Leicht und stark ist schnell

sonnenkönigin

28.12.2010 von Michael Häßler

Carbon, Dyneema, Kevlar und PBO sind Begriffe, die für Hochtechnologie und schnelle Boote stehen. Spätestens seit der letzten Interboot ist klar, dass solche Materialien auch am Bodensee angekommen sind. Dort konnte man einige der Hightech-Exponate besichtigen. Metalle im Rigg werden mehr und mehr durch Kunststoffe verdrängt.

Ist es nur der Klang der exotischen Namen, der den Skipper entzückt, oder machen solche modernen Errungenschaften das Boot tatsächlich schneller oder das Segeln einfacher und angenehmer? Wie bei fast allen Fragen lautet auch hier die korrekte Antwort: „Das kommt darauf an.“

Wo macht Hightech Sinn?

Zunächst einmal kommt es darauf an, wie das Boot und das Rigg aussieht. Carbonspieren und PBO-Wanten machen einen schweren, gaffelgetakelten Spitzgatter nicht wesentlich schneller, weil das Boot ohnehin in seinem Wellensystem gefangen ist. Das Boot hätte aber ein angenehmeres Seeverhalten, weil es in der Welle ruhiger läge. Aufgrund des verringerten Toppgewichts wäre der Schwerpunkt

tiefer. Allerdings wäre ein ähnlicher Effekt, vielleicht nicht ganz so ausgeprägt, aber deutlich preisgünstiger, auch durch den Austausch der massiven Holzmasten durch vergleichsweise leichte Aluminiumspieren zu erreichen. Dadurch könnte schon ein gewaltiger Fortschritt erzielt werden. Eine weitere Gewichtsersparnis, wie sie durch Carbonrohre zu erreichen ist, müsste dann sehr teuer erkauft werden. Der Preis für die Gewichtsreduktion steigt exponentiell. Will man bei einem Bauteil 30 Prozent Gewicht einsparen, sind die ersten 25 Prozent in der Regel billiger zu haben als die restlichen fünf Prozent. Abgesehen davon, passt ein Carbonrigg auch gar nicht zum Charakter eines solchen Bootes. 

Auf einem leichten, modernen und gleitfähigen Rumpf mit flachen Linien macht sich ein modernes Rigg aus Kohlefasern aber sehr wohl in der Geschwindigkeit bemerkbar, und zwar umso mehr, je rauer das Wasser ist. Ein leichtes Rigg erzeugt geringere Massenkräfte, wodurch das Boot ruhiger segelt und die Strömung an Segeln, Rumpf und Anhängen deutlich weniger gestört wird. Es sind also mehrere Komponenten, die positiv zusammen kommen.

Leicht ist nicht alles

Gewichtsersparnis ist aber nur ein Kriterium, das moderne Kunstfasern so begehrt macht. Das andere Kriterium ist ihr Dehnungsverhalten, das relativ nahe bei Null liegt. Davon dürfte der alte, gaffelgetakelte

Colin Archer aber ebenfalls kaum profitieren, wenn man ihm nicht gleich noch ein Satz lastlinienorientiertes Foliensegel spendiert. Und auch dann bliebe der Effekt deutlich hinter seinen Kosten zurück.

Die Gaffeltakelung wurde im Lauf der Entwicklung von Segelbooten durch die Hochtakelung ersetzt und man riggte Masten aus Aluminium mit Wanten, Stagen und Fallen aus rostfreiem Stahl. Die Baumwollsegel wurden durch Dacrongewebe ersetzt, die nicht nur nicht faulten, sondern auch wesentlich dehnungsärmer und formstabiler waren. Die Segelmacher konnten plötzlich richtige Auftriebsprofile konstruieren und nicht nur möglichst große Flächen mit einer flachen Plane ausfüllen, die sich zum „Ballon“ dehnte, sobald es wehte. 

Den zwangsläufig immer vorhandenen Reck des Vorsegels glich man dadurch aus, dass man eine hohl geschnittene Vorliekskurve konstruierte und die Profiltiefe durch den Vorstagdurchhang regulierte. Dieser wurde durch den Zug der Backstagen oder des Achterstags umso stärker herausgezogen, je mehr das Profil nach Lee durchsackte. Das Großsegel flachte man durch Mastbiegung ab. Sehr flexible Riggs dominierten die Seglerwelt während der IOR-Ära. Sie waren nötig, um die Schwächen des damals vorhandenen Segelmaterials auszugleichen.

IMS verdrängt Backstag

Dann kam IMS. Diese neue Vermessungsformel bestraft unkompliziert zu trimmende Riggs durch ein ungünstiges Rating. Die Backstagen verschwanden und wurden durch Riggs mit gepfeilten Salings und brachialen Wantenspannungen ersetzt, die kaum mehr trimmbar waren und deshalb nach extrem reckarmem Segelmaterial verlangten. Statt das Profil bei mehr Wind flacher zu trimmen, wechselte man gleich das ganze Segel, so wie man das vor der Entwicklung des flexiblen Riggs machte.

Dehnungsarme Segelschnitte wie der Radialschnitt waren gefragt. Auch die Materialentwicklung nahm einen sprunghaften Verlauf. Segel aus Mylarfolie waren plötzlich nicht mehr nur „sauteure“ Wegwerfprodukte für ein paar „spinnerte“ Rennsegler, sondern bekamen eine gewisse Alltagstauglichkeit. Heute profitieren auch Fahrtenboote davon und fahren Segel aus Sandwich-Materialien, bei denen eine Folie zwischen zwei Geweben verklebt ist. Ein Meilenstein setzte North-Sails, als laminierte 3DL-Segel auf den Markt kamen. Allerdings hinterließ der darauf folgende Rechtstreit gegen Sobstad einen etwas fahlen Nachgeschmack in der Seglerwelt.

Der endgültige Durchbruch in die moderne Zeit kam durch die Renaissance von durchgelatteten Großsegeln mit ausgestellten Achterlieks, wie diese schon in den zwanziger Jahren bei den damaligen Jollenklassen üblich waren und vor allem durch die Surfszene weiter entwickelt wurden. Solche Großsegel arbeiten sehr effektiv, vor allem wenn das Vorsegel nur wenig überlappt. Sie werden nicht über die Mastbiegung getrimmt, sondern über die Achterlieksverwindung, den Twist. Weiche, biegsame Masten mit vielen Salingspaaren, die nicht nur Gewicht, sondern auch Windwiderstand bringen, brauchte man also nicht mehr. Steife Rohre dagegen kann man hervorragend aus Kohlefasern herstellen, die deutlich leichter als Aluminiumspieren sind. Dadurch werden die Massenkräfte zusätzlich vermindert. Um das Rigg weiter zu erleichtern, wurden Fallen mit Drahtvorläufer durch Leinen aus Dyneema ersetzt. Diese sind nicht nur leichter, sondern dehnen sich auch weniger als ein Drahtseil. Ein weiterer Schritt zu einem stabilen Segelprofil. Die Sache geht weiter: Ohne Drahtfallen können die Blockscheiben aus leichtem Kunststoff gedreht werden, was je nach Bootsgröße noch einmal ein paar hundert Gramm spart. Wer jetzt glaubt, dass das unerheblich wäre, täuscht sich gewaltig. Das Gewicht darf nämlich nicht isoliert betrachtet werden, sondern es muss bei allen Berechnungen der Hebelarm mit einbezogen werden, und der ist bei einer modernen, leistungsfähigen Hochtakelung gewaltig. Dabei sind es nicht nur die statischen Gewichtskräfte, die am aufrichtenden Moment zehren, sondern vielmehr die dynamischen Kräfte. Es gilt also, den Hebelarm statisch kurz zu

halten, beziehungsweise den Schwerpunkt des Riggs möglichst weit nach unten zu bekommen. Dabei können auch schon ein paar Gramm hilfreich sein, wenn diese weit oben am Mast sitzen. Man sollte sich also seinen Masten noch im Winterlager genau anschauen und überlegen, welchen Schäkel man eventuell auch weglassen kann. Meistens findet man dabei nichts Gravierendes, aber viele kleine Dinge, die sich in der Summe dann doch bemerkbar machen.

Außerdem muss man sich bei einem Spleiß oder einem Lasching nicht über verbogene Bolzen ärgern, die sich aufgrund der ungünstigen Geometrie eines Schäkels nicht mehr ohne Zange öffnen lassen.

Der Zubehörmarkt bietet viele kleine und geniale Lösungen an, um das Metall im Masten loszuwerden. Es ist erstaunlich, was man bei entsprechender Kreativität und einigen Knoten- und Spleißkenntnissen aus modernem Tauwerk alles machen kann. So gibt es auch Stagreiter aus modernem Tauwerk, die an einer besonders sensiblen Stelle des Riggs nicht nur erheblich leichter als die bisherigen Teile aus Bronze sind, sondern auch keine Gefahr mehr für den Spinnaker darstellen.

Drahtwanten sind schwer

Was noch blieb aus der guten alten Zeit, waren die Wanten und Stagen, die noch immer aus schwerem Stahl bestanden. Diese kann man nicht durch Dyneema ersetzen, weil dieses Material bei einer Dauerlast über 20 Prozent seiner Bruchlast ein Kriechverhalten zeigt. Auch bei anderen Kunststoffen  überwiegen die Nachteile und Unsicherheiten. 

Vorerst blieb man also beim Metall und versuchte, den konstruktiven Reck durch Optimierung der Kardeelgeometrie zu minimieren. So genannte Dyform-Drähte dehnen sich, zumindest im unteren Lastbereich, weniger als die üblichen

1 u 19-Konstruktionen mit rundem Kardeelquerschnitt. Massive Drähte aus Rod haben überhaupt keine konstruktive Dehnung und die Materialdehnung ist relativ gering. Das war bis vor kurzem auch im Hightech-Bereich Stand der Technik.

Seit einiger Zeit experimentieren Mastenbauer und Konstrukteure mit PBO, einer Kunstfaser, die sich von ihren technischen Eigenschaften her für textile Wanten und Stagen eignet. Allerdings ist die Faser nicht nur extrem lichtempfindlich, sondern genauso empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Das sind nicht die besten Voraussetzungen für einen Einsatz auf dem Boot. Deswegen wird die wertvolle Faser in einem dichten Rohr oder Schlauch verpackt. Während diese Kunststoffkabel mit textilem Innenleben aus PBO bisher individuell als Faserschlingen mitsamt den Endterminals gefertigt wurden und deswegen sehr teuer waren, gibt es seit einiger Zeit ein System am Markt, das auf Meterware setzt und bei dem das Kabel mit dem Endterminal verklebt wird. Der Terminal selbst ist eine konische Hülse mit Außengewinde, in die der Faserstrang eingeführt und mit Harz vergossen wird. Somit werden nicht nur Adhä-sions- und Kohäsionskräfte wirksam, sondern das eingegossene Faserbündel ist auch formschlüssig mit dem Endstück verbunden. Bezahlbare Kunststoffwanten sind dadurch möglich. Sie kosten derzeit etwa zehn bis dreißig Prozent mehr als Rod. 

An die Endhülse können alle Standardterminals wie Gabel-, Aug- oder T-Terminal angeschlagen werden. Es sind also keine Umbauten an den Püttings oder am Mast nötig.

Vom Gewicht der Drahtwanten und Drahtstagen befreit, erscheint ein Kohlefasermast plötzlich in einem ganz anderen Licht. Auch wenn das Carbonrohr selbst etwa die Hälfte des vergleichbaren Aluminiumrohrs wiegt, relativierte sich der Vorteil bisher durch die schweren Drähte auf eine Gesamtersparnis von etwa 30 Prozent. Durch den Einsatz von PBO-Wanten sollte mit Carbonrohr etwa das halbe Gewicht eines Aluminiumriggs mit Stahlwanten realisierbar sein. Aber auch bei einem Aluminiummast ergibt sich durch den Einsatz von stehendem Gut aus Kunstsfasern ein deutlicher Gewichtsvorteil.

Gewicht ist aber nicht alles. Ein weiterer Aspekt, der für PBO spricht, ist der noch einmal etwas verminderte Reck gegenüber Wanten aus Rod. 

Nachteile sind natürlich auch bekannt und liegen derzeit beim Preis und der mechanischen Empfindlichkeit. Der Preis ist allerdings schon erheblich gefallen und wird noch weiter fallen. An die maximale Nutzungsdauer müssen sich die Hersteller erst langsam herantasten. Es bestehen noch wenig praktische Langzeiterfahrungen. Laborwerte stimmen allerdings hoffnungsvoll und zeigen ein Mehrfaches der Haltbarkeit von Rod und Drahtseil. Ob das auch im praktischen Betrieb zutrifft, ist noch fraglich. Während vor ein paar Jahren noch empfohlen wurde, die Faserschlingen alle zwei Jahre auszutauschen, hat sich gezeigt, dass das deutlich zu pessimistisch kalkuliert war und die tatsächliche Nutzungsdauer weit höher liegt. 

Die Kunststoffwanten sind, was mechanische Schäden anbelangt, ähnlich empfindlich wie Rod. Schrammt man beim Hafenmanöver am Pfahl vorbei, muss bei Rod genau untersucht werden, ob der Draht keine Kerbe abbekommen hat, an der er geschwächt wäre. Bei PBO könnte der äußere Kunststoffschlauch verletzt werden, der die empfindlichen Fasern vor Feuchtigkeit und Licht schützt. So ein Schaden kann vielleicht mit Tape oder einem Schrumpfschlauch provisorisch abgedeckt werden, das Want sollte aber bei nächster Gelegenheit ausgetauscht werden. Vor solchem Hintergrund dürfte sich die praktische Haltbarkeit von Rod und PBO nicht wesentlich unterscheiden. Beide Materialien sind relativ empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen. 

Noch etwas muss vor einer Umrüstung einkalkuliert werden: Wenig Reck im Rigg bringt zwar stabile Segelprofile und gute Segelleistungen, allerdings auch deutlich höhere Belastungen auf Püttings und die Anschlüsse am Mast. Während sich die Lastverhältnisse zwischen Rodwanten und PBO nur minimal unterscheiden dürften, steigen die Werte bei einer Umrüstung von Drahtseil auf PBO oder Rod deutlich an. Der konstruktive Reck des gedrehten Seils federt Lastspitzen ab, so dass es sinnvoll wäre, die Kraftverhältnisse von einem Fachmann vor der Umrüstung begutachten zu lassen. 

Auch die Steifigkeit des Rumpfes spielt eine große Rolle. Die reckfreien Wanten und die neuen Foliensegel bringen nämlich überhaupt nichts, wenn der Rumpf in jeder Welle „zur Banane“ wird. Hier macht sich schon die geringste Flexibilität schädlich bemerkbar, weil moderne Riggs einen sehr hohen Stauchdruck im Mast und einen sehr hohen Zug auf den Oberwanten verursachen. Diese gewaltigen Kräfte müssen vom Rumpf mit nur minimaler Flexibilität verarbeitet werden können. Hängt bei einem IOR-Boot oder einem Schärenkreuzer das Vorstag durch, nimmt man halt das Backstag etwas dichter und die Oberwanten müssen nur die seitlichen Kräfte tragen. Nicht umsonst verbauen manche Werften einen aufwändigen und schweren Stahlrahmen im Rumpf.

Optimierungen beim Rigggewicht und dessen Steifigkeit machen sich vor allem bei viel Wind und Welle bemerkbar. Auf einem relativ flachen Revier wie dem Bodensee fällt dieser Effekt naturgemäß etwas bescheidener aus als am Mittelmeer oder der Nordsee. Trotzdem segelt auch hier das Boot mit einem leichten und steifen Rigg nicht nur schneller und höher, sondern auch deutlich angenehmer. 

Als Ende der siebziger Jahre die ersten Mylarsegel bei IOR-Regatten auftauchten und bei Jollenregatten die ersten hart geharzten Tuche beängstigend im Wind knatterten, lästerte man noch über die „Blechsegel“, und das Gros der Segler konnte mit der neuen Technik noch nicht allzu viel anfangen. Grundsätzlich gilt aber, dass alles, was dazu dient, ein Segelprofil stabil zu halten, ein Segelboot auch schneller macht. Dieser Effekt geht deutlich über die bloße Gewichtsdiskussion hinaus.

So ist neben einem Vorstag, das sich unter Belastung nur minimal dehnt, auch das Segelmaterial eine wichtige Voraussetzung dafür, dass das Boot bei viel Wind beschleunigt und nicht nur quer durchs Wasser gezogen wird. Moderne 7/8-tel Riggs ohne Backstagen auf verhältnismäßig großen Booten stellen dabei die höchsten Anforderungen an die Güte der Segel und an die Festigkeit des Rumpfes.

 

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