprinzip des Lotes automatisch senkrecht steht.
• DE 35 06 900 A1 beschreibt eine Reduzierung der Schiffskrängung durch eine Auftriebskraft, welche durch eine Verstellung der Segelfläche erzeugt werden soll. Dort wird dieses Ziel auf Seite 3, dritter Absatz, Zeile 1-5 wie folgt beschrieben: "Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass durch das seitliche Schwenken des Segelmastes und dem hiermit verbundenen schrägen Anstellen der Segel zum Wind, Teile der Windkraft zum Schiffskörper umgelenkt werden, so dass der Schwerpunkt des an den Segeln angreifenden Windes zum Schiffskörper hin verlagert wird".
• US 4 263 861 beschreibt um Vertikalachsen bewegliche Segelflächen, aber es besteht mit den vorgesehenen Verstellmöglichkeiten bei einer Krängung des Schiffsrumpfes keine Möglichkeit die Segelflächen vertikal zu positionieren. Durch wahlweises Blockieren einer der beiden Verstellmöglichkeiten ist die Segelfläche entweder um sich selbst oder um den Mast um eine Vertikalachse drehbar. Ein relatives Ausschwenken ist so über nur eine Vertikalachse nicht möglich und wird auch nicht angestrebt. Dieser Vorgang wird wie folgt in Spalte 1, Zeile 12-16 erklärt: "In accordance with the present invention, means are further provided for selectively blocking either the yard with respect to the boom, or the boom with respect to the hull of the craft, so that the sail may pivot either on itself or about the mast, as desired".
• EP 0 075 208 A2 beschreibt ein Rigg welches ebenfalls über eine Verstellung des Segels mittels Auftriebskräften ein Gleiten des Rumpfes und eine Reduzierung des Krängungseffektes erreichen soll. In der Spalte 1, Zeile 6-12 heißt es dementsprechend: "The invention aims to provide a sail rigg which should act upon the water craft so as to relieve its load during its heading, and to facilitate its gliding over the water even with not very strong winds, while reducing the heeling effect and eventually gaining speed with a rather simple and cheap sail which also allows to better catch the wind".
• Alle bekannten Konstruktionen machen sich in unterschiedlicher Form über eine Anstellung der Segel zum Wind eine Auftriebskraft zu Nutze. Eine Konstruktion, welche resultierende Segelkräfte in einer anderen als der horizontalen Ebene ausschließt, ist bisher nicht bekannt. Eine exakt vertikale Positionierung der Segelflächen bei unterschiedlichen, unter Umständen rasch wechselnden Einsatzbedingungen, ist ebenfalls bei keiner der bekannten Konstruktionen möglich. Eine selbsttätige Positionierung der Segelflächen ausschließlich über Gewichtskräfte ist des Weiteren ein bislang unbekanntes Konstruktionsmerkmal.
• Eine gezielte Vertikalverstellung des Segeldruckpunktes zur Einstellung eines Druckpunktes exakt auf der Achse eines Schwenklagers, ist bei keiner der bekannten Konstruktionen vorgesehen.
• Die angeführten Riggs sind bei Starkwind schlecht kontrollierbar, weil sich die Segelflächen nicht durch bewährte Rollreffanlagen verkleinern lassen. In Sturmsituationen kann das Krängen des Bootes mit der damit verbundenen Verkleinerung der projizierten Segelfläche sogar ein gewünschter Effekt sein, weil er die Kentersicherheit passiv unterstützt.
• Insbesondere kann bei fast keiner der bekannten Konstruktionen ein Vorsegel gefahren werden. Dadurch kann der Düseneffekt, welcher eine deutliche Leistungssteigerung hervorruft und in der Spaltöffnung zwischen Groß- und Vorsegel entstehen würde, nicht genutzt werden, wie beschrieben in dem Buch von Joachim Schult, "So arbeitet das Segel", Dellus Klasing Verlag, Bielefeld 1993, S. 82.
• Das Krängen des Rumpfes ist – wie u.a. in DE 195 12 948 A1 angeführt – auch kein Grundproblem, weil die maximale Rumpfgeschwindigkeit bei entsprechender Konstruktion bei einem gekrängten Rumpf sogar größer sein kann.
• Da ein moderner Segelschiffsrumpf Gleiteigenschaften entwickeln kann, versagen angeführte Argumentationen ohnehin. In der Praxis wurde solch ein Rumpf bei der America's Cup Regatta 1988 erstmals angewendet, wie von Dr. sc. techn. Helmut Risch in dem Buch "Windschiffe", VEB Verlag Technik, Berlin 1990, S. 82 beschrieben.
• Alle bekannten Konstruktionen haben keine breite Anwendung gefunden, weil keine geeignet ist, ein konventionelles Segelfahrzeug unter weitgehender Verwendung des vorhandenen Materials umzurüsten.
• Der Erfindung liegt nach alledem die Aufgabe zugrunde, Nachteile des Standes der Technik, insbesondere eine Reduzierung der Vortriebskraft durch eine Kräftezerlegung in (u.a.) aufwärts- bzw. abwärtsgerichtete Kraftkomponenten zu vermeiden.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Rigg mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass hierdurch die vertikale Ausrichtung der Segelflächen während des Segelns konstruktiv gewährleistet ist. Da sich die Rahmenbedingungen, wie Windstärke und Windrichtung, schnell ändern können, muss eine praxisgerechte Konstruktion die Ausrichtung selbsttätig vornehmen. Andere, die Vortriebskraft schmälernde Segelstellungen, müssen konstruktiv ausgeschlossen sein. Nur wenn es die Schiffssicherheit erfordert, muss unter bestimmten Bedingungen eine andere Positionierung zulässig sein.
• Erfindungsgemäß wird nur das Krängen der Segelflächen kontrolliert, unter weitgehender Weiterverwendung bewährter Baugruppen eines herkömmlichen Riggs. Die Krängung des Rumpfes ist dabei unerheblich, kann aber von Vorteil sein.
• Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass an den Segelprofilen keine auf- oder abwärts gerichteten Kräftekomponenten entstehen, welche die nutzbare Vortriebskraft verkleinern oder unerwünschte Effekte hervorrufen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Segelflächen genau senkrecht zu Positionieren, tritt nur in der Horizontalebene eine resultierende Kraft auf. Diese hat jedoch auch eine Komponente, welche die Vortriebskraft schmälert. Diese Komponente, welche für den Vortrieb nicht nutzbar ist, lässt sich nunmehr, da sie in der Horizontalebene liegt, durch bekannten Segeltrimm minimieren.
• Die Vorbalancierung der Aufhängung der Segel durch die Gewichtskraft der Schwenkbäume, verhindert eine Rotation der sonst um die Vertikalachse in Fahrtrichtung frei drehbaren Segelflächen. Der Segeldruckpunkt lässt sich durch eine vertikale Verstellmöglichkeit der Aufhängung exakt auf die Achse legen. Die resultierende Segelkraft hat somit keinen Hebelarm in Bezug zur Achse. Die Gewichtskraft der Schwenkbäume lässt sich bei Bedarf erhöhen, um die Stabilisierung zu vergrößern oder eine gewisse Trägheit des Ausschwenkens zu erreichen.
• Im Wesentlichen wird ein konventionelles Rigg gefahren mit den bekannten Vorzügen der Funktion, Bedienbarkeit, Seetüchtigkeit und Sicherheit. Eine Krängung des Rumpfes nimmt man dabei in Kauf, weil sie, wie bereits angeführt, nicht zwingend das Geschwindigkeitspotential verkleinert.
• Eine vorteilhafte Einrichtung der Konstruktion sieht vor, den Schwenkmechanismus mit einem Blockiersystem zu versehen. Dadurch bleibt die bereits erwähnte passive Unterstützung der Kentersicherheit eines konventionellen Riggs in Sturmsituationen erhalten. Der Schwenkmechanismus ist gleichermaßen für Groß- und Vorsegel vorgesehen und ermöglicht neben den neuen Vorteilen eine konventionelle Segelführung und -bedienung.
• Im Folgenden soll die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
• 1 die vollständige Gesamtansicht des Riggs von hinten mit der Darstellung der Schwenkmöglichkeiten bei einem gekrängten Boot;
• 2 die vollständige Gesamtansicht des Riggs von vorne bei aufrechter Lage des Bootes;
• 3 eine vereinfachte Seitenansicht mit Blockiertaljenmechanismus und
• 4 die Detailansicht einer konstruktiven Lösung der Schwenkgelenke mit Verschiebeeinrichtung der Schwenkmasten und Kugelgelenk der Schwenkbäume.
• In 1 ist eine Ausführungsform des Riggs mit ausgeschwenkten Schwenkmasten dargestellt. Sie entspricht mit ca. 30° der größten in der Praxis sinnvollen Auslenkung. Die Schwenkbäume 8 und 16 sind in der Horizontalebene ca. 35° zur Schiffslängsachse ausgelenkt. Dieses entspricht in etwa dem in der Praxis üblichen Trimm bei einem Amwindkurs. In der zwischen Großschwenkmast 3 und Fockschwenkmast 11 gezeigten Spaltöffnung wird auch im ausgeschwenkten Zustand der bereits beschriebene Düseneffekt genutzt. Die Beschläge der Großschot 9 und Fockschwenkbaumniederholer 17 sind auf den Travellerschienen jeweils an den Endanschlag gerutscht.
• Die Bogenform der Travellerschienen gewährleistet bei kleinen Ausschwenkungen den gleichen Relativabstand zwischen Baumnock und Beschlag. Der Trimm braucht so bei böigen Winden, was einen schnell wechselnden Schwenkwinkel bedeuten würde, nicht ständig verändert zu werden. Dieses Prinzip der bogenförmigen Beschlagschienen ist von der so genannten Selbstwendefock bereits bekannt und wird in der Praxis oft genutzt.
• In 2 ist der Schwenkmechanismus dieser Ausführungsform des Riggs im Ruhezustand gezeigt. In dieser Darstellung sieht man, dass sich die Schwenkachsen der Schwenkmasten 3 bzw. 11 in unterschiedlicher Höhe befinden. Damit ist den verschiedenen Schnitten von Vor- und Großsegel Rechnung getragen. Der Segeldruckpunkt, d.h. der gedachte Angriffspunkt der resultierenden Kräfte am Segel, liegt so auch bei unterschiedlich geschnittenen Segelprofilen genau auf der Achse. Dadurch wird erreicht, dass resultierende Kräfte am Segel kein Moment auf den Schwenkmechanismus ausüben können. Sollen die Vorsegel aufgrund veränderter Wetterverhältnisse gewechselt werden, oder soll die Großsegelfläche gerefft werden, wird die Lage der Druckpunkte verändert. Auch durch Segeltrimm kann und soll die Position der Druckpunkte wandern. Damit sie dennoch auf der Schwenkachse liegen, können gemäß Anspruch 3 die Schwenkmasten vertikal verschoben werden. Dafür können Hilfseinrichtungen wie zusätzliche Fallen dienlich sein. Die selbsttätige Schwenkbewegung wird also nur durch Gewichtskräfte hervorgerufen und gegebenenfalls durch Trimmgewichte an oder in den Schwenkbäumen 8 bzw. 16 gesteuert. Das schwenkbare Rigg ist wie ein herkömmliches Rigg durch Achterstag 2, Vorstag 10 und Wanten 18 praxisgerecht stabilisiert und trimmbar.
• In 3 ist diese Ausführungsform vereinfacht in der Seitenansicht dargestellt. Sie zeigt die Anordnung der Blockiertaljen 21 in anschaulicher Weise und stellt in dem Ausführungsbeispiel die Blockierung des Schwenkmechanismus nach Anspruch 2 dar. Die Taljen sind dabei im vollständig dichtgeholten Zustand. Ein Ausschwenken aus diesem Zustand ist jetzt unmöglich. Ist das Rigg bei Starkwind ausgeschwenkt und soll blockiert werden, kann es gegen den Windwiderstand durch die Kraftübersetzung einer solchen Talje wieder eingeschwenkt werden. Die passive Kentersicherheit wird, wie bereits erwähnt, in dieser Situation ausgenutzt. Werden die Taljen begrenzt gefiert, ist eine Einschränkung der Schwenkbewegung realisiert.
• In 4 ist ein Ausführungsbeispiel für die komplette Lagerung des Schwenkmechanismus abgebildet. Dabei ist mit Groß- bzw. Fockschwenkgelenk 6 bzw. 14 die Lagerung der Schwenkmasten nach Anspruch 1 dargestellt. Diese Ausführungsform zeigt eine angestellte Schrägkugellagerung mit Dichtung, welche den Radial- und Axialbelastungen sowie der Wetterbeanspruchung Rechnung trägt. Durch Ziehen des Rastbolzens 19 wird der Groß- bzw. Fockschwenkmast 3 bzw. 11 entriegelt und vertikal verschiebbar. An dem Befestigungsbügel des Rastbolzens 19 kann eine Sorgeleine angeschlagen werden, welche eine Entriegelung vereinfacht. Der Rastmechanismus ist um 90° in der Horizontalebene versetzt abgebildet. Er befindet sich seitlich an der Führungshülse 20, um die Segelführung nicht zu behindern. Groß- bzw. Fockkugelgelenk 6 bzw. 14 sind wie ein konventioneller Großbaumbeschlag ausgeführt und so wie die anderen Gelenkbeschläge leicht zu demontieren. Damit wird das Legen des Mastes für Brückendurchfahrten oder die Einlagerung des Riggs im Winter erleichtert.

Claims (4)

1. Rigg für Segelfahrzeuge mit a) wenigstens einem mit dem Fahrzeug fest verbundenen Hauptmast (1), b) wenigstens einem Schwenkmast (3, 11), c) wenigstens einem Baum (8, 16), d) wobei der wenigstens eine Schwenkmast (3, 11) mittels eines Schwenkmechanismus (6, 14) um eine den Hauptmast (1) schneidende Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, und e) wobei der wenigstens eine Baum (8, 16) im Bereich des unteren Endes des wenigstens einen Schwenkmastes (3, 11) mit diesem Schwenkmast (3, 11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass f) der aerodynamische Druckpunkt eines an dem wenigstens einen Schwenkmast (3, 11) und dem wenigstens einen Baum (8, 16) aufgespannten Segels (5, 13), nämlich der gedachte Angriffs punkt der resultierenden Kräfte am Segel (5, 13), genau auf der Schwenkachse liegt und g) wobei der wenigstens eine Schwenkmast (3, 11) derart beweglich schwenkbar gelagert ist, dass er sich auch bei einem Amwindkurs unabhängig von der Krängung des Fahrzeugrumpfes und des Hauptmastes (1) selbsttätig vertikal ausrichtet.
2. Rigg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schwenkmast (3, 11) vertikal schwenkbar zum Schwenkmechanismus (6, 14) angeordnet ist, derart, um unabhängig von der Größe der Segelfläche zu gewährleisten, dass der aerodynamische Druckpunkt immer genau auf der Schwenkachse liegt.
3. Rigg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmechanismus (6, 14) blockierbar ist.
4. Rigg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Taljen (21) die selbsttätige Ausrichtung des wenigstens einen Schwenkmastes (3, 11) einschränkbar ist.