DE102016001015A1

DE102016001015A1 - Windantriebsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102016001015A1
Application number: DE102016001015.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-01-30
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Windantriebsvorrichtung für Fahrzeuge, um die mit einem Segel erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) so einzusetzen, dass sie an dem neutralen Punkt des Fahrzeuges ansetzt. So kann alle Kraft in Fahrtrichtung genutzt werden. Setzt die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) außerhalb des neutralen Punktes an, wie zum Beispiel bei Segelfahrzeugen üblich, werden Teile der erzeugten Kraft nicht direkt in Fahrtrichtung genutzt, sondern durch die Vertrimmung des Rumpfes vergeudet. Das soll verhindert werden.

Description

STAND DER TECHNIK
Als Beispiel wird ein Segelschiff mit Tuchsegel gewählt.

1) Moderne Windantriebsvorrichtungen für Schiffe sind Tuchsegel, die mit der Vorderkante an einem Mast oder Vorstag befestigt sind oder aber Flügelsegel. Dies hat zur Folge, dass der Segelsdruckpunkt (DP) und damit die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) immer weit oberhalb und seitlich des Lateraldruckpunktes (DPL) des eingetauchten Rumpfes ist. Da die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) des Segels etwa 90° zur Segelfläche wirkt, wird der Schiffsrumpf in der X-Achse (Krängung) und in der Y-Achse (wegen des Abdriftwinkels (β) weicht die Schiffsmittellinie von der Kurslinie ab) vertrimmt.
2) Die aerodynamische Gesamtkraft (Ft), die die Krängung erzeugt, addiert sich zur Gewichtskraft des Schiffsrumpfes und lässt ihn deshalb tiefer eintauchen.
3) Standard-Tuchsegel sind dreieckig und daher auch nur an drei Punkten oder mit der Vorderkante am Mast und mit der Unterkante am Baum befestigt. Da der vierte Punkt fehlt, verdrehen sich die Segel. Sie verlieren an Effektivität, da sie nicht gleichmäßig über die gesamte Höhe des Segels angeströmt werden können. Es ist auch keine für jede Windgeschwindigkeit angepasste horizontale Wölbung einzustellen
4) Bei dreieckigen Segeln ist die größte Segelfläche nahe am Rumpf. Dieser aber erzeugt Verwirbelungen und stört damit die Anströmung im unteren Teil des Segels. Wegen des Windgradienten ist es vorteilhaft, das Segel höher über der Wasserfläche zu setzen. Auch die Luftströmung in der Nähe des Mastes ist bei einem Tuchsegel gestört.

Die Punkte 1 und 2 erzeugen unnötigen Rumpfwiderstand durch die Verdrehung des Rumpfes in der X- und Y-Achse und zusätzliches Eintauchen durch die aerodynamische Gesamtkraft Ft. Die Punkte 3 und 4 verhindern eine effektive Anströmung der gesamten Segelfläche.
AUFGABE DER ERFINDUNG IST:

zu 1) Die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) muss auf jedem Kurs auf den Lateraldruckpunkt (DPL) des Schiffsrumpfes wirken, damit jede Energieverschwendung durch das Vertrimmen des Schiffsrumpfes in der X- und Y-Achse vermieden wird. Dadurch muss keine Vertrimmung mit dem Ruder ausgeglichen werden, durch das Ruderlegen wird zusätzlich Widerstand erzeugt.
zu 2) Das Segel soll eine Kraft erzeugen, die auch nach oben wirkt, um das Eintauchen des Rumpfes zu verhindern.
zu 3) Das Segel muss vier Befestigungspunkte haben, um eine kontrollierte horizontale Segelwölbung zu ermöglichen, die über die gesamte Höhe die gleiche Richtung zum Wind behält.
zu 4) Das Segel muss frei von Rumpf- und Masteinflüssen arbeiten können. Wird das Segel höher gesetzt, kann der Windgradient ausgenutzt werden.

DIE LÖSUNG IST:
Eine mögliche Ausführung der Aufgaben 1 bis 4 stellt sich wie folgt dar:
Ein Segel wird mit 4 Spreizbäumen (1), (2), (3), (4) (Zeichn. 1 und 2) aufgespannt. Ein Ende der Spreizbäume ist jeweils an einer der vier Ecken des Segels (21), (22), (23), (24) fixiert, die anderen Enden der Spreizbäume sind am Gelenk (7) festgemacht.
Die Einheit Segel und Spreizbäume ist am Gelenk (7) befestigt. Das Gelenk (7) ist mit der waagerechten Achse (b) und mit der senkrecht zu Spiere (5) stehenden Achse (d) beweglich.
Die Spiere (5) wird wird durch das Gelenk (8) am Mast (10) abgestützt. Das Gelenk (8) besteht aus der waagerechten Achse (a) und der senkrechten Achse (c).
Die vier Befestigungen des Segels (21), (22), (23), (24) und die Enden der 4 Spreizbäume am Segel werden mit den Leinen (11), (12), (13), (14) auf der Halterung (6) abgespannt. Dies ergibt eine stabile Befestigung des Segels.
Durch das Gelenk (7) ist das Segel mit den vier Spreizbäumen, die durch die Leinen (11), (12), (13), (14) an den Enden der Halterung (6) befestigt sind, justierbar und die aerodynamische Gesamtkraft (Ft) kann auf den Lateralschwerpunkt (DPL) gerichtet werden. Die Riggstütze (9) hält das Segel in der richtigen Höhe. Die Neigung der Spiere (5) ist um die Achse (a) einstellbar und zusammen mit der Halterung (6) mit der senkrechten Achse (c) um den Mast (10) drehbar, um verschiedene Kurse zu ermöglichen.
Um eine einstellbare Segelwölbung zu erhalten kann die Distanz zwischen den Punkten (21) und (22) variiert werden. Ebenso zwischen den Punkten (23) und (24).
Bezugszeichenliste

1-2-3-4: Spreizbäume
5: Spiere
6: Halterung
7: Gelenk in zwei Ebenen beweglich
8: Gelenk in zwei Ebenen beweglich
9: Riggstütze
10: Mast
11-12-13-14: Leinen
21-22-23-24: Befestigungspunkte
a-b: Gelenkachsen waagerecht
c: Gelenkachse senkrecht
d: Gelenkachse senkrecht zu Spiere 5
DPL: Lateraldruckpunkt
Ft: Aerodynamische Gesamtkraft

Fachausdrücke wie der Lateraldruckpunkt (DPL), aerodynamische Gesamtkraft (Ft), Abdriftwinkel (β), sind aus „Die Aerodynamik der Segel Theorie und Praxis" von C A Marchaj, Delius Klasing, 1997, übernommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Die Aerodynamik der Segel Theorie und Praxis” von C A Marchaj, Delius Klasing, 1997 [0009]

Claims

Eine Windantriebsvorrichtung für Fahrzeuge als Tuchsegel, als flexible Platte oder als Flügelsegel. Diese sind jeweils so befestigt und ausrichtbar, dass die erzeugte aerodynamische Gesamtkraft (Ft) immer auf den Lateraldruckpunkt (DPL) des Fahrzeuges gerichtet ist.