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Beschreibung. Takelage mit Mehrfach-Masten
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Bekanntes Um den praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehenden Wind
zum Antrieb von Maschinen und Fahrzeugen, besonders von Wasser3 fahrzeugen, ausnutzen
zu können, werden seit alters her Se= gel und segeltragende Konstruktionen verschiedener
Art ver= wendet. In der Schiffahrt werden die Segel - Hah-oder Schrat= segel - an
entsprechenden Spieren, Stagen oder auch am Mast direkt angeschlagen und mit Seilzüge,
sogenannten prallen, Schoten, Brassen etc. bewegt. Zu all dem umfangreichen tech
nischen und materiellen Aufwand, der zu solchen herkömmlichen Takelagen gehört,
und der mit all seinen widerstand-und tur= bulenzerzeugenden, Reparatur-und Instandhaltungskosten
verur sachenden Bestandteilen oft in krassem Widerspruch zu moder= nen aerodynamischen
Erkenntnissen steht, kommt noch der hohe Aufwand an Personal, der zu ihrer Bedienung
nötig ist.
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Alle diese Faktoren zusammen machen die bisher üblichen Ta*e= lagen
als Schiffsantrieb für die Berufsschiffahrt aus vorwie= gend finanziellen Gründen
unwirtschaftlich und nicht mehr tragbar.
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Aufgabe der Erfindung Um nun einerseits die See-und Frachtschiffahrt
unabhängiger von den im letzten Jahrhundert immer dominierender werdenden Antriebs
techniken, die auf dem Verbrauch fossiler Treibstoffe beruhen, zu machen, und um
andererseits dem Heeder,den Schiffs= bauer und dem SchiffsfUhrer ein Segelsystem
an die Hand zu ge= ben, mit dem der Wind, diese nie versiegende Naturkraft, wie=
der zum Antrieb von Schiffen sinnvoll wird, ist es notwendig, eine Takelage zu entwickeln,
die einfach in ihrer Konstruktion und hoch im Wirkungsgrad, dabei preiswert herzustellen
und in ihrer Handhabung anspruchslos ist. Ein System also, das es dem Reeder gestattet,
auf preiswerte Art sowohl vorhandene als neu zu bauende Schiffe mit einem kostensparenden
Segelantrieb aus= zustatten; ein System auch, das konstruktiv und verwendungs= technisch
vom heutigen Schiffsbau problemlos aufgenommen wer= den kann. Und nicht zuletzt
auch ein System, das es dem Schiffs führer ermöglicht, mit einem Minimum an seemännischem
und son
stigem Personal ein Optimum an Flexibilität hinsichtlich
Segelstellung und Segelfläche zu erreichen, woraus sich hohe Wirkungsgrade der Besegelung
und des Schiffs und hohe Sicherheit fUr Schiff, Crew und Ladung ergeben.
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Neues Die erfindungsgemässe Takelage mit Mehrfach-Masten ist nun eine
solche Takelage. Mit ihr ist es möglich, Schiffs mit Riggs auszurüsten, die bei
hohem Wirkungsgrad mit einem wem sentlich geringeren Aufwand an stehendem und laufendem
Gut und an Bedienung auskommen als dies bei den herkömmlichen Takelagen erforderlich
ist. Dies wird erreicht mit 1. Langen Anschnittkanten. Denn der Vortrieb eines Segels
hängt, wie der Auftrien eines Flügels, weitgehend von der Länge seiner Anschnittkante
und der Form seines Profils ab.
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Die Idealverhältnisse, wie sie bei den starren Tragflächen im Flugzeugbau,
besonders beim Bau von Segelflugzeugen, na= hezu vollkommen erreicht werden, lassen
sich bem Segel für Schiffe aber aus vielerlei Gründen nicht erreichen, Einer dieser
Grunde liegt, besonders beim Schratsegel, inlder Tatsache, dass man zwar unschwer
eine erforderliche Se= gelfläche von einer bestimmten Grösse in ein zum Beispiel
auch sehr langgestrecktes Dreieck unterbringen kann; dass aber die Möglichkeit,
zu diesem langgestreckten Segeldrei= ecknun auch einen entsprechend hohen Mast zu
bauen, aus Ge= wichts-, Festigkeits-und Verstagungsgründen sehr begrenzt ist. Müsste
dieser Mast doch so hoch sein, dass die Hypote= nuse dieses langgestreckten Dreiecks
als Vorliek in voller Länge an ihm anliegen kann.
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Bei der erfindungsgemässen Takelage wird dieses Problem dadurch gelöst,
dass die als erforderlich gegebene Fläche von der Grösse X m2 in mehrere gleichgrosse
Teilflächen unterteilt wird. Auf diese Weise erhält man beispielsweise statt eines
einzigen, grossen Segels mit liner Fläche von X m2 X m2 zwei kleine Segel mit je
nur , die aber insgesamt 2 und zusammen wesentlich mehr Anschnittkantenlänge aufwein
sen als ein einzelnes, grosses Sinzelsegel.
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Beispiel a) Ein rechtwinkelig@s Dreieck beispielsweise mit den Ka=
theten a = 5,00 m und b = 15.00 m hat eine Hypotenuse c1 von 15,81 m Länge und einen
Flächeninhalt F1 von 37,5 m2(Fig01).
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b) 37,5 m2 hat auch ein Rechteck (Fig,2) mit den Kantenlän gen a =
3,75 m und b = 10,00 m. Dieses Rechteck ist durch eine Diagonale c2 in zwei gleichgrosse
Dreiecke a-b-c2 mit den Jeweils 18,75 m2 grossen Fläche F2 und F3 teilbar. Die Diagonale
c2 entspricht dabei der Hypotenuse c2 und ist 10,68 m lang.
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c) Daraus ergeben sich bei einer gleichbleibenden Gesamt= fläche von
37,5 m2 und der Anwendung der Hypotenuse c als Vorliek (Fig.3) folgende Längen für
die Anschnittkanten Beim Einzelsegel mit F1 ...... = 1 x c1 ... = 15,81 lfm; bei
zwei Segels mit F2 + F3... - 2 x c2 ... = 21,36 lfm, Aus dieser sich bei diesem
Beispiel ergebenden Vergrösserung der Gesamtlänge der Anschnittkanten um 35,1 %
durch Verwen= dung von zwei kleinen Segeln statt eines einzelnen grossen Einzelsegels
ergibt sich auch ein höherer Wirkungsgrad die= ser "Zweisegel-Takelage" gegenüber
der "£insegel-Takelage.
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Deshalb werden bei der erfindungsgemässen Takelage Mehrfach-Masten
verwendet statt der Einfachmasten bisher üblicher Bauart. Denn diese Mehrfach-Masten
tragen zusammen zwar nur dieselbe Segelfläche, wie sie bisher an einem Mast angeschla=
gen wurde; sie weisen zusammen aber, wie das oben angeführte Beispiel beweist, wesentlich
mehr Anschnittkantenlänge auf als das flächenmässig vergleichsweise Einzelsegel
an einem Mast.
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2. Die Mehrfach-Masten bestehen aus Teilmasten, die nicht hintereinander,
sondern nebeneinander stehen. Die Masten von Segelfahrzeugen stehen bisher in aller
Regel in der Mitt schiffslinie. Diese traditionelle Anordnung beruht, neben schiffsbautechnischen,
statischen und verstagungsbedingten Gründen, auch auf Gründen des Gleichgewichtes
und der Sym= metrie und auf den gängigen Vorstellungen von aerodynami= schen Vorgängen
während des Segelns.
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Diese traditionelle Anordnung hat aber, besonders beim so= genannten
Schratsegel, mehrere Nachteile, zum Beispiel a) Durch das Fixieren der Masten auf
die Mittschiffslinie wird auch die gesamte Segeifläche nur auf diese eine, über
der Mittschifflinie stehende Ebene konzentriert.
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Dadurch müssen, um die Segelflche in dieser einen Ebene ne unterbringen
zu können, die Masten sehr hoch sein, was konstruktive und gewichtsbezogene Schwierigkeiten
mitsich bringt.
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b) Die Schwierigkeiten, derartig hohe Masten sicher zu ver= stagen,
nimmt mit zunehmender Höhe des Riggs enorm zu.
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c) Desweiteren werden die einzelnen Segel, in die die Ge= samtsegelfläche
unterteilt ist, mit zunehmender Rigghöhe in zunehmendem Mass auch schwieriger zu
bedienen.
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d) Das für solche Takelagen notwendige stehende und laufen de Gut
bewirkt durch die grosse Zahl seiner einzelnen Be= standteile sehr starke aerodynamische
Widerstände und Tur= bulenzen und gibt einer solchen Takelage einen nur sehr geringen
Wirkungsgrad.
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e) Ein Schiff mit einer hohen Takelage und einem damit auch hochliegenden
Segelschwerpunkt krängt schneller und schwe rer weg als ein Schiff mit einem weniger
hohen Rigg und dadurch tiefer liegendem Segelschwerpunkt.
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f) Masten, die in Mittschiffsliniestehen, behindern sowohl über als
auch unter Deck die Bewegurgs-und Staumöglich= keiten erheblich, g) Die Kräfte,
die von in Mittschiffslinie stehenden Masten auf den Schiffskörper betragen werden,
müssen mit um= fangreichen und raumvergeudenden Konstruktionsteilen auf genommen
werden h) Die Rentabilität eines mit einer bisher üblichen Takelage ausgerüsteten
Schiffes wird infolge der hohen Gestehungs-, Erhaltungs-, Instandhaltungs-und Betriebskosten
sowie des hohen Personalaufwandes im Vergleich mit der von maschi= nengetriebenen
Fahrzeugen erreichbaren Rentabilität sehr nieder sein.
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i) Der hochliegende Gesamt-Segelschwerpunkt, die geringe Wen=
digkeit
und der hohe Zeitaufwand bei Segelmanövern ma= chen Segelschiffe mit den bisher
üblichen Takelagen sehr unfallanfällig. Weder die Sicherheit für das Schiff und
die Crew, noch für die zu befördernde Ladung sind in heute noch ausreichendem Masse
bei diesen Segelschiffen gewährleistet. Die Folge davon sind nicht nur die unmit=
telbare Gefährdung von Schiff,Crew und Ladung* sondern auch unverhältnismässig hohe
Versicherungskosten, die die Rentabilität noch weiter belasten.
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Bei der erfindungsgemässen Takelage fällt ein Grossteil der oben erwähnten
Nachteile bisher üblicher Takelagen fort. Um dies zu erreichen, worden die Teilmasten
TM der Mehrfach-Masten MM nicht mehr, wie dies bei den Binzelmasten üblich ist,
in Mittschiffslinie M hintereinander, sondern in der Basislinie B im rechten Winkel
zur Mittschiffslinie aufge= stellt.
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Solche Mehrfach-Masten MM können aus zwei oder mehreren Teilmasten
TM bestehen (Fig.4); es können auch mehrere sol= cher Mehrfach-Masten über die Länge
eines Schiffes verteilt sein (Fig*5) Im Weiteren wird hier der "Zwillingsmast" näher
beschrieben, wie er bereits in Fig.5 auf dem Zweimaster dargestellt ist.
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Fig.6 zeigt einen Einmaster mit einem "Zwillignsmast", bei dem die
Schothorne der beiden Segel mittels zweier Spreiz= spieren SpSp gehalten werden;
ferner ist in Fig.6 auch die sehr einfache Art und Weise der Vers tagung zu erkennen:
Die beiden Teilmasten TM des Zwillingsmastes'? sind im Topp bereich Tb durch die
schubaufnehmende Querspiere QSp mitein= ander verbunden; ansonsten sind an stehendem
Gut nur die bei den Vorstagen VS und die beiden Achterstagen AS erforderlich, wenn,
wie dies in den Fig.4 und Fig.5 dargestellt ist, die Teilmasten TM nicht frei und
unvorstagt nebeneinander an Deck stehen.
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Fig07 zeigt einen Zweimaster mit zwei " "Zwillingsmasten", Ver= stagungselementen
VS, AS und QSp, und Normal-Bäumen. Derar= tige Bäume können, in Verbindung mit entsprechendem
Ladege schirr, auch als Ladebäume verwendet werden0
Aus der erfindungsgemässen
Anordnung der Masten ergeben sich im Gegensatz zu den in 2.a) mit 2.i aufgeführten
Nachteilen, und im Vergleich mit einem hohen"Einzelmast"mit gleicher Se gelfläche,
folgende Vorteile a') Die Topphöhe der "Zwillignsmasten" ist wesentlich niede= rer
als bei einem"Einzelmast". Konstruktiv und gewichta= bezogen ist der niedere "Zwillingsmast"
einfacher zu be= herrschen als der hohe"Einzelmast".
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b') Soweit überhaupr erforderlich, ist dio Verstagung eines "Zwillignsmastes"
wesentlich unkomplizierter als die des "Einzelmastes".
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c') Die Ausführung sämtlicher Segelmanöver ist beim "Zwil= lingsmast"
mit seinen kleinen Segeln wesentlich einfa= cher als beim grossen "Einzelmast" mit
seinem einzigen, grossen Segel.
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d') Infolge der unaufwändigen Verstagung hat der "Zwillings= mast
einen höheren Wirkungsgrad als der mit einer Viel= zahl von strömungstechnisch ungünstigen
Riggteilen behaf tete "Einzelmast".
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ei) Beim "Zwillingsmast" liegt der Gesamt-Segelschwerpunkt wesentlich
niederer als beim "Einzelmast"; Krängung und Kentergefahr sind deshalb ebenfalls
geringer.
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f') "Zwillingsmasten" behindern die Bewegungs-und Staumög= lichkeiten
über und unter Deck in unbedeutendem Mass.
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g') Da die Teilmasten TM von "Zwillingsmasten" praktisch auf die Bordwand
gestellt werden können, genügen zur Aufnah= me der von ihnen ausgehenden Kräfte
Rahmenkonstruktionen, die ohne nennenswerten Raumbedarf in die Decks-und Spann werkskonstruktion
integrierbar sind.
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h') Durch die niederen Gestehungs-, Instandhaltungs und Be= triebskosten
sowie durch den geringen Personalbedarf wird die Rentabilität derartiger Schiffe
wesentlich höher lie= gen als die von bisher bekannten Segelschiffen; und Schif=
fe mit kombiniertem Antrieb (Maschine + Segel an Mehr= fachmasten) werden wiede-rum
wesentlich preisgünstiger fah= ren als ausschliesslich mit Maschinenkraft angetriebene
Schiffe0
i')Das rasch und sicher zu handhabende Rigg mit Mehrfach-Ma=
sten erhöht die Sicherheit für Schiff, Crew und Ladung in bedeutendem Masse.
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3. Der Wirkungsgrad des"Mehrfach-Mastes"ist höher als der des "Einfach-Mastes".
Die Richtigkeit dieser Behauptung, der das in 1. und 2. Gesagte und Gezeigte als
Theorie zugrunde liegt, wurde praktisch in Modellversuchen bewiesen.
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Als Versuchsanordnung (Fig.8) diente ein schiffsrumpfähnli= cher,
ballaststabiler Schwimmkörper, von dessen Heck eine Lei= ne zu einer Zugwaage führte,
und dessen Steuerbordseite mit= teis zweier Leinen so mit dem Rand des Versuchsbeckens
verbun= den war, dass die Mittschiffslinie des Schwimmkörpers stets parallel zum
Beckenrand ausgerichtet war.
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Mit einem halbkreisförmig verfahrbaren Gebläse wurde das Mo= dell,
das wechselweise einen "Sinzelmast" oder einen "Zwil= lingsmast" trug, bei gleichbleibendem
Abstand und gleichblei= bender Windstärke aus verschiedenen Richtungen angeblasen
und damit alle auf einem Bug zu segelnden Kurse von "Vorwind" bis hin zu "Hart am
Wind" simuliert. Die während wiederholter Ver= suche auf den verschiedenen Kursen
- mit stets gleichbleiben= der Grösse der Gesamtsegelfläche - erzielten Vortriebskräfte
wurden an der Zugwaage wie folgt abgelesen Mit "Einzelmast" Mit "Zwillingsmast"
Wind aus 220 ergibt 21 VE- Wind aus 220 ergibt 23 VE* " " 45° " 22 " " " 45° " 22
" " " 60° " 20 " " " 60° " 22 " " " 75° " 19 " " " 75° " 20 " n II goo n 16 " n
n 900 " 18 " " " 105° " 13 " " " 105° " 16 " " " 120° " 10 " " " 120° " 13 " " "
130° " 8 " " " 130° " 11 " * VE ~ Vortriebskraft - Einheit, abgelesen an der Zugwaage.
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Aus dem Verlgeich der Werte ergibt sich eindeutig die Überle= genheit
des "Zwillingsmastes" gegenüber dem "Einzelmast" hin= sichtlich der zu erzielenden
Vortriebskraft.
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4. Mehrfach-Masten ermöglichen schnelle Manöver. Wie dem Vorhergesagten
7;u entnehmen ist, besteht das Rigg mit Mehr= fachmasten aus wenigen Teilen, die
zudem auf sehr einfache Weise einander zugeordnet sind, Darauf beruht auch die sehr
unkomplizierte Handhabung dieser Takelage, die sowohl in herkömmlicher.Art und Weise
mittels Fallen, Schoten und Win= schen von Hand, als auch mithilfe von elektrisch,
hydrau= lisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtungen bedient werden kann.
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Ganz besonders eignen sich Mehrfach-Masten aufgrund ihrer geringen
Topphöhe und dem damit verbundenen Wegfall von mast= aussteifenden Bauteilen wie
Salings, Wanten u.s.w. für die Ausbildung der Teilmasten TM als "Rollmasten". In
strömungs= technischer Hinsicht bietet der "Rollmast" den Vorteil, dass die Segel
in eine Stellung gebracht werden können, die einem Flügelprofil sehr nahe kommt
(Fig.9a und Fig.9b).
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Die Segel können an Rollmasten sowohl in herkömmlicher Art, z.B. mittels
Nut und Vorliek (Fig.10a) oder mit Mastschiene und Mastrutschern (Fig.10b) angeschlagen
werden; oder auch in einer strömungstechnisch besonders vorteilhaften Form, wie
sie beispielsweise in Fig.11 dargestellt ist, Auf diese Weise werden ungünstige
Turbulenzen an der Mastach terkante unterbunden und entlang der Leeseite des angström
ten Segels eine abrissfreie Luftströmung von der Anschnittkan= te des Mastes bis
hin zum Achterliek des Segels erzielt, wo= durch ein hoher Wirkungsgrad erreicht
wird.
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Die Fig.12a und Fig.12b zeigen als mögliche Ausführungsbei= spiele
solche Rollmasten". Neben dem vorher erwähnten strö= mungstechnischen Vorteil haben
solche "Rollmasten" zudem die Annehmlichkeit, dass die Segel, einmal angeschlagen,
prak= tisch dauernd angeschlagen bleiben können. Denn sollen die Segel "gesetzt"
werden, so wird nur der Mantel Ma des Mastes in entsprechender Richtung um seine
Achse gedreht und das Se= gel wird "gesetzt". Beim "Reffen" oder "Segelbergen" wird
der Mantel Ma in entgegengesetztem Sinn gedreht und das Segel rollt sich uin den
Mast herum auf. Das Schothorn wird dabei vom Schothornstrecker SStr in die jeweils
entsprechende Lage
gebracht. Der Mantel Ma kann, entsprechend dem
Segelzuschnitt, von unterschiedlicher Form sein t bei einem planebenen Segel wird
der Mantel Ma die Form eines langen Zylinders haben.Wird jedoch ein sphärisch gewölbtes
Dreieck als "bauchiges" Segel verwendet, so hat der Mantel Ma die Form einer schlanken
Spin= del. In jedem Fall sind Mantelform unf Segelzuschnitt so auf= einander abstimmbar,
dass sich in "geborgenem" Zustand das Segel falten-und spannungsfrei ui den Mast
herumlegt und durch das Aufwickeln nicht verformt wird.
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In den in Fig.12a und Fig.12b gezeigten Beispielen werden die Bäume
an Dirken hängend gefahren,mastseitig greifen sie an den Fussgelenken FG der "Unteren
Maststummel" UMSt an. Natürlich sind auch Bäume möglich, deren Anschlagepunkt an
Deck, ähn= lich wie bei Fockbäumen üblich, in einiger Entfernung vom Mast liegt.
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Das Drehen der Mäntel Ma geschieht in dem gezeigten Beispiel von Hand
durch Anholen bzw. Fieren der Reffleinen RL, die in gegenläufigem Sinn in den Leinenrollen
LR um die Mäntel Ma herumgewickelt sind. Dic hier zylindrischen Mäntel Ma sitzen,
in Gleitlagern GL drehbar gelagert, mit ihren unteren Enden auf den "Unteren Maststummeln"
UMSt; ihr Gewicht wird von den Drucklagern DL aufgenommen, auf denen die Anschlage
im Inneren der Mänten Ma aufliegen. Die Fussgelenke FG der UMSt sorgen für die notwendige
Beweglichkeit der Nehrfachmasten gegenüber dem Schiffsrumpf. In den oberen Enden
der Mäntel Ma stecken, ebenfalls in Gleitlagern drehbar gelagert, die Oberen Mast=
stummel" OMSt der Toppbeschläge Tb, an denen mittels Gelenken die Querspiere QSp
angreift, und an deren Vorderseiten sich die Blöcke für die beiden Dirken befinden
Fi.13 zeigt ein Beispiel dafür, mit welchen Leinen das An= dirken des Baumes, das
Drehen des Mantels Ma um die Mastachse, das Hedienen des Schothornstreckers SStr
und der Schot SCH von Hand aus mittels der Le:inen Dirk, RL+lL, SStr und SCH erfolgen
kann.
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ist ist ein Beispiel für einen mit drei Motoren ausgerüste= ten Teilmast
TM Mot.1 sitzt auf einer Drehscheibe DR und bewegt den Schothorn=
strecker
SStr, der über eine Rolle an der Baumnock des hier beispieilsweise starr mit der
Drehscheibe DR verbundenen Bau= mes zum Schothorn des Segels führt.
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Mot,2 sitzt ebenfalls auf der Drehscheibe DR und bewegt über eine
horizontal liegende Getriebeschnecke den vertikal ste= henden, drehbar gelagerten
Mantel Ma.
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Mot.3 sitzt im Bereich der Drehscheibe DR unter Deck, seine vertikale
Welle bewirkt mittels Ritzel, das in den Zahnkranz ZKR-unter der Drehscheibe DR
eingreift, die Drehung dieser Drehscheibe DR und damit das Schwenken des Baumes
um die Mastachse.
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Mithilfe der Gleitlager GL und des Drucklagers DL wird bei der in
Fig.14 als Beispiel aufgeführten Konstruktion der gan= ze Teilmast TM in seiner
Lage fixiert.
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Ähnlich wie in Fig.14 dargestellt können Teilmasten TM, ob nun von
Hand oder mit Motoren bewegt, auch gelagert werden, die einzeln und unverstagt über
das Deck emporragen.
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5. Hohe Sicherheit durch schnelle Manöver. Wie aus dem vor her Gesagten
und Gezeigten desweiteren hervorgeht, können auf Schiffen, die mit Mehrfach-Masten
ausgerüstet sind, alle Segelmanöver mit wenig Personal, geringem Kraftaufwand und
in kürzester Zeit ausgeführt werden. Dadurch wird das Schiff nicht nur sehr wendig,
sondern auch sehr sicher Böen werden reaktionsschnell in kurzen Manövern abgefangen;
die Segel stehen stets richtig zum Wind und geben optimale Leistung ab; Schäden
an Rigg und Schiff, schwere Krängungen oder gar Kenterungen können sicher verhindert
werden.
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Bei der Ausrüstung der Mehrfach-Masten mit maschinellem An trieb können
darüber hinaus praktisch alle Segelmanöver, ge= wissermassen "per Knopfdruck", schnell
und sicher von der Brücke oder vom Ruderhaus aus durchgeführt werden, ohne dass
auch nur ein Seemann das Deck zu betreten oder gar bei Sturm und schwerer See in
die Takelage zu gehen braucht.
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