DE2362836B1 - Selbststeueranlage für eine Jacht mit Windfahne und Flosse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Selbststeueranlage für eine Jacht, an der eine als Impulsgeber dienende Windfahne angeordnet ist, die bei Kursabweichung die Neutralstellung einer am freien Ende eines Schwenkarmes angeordneten Flosse ändert, wobei der Schwenkarm sich um eine zur Gierachse parallele Achse bewegt und seine Schwenkbewegung zur Kurskorrektur auf das Ruder übertragen wird.

Solche Selbststeueranlagen dienen dazu, Jachten, insbesondere Segeljachten auf Kurs zu halten, ohne daß der Steuermann das Ruder bedienen muß.
Selbststeueranlagen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt (vgl. auch Zeitschrift »Die Jacht«, 1973, Heft 14, S. 31/36). Bei einfachsten Selbststeueranlagen wird die bei Kursabweichung durch den scheinbaren Wind auf die schwenkbare Windfahne ausgeübte Kraft direkt auf das Ruder übertragen (vgl.

GB-PS 392 451). Um auch bei geringen Geschwindigkeiten des scheinbaren Windes hinreichende Ruderkräfte erzeugen zu können, müssen die Windfahnen sehr groß sein. Will man kleinere Windfahnen verwenden, benötigt man Servosysteme. Eines dieser Servosysterne besteht darin, daß die Schwenkbewegung der Windfahne auf eine unmittelbar hinter dem Ruder angeordnete Trimmklappe übertragen wird (nach dem Prinzip des Flettner-Ruders): Durch Anstellung der Trimmklappe wird auf das Ruder eine Kraft ausgeübt, die das Ruder in die für die Kurskorrektur erforderliche Lage bringt (vgl. US-PS 3 765 361). Solche Selbststeueranlagen haben den Nachteil, daß bei Anstellung der Trimmklappe zunächst die Kräfte so auf die Jacht wirken, daß die Kursabweichung vergrößert wird. Eine exakt arbeitende und proportional wirkende Steuerung ist damit nicht zu verwirklichen.

Ferner kennt man Selbststeueranlagen, die ein am Spiegel der Jacht pendelartig, angehängtes, im Einsatz lotrecht festgestelltes Hilfsruder verwenden, welches von der Windfahne bewegt wird. Diese Anlagen lassen sich aber nur bei verhältnismäßig kleinen Jachten einsetzen, es ist außerdem erforderlich, das Hauptruder während des Arbeitens der Selbststeueranlage festzulegen (vgl. DT-Gbm 1 998 881).

Eine weitere Selbststeueranlage ist als sogenannte »Pendelflossenanlage« bekannt (vgl. Zeitschrift »Die Jacht« 1973, Heft 14, S. 36, Zeichnung Nr. 2). Bei dieser Anlage ist die Flosse hinter dem Schiff schwenkbar angeordnet, wobei die Pendelachse der Flosse parallel zur Schiffslängsachse verläuft. Die Flosse ist über ein Differentialgetriebe mit der Windfahne verbunden. Wenn die Windfahne sich infolge Kursabweichung um einen bestimmten Winkel verdreht, dann verdreht sich auch die Flosse in entgegengesetzter Richtung um einen proportionalen Winkel. Die nunmehr an der Flosse angreifenden Strömungskräfte verschwenken die Flosse um ihre horizontale Pendelachse und diese Schwenkbewegung wird über Zugseile auf die Ruderpinne übertra-

gen. Ein Nachteil dieser Anlage ist, daß die Pendelflosse im Verlauf der Pendelbewegung immer mehr aus dem Wasser austaucht, wobei die auf die Flosse wirkenden Strömungskräfte dementsprechend abnehmen. Bei großen Kurskorrekturen reichen deshalb die auf die Pendelflosse wirkenden Strömungskräfte nicht aus, um das Ruder so weit zu legen, wie dies erforderlich ist, um eine Proportionalsteuerung zu erreichen. Man muß deshalb verhältnismäßig große Flossen verwenden, die entsprechend große Kräfte aufbringen können. Da diese großen Kräfte aber auch schon in der Nähe der Neutrallage der Pendelflosse wirksam werden, muß die gesamte Anlage für diese großen Kräfte dimensioniert werden. Es müssen entsprechend starke Befestigungen an der Jacht vorgesehen sein. Ein weiterer Nachteil ist, daß die sogenannte Badeleiter, die üblicherweise am Heck einer Jacht installiert ist und insbesondere im Falle der Bergung von über Bord gefallenen Personen erhebliche sicherheitstechnische Bedeutung besitzt, nicht mehr verwendet werden kann, weil sie die Pendelbewegung der Flosse stört.

Bei einer Selbststeueranlage der eingangs beschriebenen Gattung (FR-PS 2 178 445) ist die Flosse fest am Schwenkarm gehalten. Hinter der Flosse ist eine Klappe angeordnet, die nach Maßgabe der von einem Impulsgeber angezeigten Kursabweichung verschwenkt wird. Dadurch ändert sich die effektive Wölbung der Flosse und damit deren Neutralstellung. Auch bei dieser Selbststeueranlage wirken beim Schwenken der Klappe die Kräfte zunächst so auf die Jacht, daß die Kursabweichung vergrößert wird. Deswegen besitzt diese Selbststeueranlage auch die bereits eingangs erläuterten Nachteile. Außerdem lassen sich mit dieser Anlage nur verhältnismäßig kleine Schwenkwinkel des Schwenkarms erreichen, weil selbst bei sehr weit ausgeschwenkter Klappe der Nullanstellwinkel der Flosse klein bleibt. Deswegen muß, wenn große Servokräfte aufgebracht werden sollen, die Flosse dementsprechend groß sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Selbststeueranlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit verhältnismäßig kleinen Flossen große Servokräfte am Ruder erzeugen kann und die auch bei großen Kurskorrekturen ein gutes Proportionalverhalten besitzt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Flosse um eine zur Gierachse parallele Achse schwenkbar am Schwenkarm gelagert und über ein Getriebe mit der Windfahne verbunden ist.

Wenn bei einer Kursabweichung die Windfahne sich um einen bestimmten Winkel verstellt und über das Getriebe die Flosse einen dem Windfahnenwinkel proportionalen Anstellwinkel gegenüber der Strömung erhält, übt sie eine seitliche Kraft auf den Schwenkarm aus, der dann um seine Achse geschwenkt wird. Dabei lassen sich große Schwenkwinkel des Schwenkarmes und damit große Wege der Flosse durch das Wasser verwirklichen, ohne daß die Flosse aus dem Wasser austaucht. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schwenkwinkel des Schwenkarms und dem zur Kurskorrektur erforderlichen Ruderwinkel kann so gewählt werden, daß die Flosse mit dem Schwenkarm um einen mehrfach größeren Winkel schwenkt als das Ruder selbst. Weil die Flosse sich am Ende des Schwenkarms befindet, besitzt sie ein großes Arbeitsvermögen und kann dementsprechend kleiner ausgeführt werden als bei bekannten Anlagen. Infolgedessen sind die Kräfte innerhalb der erfindungsgemäßen Selbststeueranlage kleiner und es werden auch geringere Kräfte auf die Befestigung der Selbststeueranlage an der Jacht ausgeübt, so daß die Anlage am Heckkorb, also an einem Teil der Reling befestigt werden kann, ohne daß Bohrungen im Schiffsrumpf erforderlich sind.

Da die von der Flosse auf den Schwenkarm bzw. auf die Jacht ausgeübten Kräfte klein sind, wird für den Fall, daß der Anstellwinkel der Flosse und der zur Kurskorrektur erforderliche Ruderwinkel verschiedene Vorzeichen besitzen, beim Ansprechen der Selbststeueranlage die Kursabweichung praktisch nicht vergrößert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in an sich bekannter Weise aus einem mit der Windfahne einstellbar fest verbundenen Lenkerhebel besteht, der gelenkig an einem Ende einer Schubstange angeschlossen ist, deren anderes Ende mit einem an der Flosse befestigten Hebel gelenkig verbunden ist. Dieses Getriebe ist einfach aufgebaut, reibungsarm und besitzt ein reines Proportionalverhalten. Die Windfahne kann neben dem Schwenkarm oder auf dessen Schwenkachse angeordnet sein.

Bei einer zweckmäßigen Ausführung besitzen Schwenkarm und Schubstange gleiche Länge und ist der Abstand zwischen der Schwenkachse des Schwenkarms und der Verbindungsachse zwischen Lenkerhebel und Schubstange geringer als der Abstand zwischen der Flossenachse und der Verbindungsachse zwischen Hebel und Schubstange. Dadurch wird erreicht, daß beim Ausschwenken des Schwenkarmes die Anstellung der Flosse allmählich zurückgeht, so daß in den Extremstellungen des Schwenkarmes die Flosse sich in ihrer Neutralstellung befindet. Der Schwenkarm kann dann nicht weiterschwenken und beispielsweise gegen die Bordwand schlagen. Außerdem hat diese Ausführung den Vorteil, daß die Selbststeueranlage im Sinne der Regeltechnik neben dem Proportionalanteil auch einen Integralanteil besitzt, der ein Übersteuern der Jacht verhindert

Bei einer anderen Ausführungsform des Getriebes ist zwischen dem Lenkerhebel und der Schubstange ein zweiarmiger Hebel angeordnet, dessen Drehachse mit der Achse des Schwenkarmes zusammenfällt und dessen einer Arm an die Schubstange gelenkig angeschlossen ist, während sein anderer Arm mit dem Lenkerhebel über eine Kulissenführung verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein integrales Verhalten der Selbststeueranlage dadurch erreicht werden, daß der an die Schubstange angeschlossene Arm des zweiarmigen Hebels kürzer ist als der an der Flosse befestigte Hebel.

Häufig ist es erwünscht, komplizierte Gestänge mit ungünstigen Lagerungsmöglichkeiten und vielfachen Kraftumlenkungen zu vermeiden. Das erreicht man erfindungsgemäß, wenn das Getriebe in an sich bekannter Weise aus einem mit der Windfahne verbundenen Quadranten besteht, dessen Zähne in die Zähne eines weiteren Quadranten eingreifen, wobei die Windfahne einstellbar mit dem Quadranten verbunden ist und am zweiten Quadranten eine Seil- oder Kettenscheibe angebracht ist, die um die Achse des Schwenkarmes drehbar angeordnet ist und ein Seil bzw. eine Kette hält, das um eine am anderen Ende des Schwenkarmes mit der Flosse verbundenen Scheibe geführt ist. Das bereits oben erläuterte proportionalintegrale Verhalten der Selbststeueranlage erreicht man in diesem Fall dadurch, daß der Durchmesser der Scheibe auf der

Schwenkachse des Schwenkarmes geringer ist als der Durchmesser der an der Flosse befestigten Scheibe.

Um eine sichere Halterung, eine leichte Führung und leichte Verdrehbarkeit der Flosse zu erreichen, empfiehlt es sich, am freien Ende des Schwenkarmes ein Rohr anzubringen, in dem eine Welle gehalten ist, deren oberes Ende an das Getriebe angeschlossen ist und deren unteres Ende die Flosse trägt.

Die Übertragung der Kräfte zwischen Schwenkarm und Ruder erfolgt am einfachsten mit Hilfe von an sich bekannten Zugseilen, für die am Schwenkarm Anschlußösen vorgesehen sind und die über Lenkrollen zur Ruderpinne bzw. zum Steuerrad geführt und dort befestigt sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von lediglieh Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen ausführlicher erläutert; es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht einer Selbststeueranlage für eine Jacht, teilweise geschnitten,

F i g. 2 die Aufsicht auf den Gegenstand nach F i g. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Getriebes zwischen Windfahne und Flosse,

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des Getriebes, F i g. 5 eine vierte Ausführungsform des Getriebes.

Die in den Figuren dargestellte Selbststeueranlage ist am Heck 1 einer Segeljacht angeordnet. Die Segeljacht besitzt ein nicht dargestelltes Ruder, das mit einer Ruderpinne 2 verstellbar ist. Die Selbststeueranlage ist an zwei Pfosten 3, die die Reling 4 tragen, befestigt.

An dem Pfosten 3 ist mit Laschen 5 eine Traverse 6 befestigt, die einen Lagerkörper 7 besitzt. Der Lagerkörper 7 ist kastenförmig ausgebildet und besitzt ein oberes Lager 8 sowie ein unteres Lager 9 für ein Rohr 10, an dem ein Schwenkarm 11 befestigt ist, der das Heck 1 der Jacht überragt.

Der Schwenkarm 11 trägt an seinem freien Ende ein Rohr 12, in dem eine Welle 13 in Lagern 14,15 gehalten und geführt ist, die an ihrem unteren Ende eine Flosse 16 trägt Die Flosse 16 ist bei 17 gelenkig mit dem unteren Ende der Welle 13 verbunden und wird durch Fedem 18 in der in F i g. 1 ausgezogenen Stellung gehalten. Falls die Flosse während der Fahrt auf ein Hindernis trifft, kann sie, wie in gestrichelter Darstellung gezeigt ist, nach hinten klappen und dem Hindernis ausweichen.

Der Lagerkörper 7 besitzt einen oberhalb des Schwenkarms 11 angeordneten Tragarm 19, an dessen Ende ein Rohrstutzen 20 angeordnet ist, in dem die Welle 21 einer Windfahne 22 drehbar gelagert ist. Mit Hilfe einer Kupplung 23 kann der obere Teil 24 der Welle 21 gegenübet dem unteren Teil verdreht werden, so daß die Windfahne 22 in Richtung des scheinbaren Windes eingestellt werden kann. Damit wird zugleich der Kurs der Jacht, der durch die Selbststeueranlage eingehalten werden soll, eingestellt und festgelegt.

An dem Rohrstutzen 20 befinden sich übereinander zwei Laschen 25, durch deren Bohrungen 26 ein Pinn 27 gesteckt werden kann, der in eine Bohrung 28 auf dem Schwenkarm 11 eingreift und dadurch den Schwenkarm 11 in seiner Mittelstellung arretiert.

An der die Windfahne 22 tragenden Welle 21 ist ein Lenkerhebel 29 befestigt. Dieser Lenkerhebel besitzt ein Langloch 30, in das ein Bolzen 31 eingreift, der an dem einen Arm 32 eines zweiarmigen Hebels 33 befestigt ist Dadurch ist eine Kulissenführung zwischen dem Lenkerhebel 29 und dem zweiarmigen Hebel 33 verwirklicht An den Arm 32 des Hebels 33 schließt sich eine Welle 34 an, die im Rohr 10 geführt ist und an ihrem unteren Ende den zweiten Arm 35 des Hebels 33 trägt. Dieser Arm 35 ist mit einer Gelenkverbindung 36 an das eine Ende einer Schubstange 37 angeschlossen, deren anderes Ende bei 38 gelenkig mit einem Hebel 39 verbunden ist, der an der Welle 13, welche die Flosse 16 trägt, befestigt ist.

Bei Winkelverstellung der Windfahne 22 wird über den Lenkerhebel 29, den zweiarmigen Hebel 33, die Schubstange 37 und den Hebel 39 die Flosse 16 um einen proportionalen Winkel verstellt, so daß an ihr nunmehr Strömungskräfte wirksam werden. Diese Strömungskräfte wirken auf den Schwenkarm 11, der um die von den Lagern 8 bzw. 9 gebildete, zur Gierachse der Jacht parallele Achse verschwenkt und dabei über Zugseile 40,41, die an Ösen 43 des Schwenkarmes befestigt, über Umlenkrollen 44 und 45 zu der Ruderpinne geführt und an dieser angeschlossen sind, einen Ruderausschlag verursacht, durch den die Jacht wieder auf den Kurs zurückgeführt wird. In dem Maße, wie die Kursabweichung abnimmt, schwenkt auch die Windfahne 22 zurück, womit zugleich der Anstellwinkel der Flosse 16 abnimmt und der Schwenkarm 11 in seine Neutralstellung zurückschwenkt.

In den F i g. 3 bis 5 sind Ausführungsformen des Getriebes zwischen Windfahne 22 und Flosse 16 dargestellt Dabei geben jeweils die ausgezogenen Linien die Neutralstellung von Windfahne 22, Schwenkarm 11 und Flosse 16 wieder, während in gestrichelter Darstellung die Auslenkung der Windfahne 22, des Schwenkarms 11 und der Flosse 16 bei einer Kursabweichung darstellen.

Das in F i g. 3 dargestellte Getriebe entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach F i g. 2, wobei allerdings die Welle 21 der Windfahne 22 neben der Schwenkachse des Schwenkarms 11 angeordnet ist. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform der Arm 35 des zweiarmigen Hebels 33 kürzer als der Hebel 39, welcher an der Welle 13 über die Flosse 16 befestigt ist. Dadurch wird erreicht, wie das aus der F i g. 3 ersichtlich ist, daß mit zunehmendem Schwenkwinkel des Schwenkarms 11 der Anstellwinkel der Flosse 16 gegen die Strömung abnimmt, bis er in der gestrichelt gezeichneten Stellung zu Null wird. Der Schwenkarm 11 kann nur bis zu dieser Stellung ausschwenken. Bei kleineren Kursfehlern, wenn die Windfahne 22 eine Zwischenstellung zwischen der ausgezogen und der gestrichelt gezeichneten Stellung einnimmt, ist auch der Anstellwinkel der Flosse 16 entsprechend kleiner. Folglich wird auch der Schwenkarm 11 weniger weit ausschwenken, weil die Flosse 16 früher ihre Neutralstellung erreicht.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform des Getriebes ist der Lenkerhebel 29 unmittelbar und gelenkig mit der Schubstange 37 verbunden. Dabei ist der Abstand zwischen der Gelenkverbindung 36 und der Schwenkachse des Schwenkarms 11 geringer als der Abstand zwischen der Gelenkverbindung 38 am Hebel 39 und der von der Welle 13 gebildeten Achse, so daß auch bei dieser Ausführungsform der Schwenkwinkel des Schwenkarms 11 von der Größe des jeweiligen Anstellwinkeis der Flosse 16 abhängt

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist das Getriebe zwischen Windfahne 22 und Flosse 16 nicht durch Gestänge, sondern durch Zahngetriebe und Zugseile ersetzt An der Welle 21 der Windfahne 22 ist ein Quadrant 46 befestigt, dessen äußerer Umfang als Abschnitt eines Zahnkranzes ausgeführt ist, wobei diese Zähne in die Zähne eines zweiten Quadranten 47 ein-

greifen, der drehbar um die Schwenkachse des Schwenkarms Ii gelagert ist und mit einer Seilscheibe

48 verbunden ist. Über diese Seilscheibe 48 ist ein Seil

49 geführt, das teilweise eine zweite Seilscheibe 50 umschlingt, die auf der Welle 13 der Flosse 16 befestigt ist.

Die Seilscheibe 50 besitzt einen größeren Durchmesser als die Seilscheibe 48, so daß, wie auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, bei einem bestimmten Anstellwinkel der Flosse 16 der Schwenkwinkel des Schwenkarms 11 begrenzt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

509507/116

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Selbststeueranlage für eine Jacht, an der eine als Impulsgeber dienende Windfahne angeordnet ist, die bei Kursabweichung die Neutralstellung einer am freien Ende eines Schwenkarmes angeordneten Flosse ändert, wobei der Schwenkarm sich um eine zur Gierachse parallele Achse bewegt und seine Schwenkbewegung zur Kurskorrektur auf das Ruder übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse (16) um eine zur Gierachse parallele Achse schwenkbar am Schwenkarm (11) gelagert und über ein Getriebe mit der Windfahne (22) verbunden ist.

2. Selbststeueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in an sich bekannter Weise aus einem mit der Windfahne (22) einstellbar fest verbundenen Lenkerhebel (29) besteht, der gelenkig an ein Ende einer Schubstange (37) angeschlossen ist, deren anderes Ende mit einem an der Flosse (1.6) befestigten Hebel (39) gelenkig verbunden ist.

3. Selbststeueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schwenkarm (11) und Schubstange (37) gleiche Länge besitzen, und daß der Abstand zwischen der Schwenkachse des Schwenkarms (11) und der Verbindungsachse zwischen Lenkerhebel (39) und Schubstange (37) geringer ist als der Abstand zwischen der Flossenachse und der Verbindungsachse zwischen dem Hebel (39) und Schubstange (37).

4. Selbststeueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lenkerhebel (29) und der Schubstange (37) ein zweiarmiger Hebel (33) angeordnet ist, dessen Drehachse mit der Achse des Schwenkarmes (11) zusammenfällt und dessen einer Arm (35) an die Schubstange (37) gelenkig angeschlossen ist, während sein anderer Arm

(32) mit dem Lenkerhebel (29) über eine Kulissenfuhrung verbunden ist.

5. Selbststeueranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Schubstange (37) angeschlossene Arm (35) des zweiarmigen Hebels

(33) kürzer ist als der an der Flosse (16) befestigte Hebel (39).

6. Selbststeueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in an sich bekannter Weise aus einem mit der Windfahne (22) verbundenen Quadranten (46) besteht, dessen Zähne in die Zähne eines weiteren Quadranten (47) eingreifen, wobei die Wandfahne (22) einstellbar mit dem Quadranten (46) verbunden ist und am zweiten Quadranten (47) eine Seil- oder Kettenseheibe (48) angebracht ist, die um die Achse des Schwenkarmes (ti) drehbar angeordnet ist und ein Seil (49) bzw. eine Kette hält, das bzw. die um eine am anderen Ende des Schwenkarmes (11) mit der Flosse (16) verbundene Scheibe (50); geführt ist

7. Selbststeueranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Scheibe (48) auf der Schwenkachse des Schwenkarms (11) geringer ist als der Durchmesser der an der Flosse (16) befestigten Scheibe (50),

8. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis J,. dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Schwenkarmes (11) ein Rohr (12) angebracht ist, in dem eine Welle (13); gehalten ist, deren oberes Ende an das Getriebe angeschlossen ist und deren unteres Ende die Flosse (16) trägt.

9. Selbststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (ti) Anschlußösen (43) für an sich bekannte Zugseile (40, 41) besitzt, die über Umlenkrollen (44, 45) zur Ruderpinne (2) bzw. zum Steuerrad geführt und dort befestigt sind.