DE3510294C1

DE3510294C1 - Gabelbaum fuer Segelbretter

Info

Publication number: DE3510294C1
Application number: DE3510294A
Authority: DE
Inventors: Arno 3300 Braunschweig Pabsch
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-06-19
Also published as: EP0195453A1; EP0195453B1; ATE36498T1; US4700647A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gabelbaum für Segelbretter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, daß das Profil des Segels eine Segelbrettes entscheidend von der Steifigkeit des Gabelbaumes abhängt. Schon geringe Längenänderungen des Gabelbaums unter der Belastung durch das Segel und die Haltekraft führen zu erheblichen Änderungen des Segelprofils und damit zu einer Verschlechterung des mit dem Segel erreichbaren Vortriebs.

Die Entwicklung bei Gabelbäumen geht daher in den letzten Jahren zu immer steiferen Gabelbäumen. Andererseits wird von Gabelbäumen ein möglichst geringes dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Hol- 45 Gewicht verlangt.

me (4, 6) Buchsen (47) zur Verbindung der Holme Um zu einer hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht

mit den vorderen und hinteren Gabelbaumendstük- zu kommen, werden hochsteife Gabelbäume aus hochken (46) eingeformt sind. festen Aluminiumrohren hergestellt. Dabei werden die

7. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aus den Rohren gebogenen Gabelholme jeweils über dadurch gekennzeichnet, daß die Gabelbaumend- 50 Steckverbindungen mit den Gabelbaumendstücken verstücke (28) einen Formkern aus Hartschaum aufweisen, der mit einer Schicht (30) aus einem kunstharzgebundenen Fasergewebe oder -geflecht versehen ist und wenigstens auf der Außenseite mit einer flachen Nut zur Aufnahme eines vorher ausgehärteten 55 Streifens (36) aus kunstharzgebundenen unidirektionalen Kohlenstoffasern versehen ist, der über die Endflächen (26) der Formkerne so hinausgeführt ist, daß die stumpf gegen die Endflächen (26) der Holme stoßenden Endstücke über die Streifen (36) mit den 60 Holmen verschäftet sind und daß die Holmenden und die Endstücke mit einer Außenschicht (38) aus

kunstharzgebundenem Gewebe oder Geflecht versehen sind.

8. Gabelbaum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (38) als Gewebeschlauch ausgebildet ist.

9. Gabelbaum nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

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bunden.

Der erreichbaren Steifigkeit bei Verwendung von hochfesten Aluminiumrohren sind vom Material und Gewicht her Grenzen gesetzt.

Bei einem Gabelbaum der gattungsgemäßen Art (DE-GM 82 00 406) sind auf entsprechend dem Radius der Holme des Gabelbaumes vorgeformten Rohren ein oder mehrere geflochtene, gestrickte oder gewebte Schläuche aus kunstharzgebundenen Kohlenstoffasern, Aramid- oder Glasfasern vorgesehen. Bei derartig ausgebildeten Gabelbäumen läßt sich nur eine sehr geringe Steifigkeit erzielen.

Es sind weiter Verbundmasten bekannt (DE-OS 61 921), bei denen auf einem Innenmast aus einem Schaumstoff ein Außenmantel aus einem kunstharzgebundenen Fasergewebe ausgebildet ist. Der Außenmantel wird dabei zur Erzielung einer Vorspannung unter radialer Komprimierung des Innenmastes ausgehärtet.

Es ist dabei weiter bekannt, zwischen dem Innenmast aus Schaumstoff und dem Außenmantel sich über die Gesamthöhe des Mastes erstreckende Verstärkungselemente aus Kohlenstoffasern, Glaswolle oder dergleichen vorzusehen, die mit Kunstharz gebunden sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gabelbaum für Segelbretter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß sich bei gleichem oder geringerem Gewicht größere Steifigkeiten erreichen lassen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend von einem Gabelbaum nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst durch die in dessen kennzeichnendem Teil herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gabelbäume gemäß der Erfindung zeichnen sich nicht nur durch eine höhere Steifigkeit aus als sie bisher erreichbar war. Es lassen sich darüber hinaus auch Gewichte für den Gabelbaum erreichen, die um ein Drittel unter den Gewichten der ersten derzeit bekannten Gabelbäume liegen. Es lassen sich Steifigkeitszahlen, definiert als Prüflast geteilt durch Masse χ Verkürzung, erzielen, die nahezu doppelt so groß sind wie bei diesen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
F i g. 1 zeigt in Draufsicht einen Gabelbaum. F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1 durch einen Gabelholm.

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab in Draufsicht die Ausbildung des Gabelbaums im Bereich des vorderen Gabelbaumendstückes.

F i g. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab in Draufsicht eine Ausführungsform des hinteren Gabelbaumendstückes.

Der in Fig. 1 in Draufsicht dargestellte Gabelbaum 2 weist zwei Holme 4, 6 und an den Enden des Gabelbaums jeweils Gabelbaumendstücke auf, und zwar das vordere Gabelbaumendstück 8 und das hintere Gabelbaumendstück 10, wobei im vorderen Gabelbaumendstück in üblicher Weise senkrechte Tampenbohrungen vorgesehen sind, während am hinteren Endstück eine Segelspannrolle mit horizontaler oder vertikaler Drehachse angeordnet ist.

Wie in F i g. 2 dargestellt, weisen die Holme jeweils einen profilierten Kern 12 aus einem Hartschaum auf. Vorzugsweise wird Polystyrolschaum verwendet, da dieser nur in vernachlässigbarem Umfang Feuchtigkeit aufnimmt.

Der Schaumstoffkern 12 ist an zwei gegenüberliegenden Seiten, die der Innen- und der Außenseite der Holme entsprechen, mit flachen Nuten 14 versehen, die als Böden jeweils eine ebene Fläche 15 aufweisen, wobei die Flächen 15 im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die beiden übrigen Seitenflächen 16,18, die der Oberseite bzw. der Unterseite des Gabelbaums entsprechen, können eben, aber auch nach außen gewölbt ausmehr .kürzere Abschnitte auch durch stirnseitige Verklebung auf die notwendige Länge gebracht werden. Die profilierte Schaumstoffkern trägt auf seiner Oberfläche eine innere bzw. erste Schicht 20 aus kunstharzgebundenem Fasergeflecht mit sich unter einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Längserstreckung der Holme kreuzenden Fasersträngen. Es kann hierfür ein üblicher Gewebeschlauch mit sich unter 45° kreuzenden Fasersträngen verwendet werden. Es können aber auch Gewebestreifen verwendet werden, die beispielsweise unter 45° zu Kette und Schuß geschnitten sind. Solche Streifen werden um den Schaumstoffkern so herumgelegt, daß sie sich mit ihren freien Längskanten überlappen. Diese Überlappung kann beispielsweise im Bereich einer der Flächen 16 oder 18 des Schaumstoffkerns erfolgen. Eine solche Schicht braucht sich gleichfalls nicht einstückig über die gesamte Länge zu erstrecken. Es können vielmehr einzelne Abschnitte aneinandergrenzend aufgebracht werden. Über diese innere Schicht 20 erhält der Schaumstoffkern seine Torsionsfestigkeit. Das Fasergeflecht dieser Schicht besteht vorzugsweise aus Kohlenstoffasern.

Auf der inneren Schicht 20 aufliegend sind im Bereich der flachen Nuten 14 unidirektionale Faserstränge 22 vorgesehen, die sich in Längsrichtung des Holmes erstrecken. Als Fasern werden ebenfalls Kohlenstoffasern verwendet. Zweckmäßig werden- die unidirektionalen Faserstränge in Form von vorher ausgehärteten Streifen aus kunstharzgebundenen unidirektionalen Kohlenstoffasern aufgebracht. Es erübrigen sich dann besondere Spannmittel für diese Stränge, mit denen diese während der Aushärtung des Kunstharzes sonst gestreckt und parallel zueinander gehalten werden müßten.

Über die ganze Länge der Holme ist das Profil dann mit einer Außenschicht 24 aus einem kunstharzgebundenem Fasergeflecht überzogen. Hierfür wird vorzugsweise ein Geflechtschlauch verwendet, der sich beim Aufbringen leicht gleichmäßig strecken läßt, eine gleichmäßige Oberfläche ergibt und gleichzeitig die Innenschicht 20 und die unidirektionalen Stränge 22 während des Tränkens mit Kunstharz und während des Aushärtens des Kunstharzes unter Vorspannung in Anlage aneinander und am Kern hält.

Aus Handhabungsgründen sollte die Außenschicht 24 aus Polyester- oder Polyamidfasern bestehen, die gute Griffeigenschaften haben.

Die Holmprofile, wie sie im vorstehenden unter Bezug auf F ig. 2 beschrieben sind, können nach dem Tränken der Innenschicht 20 mit Kunstharz und Auflegen der vorher ausgehärteten Streifen aus kunstharzgebundenen unidirektionalen Fasersträngen 22 zum Aushärten auf entsprechend dem Gabelprofil geformten Ablageflächen abgelegt werden. Durch die im wesentlichen ebenen Innen- und Außenseiten des Profils brauchen für die Halterung des Profils auf der Formlehre keine besonderen Vorkehrungen getroffen zu werden. Es genügt im allgemeinen, wenn an den Enden der Holme Mittel vorgesehen sind, mit denen sie in Anlage an den Auflageflächen gehalten werden. Gegebenenfalls können

gebildet sein. Der Übergang an den Ecken erfolgt über 60 Längsführungen für die Profile in Form von Anlagekanweiche Übergangsradien, ebenso wie die flachen Nuten ten oder dergleichen zweckmäßig sein. Auf die jetzt

14 an ihren Rändern im Querschnitt gekrümmt ausgebildet sein können.

Die Hartschaumkerne 12 werden vorzugsweise aus einem Rohling, der beispielsweise aus einer Platte geschnitten sein kann, durch Schleifen in ihre Form gebracht. Der Kern braucht sich nicht einstückig über die ganze Länge des Holms zu erstrecken. Es können vielformstabilen Holme wird die Außenschicht 24 aufgezogen und mit Kunstharz getränkt. Zum Härten des Kunstharzes kann derHolm frei aufgehängt werden. Die Profile werden in der Länge vorzugsweise mit einem gewissen Übermaß hergestellt, so daß sie durch Abtrennen der Endstücke dann auf ihr endgültiges Maß gebracht werden können. Sofern eine Zerlegbarkeit des

Gabelbaums gefordert wird, können an den Enden des Gabelbaums Buchsen, gegebenenfalls mit Führungskeilen oder Führungsnuten, einlaminiert werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise entsprechend vorbereitete Endstücke stumpf gegen die Enden des Hartschaumkernes geklebt werden. Die Buchsen können dabei außen mit Hartschaum entsprechend dem Profil des Kerns des Holmes umschäumt sein, wobei innerhalb des Endstückes auch eine Profiländerung möglich ist, beispielsweise von dem in grober Annäherung quadratischen Querschnitt des Holmprofils in einen runden Querschnitt am Ende des Holmes übergegangen werden kann. Die Innen- und Außenschicht sowie die unidirektionalen Stränge bzw. Streifen werden dabei zweckmäßig bis über das Ende eines solchen Endstückes hinausgeführt und nach dem Aushärten abgeschnitten.

In der beschriebenen Weise mit Buchsen an den Enden konfektionierte Holmprofile können beispielsweise mit bekannten hochfesten Gabelbaumendstücken aus Metall, insbesondere Aluminium kombiniert werden. Es können aber auch Gabelbaumendstücke verwendet werden, die in ähnlicher Weise aufgebaut sind wie die Holmprofile. Weiter können die Holmprofile mit den Gabelbaumendstücken starr verbunden werden.

zwei Binden mit entgegengesetzter Steigung übereinander aufgebracht werden, im Bereich der Tampenführungsrohre 32 werden nach dem Aushärten dann in der Außenschicht entsprechende Durchbrüche vorgesehen. In gleicher Weise wie das vordere Gabelbaumendstück läßt sich auch das hintere Gabelbaumendstück fest mit den Holmen verbinden.

Eine lösbare Verbindung zwischen den Holmen und den Gabelbaumendstücken ist in F i g. 4 in Verbindung

ίο mit einem hintereri Gabelbaumendstück 46 dargestellt. Wie bereits oben beschrieben, sind hierbei in die Enden der Gabelbaumholme 4, 6 Buchsen 47 eingesetzt, über die die Innenschicht 20, die unidirektionalen Stränge 22 und die Außenschicht 24 bis zur Stirnfläche 44 am Ende der Holme 4,6 geführt sind. Das hier dargestellte hintere Gabelbaumendstück 46 ist wiederum ein Profilteil aus einem Hartschaum, wobei das Profil wiederum entsprechend dem nach Fig.2 ausgebildet sein kann. In den Schenkelenden des Gabelbaumenstückes 46 ist ein Kupplungsrohr 48 gehaltert. Dies kann beispielsweise über ein formstabiles Formstück geschehen, in das das Kupplungsrohr 48 eingesetzt ist und das beispielsweise mit seinem Ende stumpf gegen das Hartschaumformstück angeklebt sein kann, das in diesem Falle beispiels-

Das vordere Ende eines einstückigen Gabelbaums ist 25 weise im Bereich das inneren Endes 50 des Kupplungs-

in F i g. 3 dargestellt. Die Holme 4, 6 enden bei dieser rohres 48 enden kann. Das Gabelbaumendstück 46 mit

Ausführungsform in einer Endfläche 26, bis zu der sich den das Kupplungsrohr 48 haltenden Ansätzen ist wie-

die Innenschicht 20, die unidirektionalen Stränge 22 und derum mit einer Innenschicht aus Kohlenstoffasern

die Außenschicht 24 erstrecken, wie aus der oberen überzogen. Es sind ferner auf der Außenseite und hier in

Hälfte in F i g. 3 erkennbar, die einen Horizontalschnitt 30 jedem Fall auch auf der Innenseite unidirektionale Strei-

wiedergibt. Das Gabelbaumendstück 28 ist hier ein fen 52, 54 vorgesehen. Außen ist dann wiederum eine

Hartschaumformstück, das im Querschnitt beispielsweise das gleiche Profil haben kann, wie die beiden Holme, die über das Gabelbaumendstück verbunden werden. Das Gabelbaumendstück ist wie die Holme mit einer inneren Schicht 30 aus einem kunstharzgebundenen Fasergewebe oder -geflecht, vorzugsweise aus Kohlenstoffasern, umschlossen. In Bohrungen des Schaumkernes sind in üblicher Anordnung senkrechte Tampenführungsrohre 32 aus einem Kunststoffverbundwerkstoff angeordnet, die durch die Innenschicht 30 gehalten werden. Ein so vorbereitetes Gabelbaumendstück 28 wird stumpf gegen die Endflächen 26 der beiden Gabelbaumholme 4 und 6 geklebt. Zur Vermeidung von Aufdickungen können die Gabelbaumholme zur Anschäftung der Gabelbaumendstücke mittels Anschleifen einer Schräge 34 an den Enden der unidirektionalen Stränge 22 vorbereitet werden. Nach dem Ankleben der Gabelbaumendstücke 28 an die Holme werden dann auf der Innen- und der Außenseite der Gabelbaumendstücke imprägnierte unidirektionale Streifen 36 mehrschichtig aufgelegt, die entsprechend der Anschärfung der unidirektionalen Streifen der Holme abgestuft sind und so eine absatzfreie Schäftung mit den unidirektionalen Streifen der Holme ermöglichen. Die unidirektionalen Streifen können nach der Montage durch Fadenwicklungen in ihrer Lage gehalten werden.

Auf die so vormontierten Gabelbaumendstücke wird dann die Außenschicht 38 aufgebracht. Diese Außenschicht kann ein Geflechtschlauch sein, der sich wenigstens bis über die Schäftung der unidirektionalen Streifen über die Gabelbaumholme erstreckt. Es ist aber auch möglich, als Außenschicht eine unter einem Winkel zwischen 30° und 60^p um die Enden der Holme und das Gabelbaumendstück herumgewickelte Binde als Außenschicht aufzubringen. Eine solche Binde 40 ist in F i g. 3 in der unteren Hälfte angedeutet. Wie dort gestrichelt dargestellt, können erforderlichenfalls auch Außenschicht aufgebracht, die ein Geflecht- oder Gewebeschlauch sein kann, aber auch wiederum eine Binde sein kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind zwei Segelspannrollen 58 mit horizontaler Achse dargestellt, die auf einem Achsbolzen 60 gelagert sind, der durch Rohre in Bohrungen 62 hindurchsteckbar ist, die miteinander fluchtend im Bereich der Schenkel der Gabelbaumendstücke 46 angeordnet sind. Diese Rohre können die Kupplungsrohre durchdringen und damit zu deren Halterung beitragen. Zur besseren Führung des Trimmtampens sind die Segelspannrollen durch den Steg 64 getrennt, der durch die Bandage 67 zur Stützung des Bolzens 60 beiträgt.

Es ist auch möglich, ein Führungsrohr 66 für die Halterung einer Segelspannrolle mit senkrechter Achse im Bereich des Schaumstoffkernes vorzusehen, wie dies in Fig.4 gestrichelt dargestellt ist. Ein solches Führungsrohr 66 kann radial abgestützt werden über eine Fadenwicklung 68, die um die Enden des Führungsrohres 66 herumgelegt und über den äußeren Umfang des Gabelbaumendstückes über die unidirektionale Lage geführt ist. Eine solche Fadenwicklung 68 sollte zweckmäßig unterhalb der Außenschicht angebracht sein. Bei dieser Anordnung der Segelspannrollen 59 würden diese gegenüberliegend auf dem Achsbolzen 61 außen montiert sein.

Führungsrohre für die Befestigung der Achsbolzen der Segelspannrollen können in der beschriebenen Weise selbstverständlich auch bei einstückiger Ausführung des Gabelbaumes vorgesehen werden.

Gabelbäume gemäß der Erfindung zeichnen sich außer durch eine überragende Steifigkeit durch ein sehr geringes Gewicht aus. Ein Gabelbaum mit einer Länge von 2,3 m läßt sich beispielsweise mit einem Gewicht von etwa 1 kg bei einstückiger Ausführung herstellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gabelbaum für Segelbretter, bei dem die Holme einen Kern aufweisen, der mit mehreren Schichten aus einem kunstharzgebundenen Fasergeflecht mit unter einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Längserstreckung der Holme kreuzenden Fasersträngen umschlossen ist, und die Holme über Gabelbaumendstücke verbunden sind, dadurch ge-Jc e n.n zeichne t., daß der Kern (12) der Holme (4, 6) aus einenf. Härtichäum besteht und auf der dem Segel zugewandten Innenseite und der davon abgewandten Außenseite der Holme im wesentlichen ebene Flächen (15) aufweist, die sich über einen we- is sentlichen Teil der Kernhöhe erstrecken, daß auf diesen ebenen Flächen (15) auf einer ersten Schicht (20) aus kunstharzgebundenen Fasergeflecht kunstharzgebundene unidirektionale Stränge (22) aus Kohlenstoffasern angeordnet sind, die sich in Längsrichtung der Holme über deren Länge erstrecken, und daß wenigstens eine weitere, sich über die ganze Länge der Holme erstreckende Schicht aus einem kunstharzgebundenen Fasergeflecht als Außenschicht (24) über den unidirektionalen Fasersträngen (22) vorgesehen ist.

2. Gabelbaum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unidirektionalen Faserstränge (22) in Form von vorher ausgehärteten Streifen aus kunstharzgebundenen Kohlenstoffasern aufgebracht sind.

3. Gabelbaum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) an der Innenseite und der Außenseite mit flachen Nuten (14) zur Aufnahme der kunstharzgebundenen unidirektionalen Stränge (22) aus Kohienstoffasern versehen ist.

4. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergeflecht (24) der Außenschicht aus Polyester- oder Polyamidfasern besteht.

5. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) aus geschäumtem Polystyrol besteht.

6. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

zeichnet, daß als Außenschicht (38) eine unter einem Winkel zwischen 30° und 60° gewickelte gewebte Binde (40) vorgesehen ist.

10. Gabelbaum nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenläufig gewickelte Binden (40) als Außenschicht (38) vorgesehen sind.

11. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Gabelbaumendstück (8, 28) senkrechte Tampenführungsrohre (32) einlaminiert sind.

12. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 7 bis llj dadurch gekennzeichnet, daß in dem hinteren Gabelbaumendstück (10, 46) fluchtende horizontale Rohre für die Aufnahme eines Achsbolzens (60) für Segelspannrollen (58) einlaminiert sind.

13. Gabelbaum nach einem der Ansprüche 7 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß im hinteren Gabelbaumendstück (10, 46) in der Symmetrieachse des Gabelbaums (2) ein Führungsrohr (66) mit senkrechter Achse zur Aufnahme eines Achsbolzens (61) einlaminiert ist, auf dem beidseitig Segelspannrollen (59) gelagert sind.

14. Gabelbaum nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (66) radial durch eine Fadenwicklung (68) gehaltert ist, die über die äußere Endkrümmung des Gabelbaumendstückes (46) geführt ist.