Schleppschirm, insbesondere zum Schleppen von Skifahrern Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlepp schirm, insbesondere zum Schleppen von Skifahrern, unter Ausnutzung der Windkraft. Ferner eignet sich ein solcher Schleppschirm beispielsweise auch zum Zie hen von Schlittschuhläufern oder Rodelfahrern.
An den meisten stark frequentierten Skipisten sind in den letzten Jahren Skilifte errichtet worden, die dem Skisportler die Mühe des Aufstieges ersparen und ihm möglichst viele Abfahrten ermöglichen sollen. Infolge des in letzter Zeit stark gestiegenen Andrangs an diesen Skiliften sind die Wartezeiten oft unzumutbar lang. Viele Skiläufer, besonders die Individualisten unter ihnen, ziehen daher oft, um das Gedränge und die Wartezeiten zu vermeiden, abgelegene Skigebiete ohne Skilift vor, auch um den Preis mühevoller Aufstiege.
Die vorliegende Erfindung soll den zuletzt genannten Skifahrern ermöglichen, auch ohne Skilift, unter Aus nutzung des Windes Hänge hinaufzufahren, zumindest solche mit nicht zu grosser Steigung.
Der erfindungsgemässe Schleppschirm ist gekenn zeichnet durch eine grossflächige, faltbare Hülle, die mit Mitteln zur Verbindung mit der zu schleppenden Person versehen ist.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher dargestellt. In dieser zeigen: Fig. 1 eine Windströmung an einem Berg, Fig. 2 die Kraftwirkung an einem schräg angeblase nen Schleppschirm zum Ziehen eines Skifahrers, Fig. 3 schematisch die Wegverhältnisse bei zwei verschiedenen Arten des Aufstieges eines Skifahrers mittels eines Schleppschirmes, Fig. 4, 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Schleppschirmes für Skiläufer,
Fig. 7 die geometrischen Verhältnisse bei der Steue rung eines Schirmes nach den Fig. 4 bis 6 und die Fig. 8 bis 11 weitere Ausführungsformen erfin dungsgemässer Schleppschirme.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen umströmten Hö henzug eines Hochgebirges. Im Hochgebirge herrschen gewöhnlich während des ganzen Jahres Windströmun gen, die für den vorliegenden Zweck stark genug sind. Die Strömung wird, wie aus Fig. 1 hervorgeht, an der angeströmten Hangseite nach oben abgelenkt, und wirkt daher günstig in der Schlepprichtung. Das Schleppen ist natürlich am wirkungsvollsten, wenn der Wind gleich mässig und in der gewünschten Schlepprichtung bläst, es genügen aber auch ohne weiteres böige und in wech selnder Richtung wehende Winde, deren Ausnützung aber selbstverständlich eine grössere Geschicklichkeit des Skiläufers voraussetzt.
Auch bei ungünstigen Wind verhältnissen sind indessen die Anforderungen an die Geschicklichkeit nicht allzu gross und die Handhabung des Schirmes ist erfahrungsgemäss in sehr kurzer Zeit zu erlernen. Die besten Voraussetzungen für diese Sportart bieten in unseren Breiten höhere Gebirgslagen, vor allem Südhänge.
Fig. 2 zeigt im Grundriss einen Schleppschirm zum Ziehen eines Skifahrers, wobei der Schirm unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung der Skier angeblasen wird. Die auf den Fallschirm ausgeübte Kraft hat hierbei eine ziehende Komponente Pl=P-cosa in der Bewegungsrichtung und eine Querkraftkompo- nente P2 = P sin a, die von der Seitenführung der Skier aufgenommen wird.
Die vom Wind auf den Schirm ausgeübte Kraft P entspricht dem Strömungswiderstand eines Fallschirmes und ist gegeben durch die Gleichung:
EMI0001.0019
worin c . den Widerstandsbeiwert des Schirmes, F in m2 die Projektion der Schirmfläche in Strömungsrich tung, o = y/g in kg - s2/m4 die Luftdichte und v die Windgeschwindigkeit bedeutet.
Beispielsweise ergibt sich bei einem Schirmdurch messer von 4 m (F<B>=</B> 12,5 m2), einem Widerstands beiwert c"- = 1,26, einer Windgeschwindigkeit von 6 m/ s (= 21,6 km/h) und einem spezifischen Gewicht der Luft = 1,2 kg/m3 und der Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2 eine Kraft von P = 34,6 kg. Die hier angenommene Windgeschwindigkeit ist in grösseren Höhen der Gebirge häufig anzutreffen. Wenn die Windrichtung mit der Fahrtrichtung zusammenfällt, so ist die vorstehend be rechnete Kraft P gleich der Zugkraft. Schliessen hin gegen Fahrtrichtung und Windrichtung einen Winkel a ein, so reduziert sich die Zugkraft, wie oben erwähnt, auf PI = P - cos a.
Das Hochziehen am Hang zur Überwindung eines gegebenen Höhenunterschiedes kann, wie auf der linken Seite der Fig. 3 dargestellt, in einem Zug erfolgen, wenn die Schleppkraft zur Überwindung des Fahrtwiderstan des ausreicht, oder aber, wenn dies nicht der Fall ist, auf einem in der Fig. 3 rechts dargestellten stufen förmigen Weg, wobei der Skiläufer sich unter dem bei der herrschenden Schleppkraft grösstmöglichen Nei gungswinkel soweit, wie es die Geländeverhältnisse er lauben, von 1 bis 2 hochziehen lässt, sodann bei mög lichst geringem Höhenverlust von 2 bis 3 zurückgleitet,
sich von 3 wieder möglichst steil bis 4 hochschleppen lässt usw., bis er an die Stelle 5 gelangt, von wo er die Abfahrt beginnt. Für die Abfahrt wird der Schirm, je nach Konstruktion, eingezogen oder um den Körper gewickelt.
Für kleine und mittlere Windgeschwindigkeiten kann der Schirm, wie in Fig. 2 dargestellt, gleich wie ein herkömmlicher Fallschirm, jedoch von verhältnis mässig kleinem Durchmesser, ausgeführt sein. Eine Steuerung ist dabei durch einseitiges Anziehen der Seile möglich, was die Symmetrie der Strömung stört und die Grösse und Richtung der Windkraft ändert. Noch besser lässt sich die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführung eines Schirmes steuern, die sich überdies auch für stärkere Windströmungen und auch Windstösse besser eignet. Bei dieser Bauart sind die Seile in zwei in den Punkten 6 und 7 vereinigte Stränge aufgeteilt.
Durch Einziehen oder Nachlassen des Stranges 7 lässt sich der Formwiderstand variieren und auch so stark ver mindern, dass er selbst bei starkem Wind leicht einge zogen werden kann. Am Strang 6 ist ein Bauchgurt 8 befestigt, den sich der Skiläufer umschnallt. Der zweite Strang 7 ist mit einer Feder 9 verbunden, an deren Ende ein Handgriff 10 vorgesehen ist. Statt des Hand griffs könnte sich der Fahrer auch, wie Fig. 6 zeigt, einen am Ende der Feder 9 angebrachten Strick um die Hand wickeln. Anstelle der Feder könnte auch ein Elastomerseil oder ein sonstiges geeignetes Federele ment verwendet werden.
Ebenso kann auch der Bauch gurt 8, wie aus Fig. 5 hervorgeht, mit dem dazugehöri gen Strang durch eine Feder 12 oder ein sonstiges feder- elastisches Element verbunden sein, um den Entfaltungs stoss oder bei böigem Wind auftretende Stösse zu mil dern.
Die Fig. 5 zeigt, wie durch Nachlassen des mit dem Handgriff verbundenen Stranges um die Strecke s der Formwiderstand geändert werden kann. Hier wird der Widerstand kleiner und beim vollständigen Loslassen des Handgriffs fällt der Schirm überhaupt zusammen bzw. verursacht nur einen sehr kleinen Widerstand, der zum Schleppen nicht ausreicht.
Anhand der Fig. 7 werden nachfolgend die Strö mungsverhältnisse am Schirm beschrieben. Bei eitlem einseitigen Anziehen des rechten Stranges dreht sich die Ebene der Berandung und schliesst mit der Symme trieachse x, die gleichzeitig die Achse der ungestörten Ausströmung ist, einen Winkel a ein. Hierdurch ändern sich die Abströmverhältnisse am Rand des Schirmes. Auf der Seite der verkürzten Seile verringert sich die Abströmung der Luft in der Richtung P, wogegen sie an der gegenüberliegenden Seite in der Richtung q zunimmt.
Die Resultierende des Widerstandes ver schiebt sich nach links, so däss sich die Schirmachse x gegenüber der Lage bei symmetrischer Anströmung um einen Winkel a in die Stellung x' dreht. Die Anström- fläche verringert sich hierbei von A auf A' und damit bei konstanter Anströmgeschwindigkeit die Schlepp kraft annähernd im Verhältnis A'/A. Beim Verkleinern von a auf Null verschwindet die Schleppkraft prak tisch ganz.
Der Schirm hebt sich im geblähten Zustand von selbst über den Boden, da durch die zwischen seinem unteren Rand und dem Boden abströmende Luft ein Luftkissen entsteht, das den Schirm selbsttätig hebt. Dieser Effekt lässt sich auch so erklären, dass an der dem Boden benachbarten Randpartie die Abströmung gebremst und damit der Schirm, sinngemäss wie vor stehend für die Steuerung beschrieben, nach oben ge dreht wird. Sollte die natürliche Abströmung bei sehr kleiner Geschwindigkeit nicht genügen, so kann diese Wirkung wie beim Steuern durch Verkürzen der unteren Seile verstärkt werden.
Die Fig. & bis 11 zeigen Schirme mit anderen Mitteln zur Steuerung der Schleppkraft und Kraft richtung bzw. zur Dämpfung von Windstössen. Die Ausführung nach Fig. 8 weist einen vom Schirmrand bis zum Scheitel laufenden Schlitz auf, dessen Breite sich vom Skifahrer verstellen lässt. Hierzu ist ein Steuer seil 13, das wiederum ein Federelement 14 aufweist, zickzackförmig durch an den Schlitzrändern befestigte Ringe 15 geführt und im Scheitel 16 des Schirmes vor ankert.
Durch Ziehen oder Nachlassen des Steuer- seiles lassen sich Formwiderstand, und damit die Schleppkraft, sowie die Wirkungslinie der Schleppkraft variieren und somit den Wind- und Geländeverhältnissen anpassen.
Der in Fig. 9 dargestellte Schleppschirm besitzt ebenfalls einen Schlitz, dessen Ränder aber durch fed6r- elastische Elemente 18 bis 21 verbunden sind. Bei Windstössen weitet sich der Schlitz gegen die Feder- wirkung, so dass Luft abfliessen kann und sich der Staudruck - und damit die Schleppkraft verringern. Der Schlitz wirkt also als Böendämpfer.
Fig. 10 zeigt einen Schleppschirm, bei deni die Steuerung der Schleppkraft mittels einer im Durchmesser veränderbaren Öffnung 22 im Scheitel des Schirmes erfolgt. Am Umfang dieser öffnung sind in einem Kuchen 24 vereinigte und mit einem Steuerseil 25 ver bundene Seile 23 befestigt.
Das Steuerseil 25 weist zur Dämpfurig wiederum ein federelastisches Element 26 auf: Durch Ziehen oder Nachlassen des Steuerseiles lässt sich der Durchmesser der Öffnung 22 und dartut die Schleppkraft verändern. Gleichzeitig dient die öff- nung 22 wie der Schlitz bei der Ausführung nach Fig: 9 zum Abschwächen von Böen.
Die Fig: 11 zeigt diesen Schirm mit gegenüber der Fig. 10 erweiterter öffnung, also kleinerem Form widerstand.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der die Seile in vier Stränge aufgeteilt und mit einem getneIrl- Samen, am Körper zu befestigenden Gurt verbunden sind. Zur Steuerung braucht der Fahrer nur seinen Körper um die Hochachse zu drehen. Er hat also dabei die Hände frei, kann sich also beim Hochschleppen ,auf die Stöcke stützen.
Neben den hier beschriebenen Varianten sind natür lich noch weitere Ausführungsformen möglich. Bei spielsweise kann der Schirm zur Dämpfung von Wind stössen eine Scheitelöffnung aufweisen, deren Rand mit tels diametraler elastischer Seile belastet ist und die sich bei plötzlichem Anwachsen des Staudrucks vergrössert.
Damit der Schirm bei schwachem Wind oder kurzen Windunterbrüchen nicht zusammenfällt, können auch Versteifungen durch Stäbe, Ringe oder gasgefüllte Schläuche vorgesehen sein. Zweckmässig wird man den Schirm aus einem durchsichtigen Kunststoff herstellen, um dem Skifahrer eine gute Sicht nach vorn zu ge währen.
Der Schleppschirm kann selbstverständlich auch dra chenartig mit beliebigem Grundriss ausgeführt sein, vor teilhaft jedoch von dreieckiger oder quadratischer Ge stalt. Bei entsprechender Schirmgrösse oder Windstärke oder auch bei kleinen Steigungen können auch zwei oder mehr Skifahrer geschleppt werden, die sich an einem gemeinsamen Geschirr festhalten oder mit ent sprechend vielen Bauchgurten festschnallen. Zweckmä ssig übernimmt dabei einer der Skifahrer die Steuerung.
Towing screen, in particular for towing skiers The present invention relates to a towing screen, in particular for towing skiers, utilizing wind power. Such a towing parachute is also suitable, for example, for pulling ice-skaters or tobogganists.
In the last few years, ski lifts have been built on most of the heavily frequented ski slopes to save skiers the hassle of climbing and allow them to descend as many times as possible. As a result of the recent increase in demand at these ski lifts, the waiting times are often unreasonably long. Many skiers, especially the individualists among them, therefore often prefer remote ski areas without ski lifts in order to avoid the crowds and waiting times, even at the cost of difficult climbs.
The present invention is intended to enable the last-mentioned skiers to ski up slopes using the wind even without a ski lift, at least those with a not too steep slope.
The towing parachute according to the invention is characterized by a large, foldable cover which is provided with means for connecting to the person to be towed.
The subject matter of the invention is illustrated in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a wind flow on a mountain, FIG. 2 shows the force effect on a towing parachute blown at an angle to pull a skier, FIG. 3 shows a schematic of the path conditions in two different types of ascent of a skier by means of a towing parachute, FIG. 4 , 5 and 6 an embodiment of a controllable parachute for skiers,
Fig. 7 shows the geometric relationships in the Steue tion of an umbrella according to FIGS. 4 to 6 and FIGS. 8 to 11 further embodiments of the invention towing umbrellas.
Fig. 1 shows in cross section a flow around Hö henzug a high mountain range. In the high mountains there are usually wind currents strong enough for the purpose at hand all year round. As can be seen from FIG. 1, the flow is deflected upwards on the slope side against which the flow is flowing, and therefore has a favorable effect in the drag direction. Towing is of course most effective when the wind blows steadily and in the desired towing direction, but gusty winds blowing in alternating directions are also sufficient, which of course require greater skill on the part of the skier.
Even with unfavorable wind conditions, however, the skill requirements are not too great and experience has shown that the glider can be learned in a very short time. The best conditions for this sport offer in our latitudes higher mountain areas, especially south-facing slopes.
Fig. 2 shows in plan a towing umbrella for pulling a skier, the umbrella being blown at an angle to the direction of movement of the skis. The force exerted on the parachute has a pulling component Pl = P-cosa in the direction of movement and a lateral force component P2 = P sin a, which is absorbed by the lateral guidance of the skis.
The force P exerted by the wind on the parachute corresponds to the flow resistance of a parachute and is given by the equation:
EMI0001.0019
where c. the drag coefficient of the screen, F in m2 the projection of the screen surface in the direction of flow, o = y / g in kg - s2 / m4 the air density and v the wind speed.
For example, with a screen diameter of 4 m (F <B> = </B> 12.5 m2), a resistance coefficient of c "= 1.26, a wind speed of 6 m / s (= 21.6 km) / h) and a specific weight of the air = 1.2 kg / m3 and the acceleration due to gravity g = 9.81 m / s2 a force of P = 34.6 kg. The wind speed assumed here is often found at higher altitudes in the mountains. If the wind direction coincides with the direction of travel, the force P calculated above is equal to the tensile force. If an angle a is made against the direction of travel and wind direction, the tensile force is reduced to PI = P - cos a, as mentioned above.
The pulling up on the slope to overcome a given difference in height can, as shown on the left side of FIG. 3, be done in one go if the towing force is sufficient to overcome the Fahrtwiderstan, or, if this is not the case, on an in 3 step-shaped path shown on the right, with the skier at the greatest possible angle of inclination with the prevailing drag force as far as the terrain he allows, can be pulled up from 1 to 2, then slides back from 2 to 3 with the lowest possible loss of height ,
can be dragged up as steeply as possible from 3 to 4, etc., until it reaches point 5, from where it begins the descent. For the descent, depending on the design, the umbrella is pulled in or wrapped around the body.
For small and medium wind speeds, the screen, as shown in FIG. 2, can be made the same as a conventional parachute, but with a relatively small diameter. Control is possible by pulling the ropes on one side, which disturbs the symmetry of the flow and changes the size and direction of the wind power. The embodiment of a screen shown in FIGS. 4 and 5 can be controlled even better and is also better suited for stronger wind currents and gusts of wind. In this type of construction, the ropes are divided into two strands combined in points 6 and 7.
By pulling in or slacking off the strand 7, the form resistance can be varied and also reduced so much that it can be easily pulled in even in strong winds. A waist belt 8, which the skier straps on, is attached to the strand 6. The second strand 7 is connected to a spring 9, at the end of which a handle 10 is provided. Instead of the hand grip, the driver could also, as FIG. 6 shows, wrap a cord attached to the end of the spring 9 around the hand. Instead of the spring, an elastomer rope or some other suitable spring element could also be used.
Likewise, the abdominal belt 8, as can be seen from FIG. 5, can be connected to the associated strand by a spring 12 or some other resilient element in order to mitigate the deployment shock or bumps occurring in gusty winds.
5 shows how the form resistance can be changed by slacking off the cord connected to the handle by the distance s. Here the resistance becomes smaller and when the handle is completely released, the umbrella collapses at all or only causes a very small amount of resistance that is not sufficient for towing.
The flow conditions on the screen are described below with reference to FIG. If the right cord is pulled on one side only, the plane of the border rotates and forms an angle a with the axis of symmetry x, which is also the axis of the undisturbed outflow. This changes the outflow conditions at the edge of the screen. On the side of the shortened ropes, the outflow of air is reduced in the direction P, whereas it increases on the opposite side in the direction q.
The resultant of the resistance ver shifts to the left, so that the screen axis x rotates in relation to the position with a symmetrical flow by an angle a into the position x '. The flow area is reduced from A to A 'and with a constant flow velocity the drag force is reduced to approximately the ratio A' / A. When reducing a to zero, the drag force practically disappears entirely.
When inflated, the umbrella lifts itself above the floor, as the air flowing off between its lower edge and the floor creates an air cushion that lifts the umbrella automatically. This effect can also be explained by the fact that the outflow is slowed down at the edge area adjacent to the floor and the screen is thus rotated upwards, as described above for the control. If the natural outflow is not sufficient at a very low speed, this effect can be increased by shortening the lower ropes, as when steering.
Figs. & To 11 show umbrellas with other means for controlling the drag force and force direction or for damping gusts of wind. The embodiment according to FIG. 8 has a slot running from the edge of the screen to the apex, the width of which can be adjusted by the skier. For this purpose, a control rope 13, which in turn has a spring element 14, is guided in a zigzag shape through rings 15 attached to the edges of the slot and anchored in front of the apex 16 of the umbrella.
By pulling or slackening the control cable, the form resistance and thus the drag force as well as the line of action of the drag force can be varied and thus adapted to the wind and terrain conditions.
The towing parachute shown in FIG. 9 also has a slot, but the edges of which are connected by spring-elastic elements 18 to 21. In the event of gusts of wind, the slot widens against the spring action, so that air can flow away and the dynamic pressure - and thus the drag force - decrease. The slot thus acts as a gust damper.
10 shows a towing parachute in which the towing force is controlled by means of an opening 22 of variable diameter in the vertex of the parachute. On the circumference of this opening 24 united and with a control rope 25 connected ropes 23 are attached in a cake.
The control cable 25 again has a resilient element 26 for damping: by pulling or releasing the control cable, the diameter of the opening 22 and thus the drag force can be changed. At the same time, the opening 22, like the slot in the embodiment according to FIG. 9, serves to weaken gusts.
FIG. 11 shows this screen with an enlarged opening compared to FIG. 10, that is to say with a smaller shape resistance.
An embodiment is also advantageous in which the ropes are divided into four strands and connected to a strap to be fastened to the body with a getneIrl- seed. The driver only needs to turn his body around the vertical axis to control it. So he has his hands free, so he can lean on the sticks when hauling up.
In addition to the variants described here, other embodiments are of course also possible. For example, the screen can have a vertex opening to dampen wind bumps, the edge of which is loaded with means of diametrical elastic ropes and which increases when the dynamic pressure suddenly increases.
So that the screen does not collapse in weak winds or brief interruptions in the wind, stiffeners can also be provided by means of rods, rings or gas-filled hoses. The screen is expediently made from a transparent plastic in order to give the skier a good view of the front.
The towing parachute can of course also be designed like a dragon with any layout, but before geous of triangular or square Ge shape. With an appropriate screen size or wind strength or even with small inclines, two or more skiers can be dragged who hold on to a common harness or fasten with a corresponding number of waist belts. Appropriately, one of the skiers takes over the control.