Yachtstabilität

Voraussetzungen

• Kenntnisse auf Day-Skipper-Niveau über Yachtbau, Kieltypen und Segeltrimm sowie Einstiegserfahrung für den Coastal-Skipper-Kurs (15 Tage, davon 2 als Skipper, 300 Meilen, 8 Nachtstunden).
• Grundrechnen: Multiplizieren und Dividieren sowie das Konzept des Moments (ein Gewicht, multipliziert mit seinem Abstand von einem Drehpunkt).
• Etwas Erfahrung damit, wie dein Boot in einer Brise krängt und sich wieder aufrichtet.

Der Lehrplan für den Yachtmaster Coastal erwartet von einem Skipper, dass er die Stabilität qualitativ versteht und in praktischen Entscheidungen anwendet: wie er das Boot belädt und staut, wie er die Tanks bewirtschaftet, wann er die Segelfläche reduziert und welche Seegangsbedingungen eine Niederlegung (Knockdown) oder ein Kentern drohen lassen. Von dir wird nicht verlangt, Schiffbau zu betreiben, aber du solltest GM, GZ, die Stabilitätskurve und den Winkel der verschwindenden Stabilität erklären können.

Lernziele

Diese Lektion behandelt das Thema „Stability and Loading“ (Gewichtsverteilung, Stabilitätsbewusstsein, Beladungsberechnungen) des landgestützten Lehrplans RYA Yachtmaster Coastal, im Umfang, den dieser Lehrplan verlangt. Am Ende kannst du:

• den Schwerpunkt (G), den Auftriebsmittelpunkt (B) und das Metazentrum (M) definieren und erklären, wie sie ein aufrichtendes Moment erzeugen (Lehrplan: Stabilitätsbewusstsein).
• die metazentrische Höhe (GM) und den aufrichtenden Hebelarm (GZ) erklären sowie den Unterschied zwischen einer steifen und einer weichen (tender) Yacht (Lehrplan: GM und Anfangsstabilität).
• eine GZ-Kurve lesen und das maximale aufrichtende Moment, den Winkel der verschwindenden Stabilität (AVS) und den Bereich positiver Stabilität erkennen.
• den Winkel des Wassereinbruchs (Downflooding Angle) erklären und darlegen, warum er die sichere Krängung vor dem AVS begrenzen kann.
• die Auswirkungen von Beladung, Tankbewirtschaftung, freien Oberflächen und Decklasten auf die Stabilität beschreiben und einen einfachen KG-Wert berechnen (Lehrplan: Gewichtsverteilung und Beladungsberechnungen).
• die Auswirkungen eines Wassereinbruchs auf die Stabilität beschreiben sowie das Prinzip des Querflutens (Cross-Flooding) erklären (Lehrplan: Schadensstabilität).
• Verdrängung, Tiefgang und Trimm überwachen, während Treibstoff, Wasser und Vorräte verbraucht werden (Lehrplan: Beladungsberechnungen, Tiefgang und Trimm).
• Stabilität mit dem Seegang in Beziehung setzen, besonders mit Seiten- und brechenden Seen, sowie mit den RCD-Entwurfskategorien und den Stabilitätsangaben im Eignerhandbuch.

Die grundlegenden Kräfte: G und B

Ein schwimmendes Boot wird von zwei Kräften beeinflusst:

• Gewicht, das senkrecht durch den Schwerpunkt G wirkt: die mittlere Lage der gesamten Masse des Bootes, einschließlich Kiel, Rumpf, Rigg, Motor, Vorräte und Crew.
• Auftrieb, der senkrecht durch den Auftriebsmittelpunkt B nach oben wirkt: der Schwerpunkt des vom Rumpf verdrängten Wasservolumens. Der Auftrieb ist gleich dem Gewicht, wenn das Boot frei schwimmt.

Wenn das Boot aufrecht und in Ruhe liegt, liegen G und B auf derselben Senkrechten, wie das Diagramm zeigt.

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G bleibt relativ zum Rumpf fest, solange sich keine Gewichte verschieben (Crew, Wasser in der Bilge, lose Vorräte, Flüssigkeiten in den Tanks). B ist dagegen nicht fest: Wenn das Boot krängt, verändert sich die eingetauchte Form, und B wandert zur tieferen Seite.

Der aufrichtende Hebelarm (GZ)

Wenn die Yacht krängt, wandert B nach Lee, während G an seiner Stelle bleibt. Das Gewicht, das durch G nach unten wirkt, und der Auftrieb, der durch B nach oben wirkt, sind nun horizontal gegeneinander versetzt. Der horizontale Abstand zwischen den beiden Wirkungslinien ist der aufrichtende Hebelarm GZ. Die beiden Kräfte bilden ein Kräftepaar, das das Boot wieder aufrichten will.

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Das aufrichtende Moment ist die Verdrängung multipliziert mit GZ. Beispiel: Eine Yacht mit 8 Tonnen Verdrängung und einem GZ von 0,35 m bei 30 Grad Krängung hat ein aufrichtendes Moment von 8 x 0,35 = 2,8 Tonnenmeter. Um sie weiter zu krängen, muss der Wind über die Segel ein größeres krängendes Moment erzeugen als das.

Das erklärt, warum:

• Eine schwere Yacht mit tiefem Kiel ihre Besegelung gut verkraftet: große Verdrängung und ein tiefer Schwerpunkt ergeben große aufrichtende Momente.
• Crew, die auf der Luvreling sitzt, erhöht das aufrichtende Moment, weil sie G nach Luv verlagert.
• Ein breites, leichtes, flaches Boot hat durch seine Form eine große Anfangssteifigkeit (B wandert bei Krängung weit nach außen), kann aber bei großen Winkeln rasch an Stabilität verlieren.

Das Metazentrum und die metazentrische Höhe (GM)

Bei kleinen Krängungswinkeln (bis etwa 10 bis 15 Grad) schneidet die Senkrechte durch die neue Lage von B die Mittschiffslinie des Bootes an einem nahezu festen Punkt, dem Metazentrum M. Der Abstand von G nach oben bis M ist die metazentrische Höhe GM.

Bei kleinen Winkeln ist GZ annähernd GM multipliziert mit dem Sinus des Krängungswinkels. GM sagt dir also, wie stark das Boot den ersten Grad der Krängung widersteht:

Typische Fahrtenyachten haben je nach Konstruktion ein GM von etwa 0,5 bis 1,5 m. Die Rollperiode gibt einen praktischen Hinweis: Eine schnelle, zackige Rollbewegung deutet auf ein großes GM hin, eine lange, träge Rollbewegung auf ein kleineres. Wenn ein Boot, das normalerweise zügig rollt, anfängt, langsam zu rollen und am Ende jeder Rollbewegung zu hängen, hat etwas den Schwerpunkt angehoben oder die Wasserlinienfläche verkleinert: Wasser im Boot, eine schwere Decklast oder Eis am Rigg in hohen Breiten.

GM ist nur ein Anzeichen für die Anfangsstabilität. Ein Boot kann bei kleinen Winkeln sehr steif sein und trotzdem einen schlechten Stabilitätsbereich haben. Deshalb brauchst du die vollständige GZ-Kurve.

Die GZ-Kurve und der Winkel der verschwindenden Stabilität

Trägt man GZ gegen den Krängungswinkel von 0 bis 180 Grad auf, erhält man die Stabilitätskurve.

So liest du die Kurve:

• Die Steigung im Ursprung spiegelt GM wider: Je steiler die Anfangssteigung, desto steifer das Boot.
• Das maximale GZ tritt bei einem modernen Fahrtenboot typischerweise bei etwa 30 bis 40 Grad Krängung auf (bei schmalen, schweren, tief ballastierten Booten bei noch größeren Winkeln). Über diesen Winkel hinaus nimmt das aufrichtende Moment mit weiterer Krängung ab, sodass eine Böe, die das Boot über das maximale GZ hinaus drückt, auf weniger Widerstand trifft.
• Der Winkel der verschwindenden Stabilität (AVS) ist der Punkt, an dem GZ wieder null wird. Jenseits des AVS wird der aufrichtende Hebelarm negativ: Das Boot kentert weiter und liegt kieloben.
• Der Bereich positiver Stabilität reicht von 0 Grad bis zum AVS.
• Die Fläche unter dem positiven Teil der Kurve entspricht der Energie, die nötig ist, um das Boot zum Kentern zu bringen; die Fläche unter dem negativen Teil entspricht der Energie, die nötig ist, sie aus der Kieloben-Lage zurückzudrehen. Das Verhältnis beider Flächen ist ein Maß dafür, wie schnell sie sich nach einer Kenterung wieder aufrichtet.

Typische AVS-Werte: viele moderne Serienboote liegen bei etwa 110 bis 130 Grad; schwere, schmale Traditionsyachten können 140 Grad überschreiten. Ein Boot mit einem AVS unter etwa 120 Grad kann sich, wenn es von einer brechenden Welle gerollt wird, längere Zeit kieloben halten; ein AVS unter 90 Grad ist für Hochseesegeln unzureichend.

RCD-Entwurfskategorien und STIX

Boote, die seit 1998 in Großbritannien und der EU verkauft werden, werden nach der Recreational Craft Directive (heute die UK Recreational Craft Regulations) bewertet. Jedes Boot erhält eine Entwurfskategorie, die an die Bedingungen gebunden ist, für die es ausgelegt ist:

Bei Segel-Einrumpfbooten hängt die Kategorie teilweise von einem Stabilitätsindex (STIX) ab, der nach ISO 12217-2 berechnet wird und den Stabilitätsbereich, die Aufrichtenergie, die Länge, die Verdrängung sowie Faktoren für Wassereinbruch und Erholung nach einer Niederlegung kombiniert. Ein STIX von mindestens 32 ist für Kategorie A und 23 für Kategorie B erforderlich. Die Herstellerdokumentation (das Eignerhandbuch) nennt die Kategorie und oft die GZ-Kurve: Lies sie für das Boot nach, das du führst.

Winkel des Wassereinbruchs (Downflooding Angle)

Der Winkel des Wassereinbruchs ist der Krängungswinkel, bei dem Wasser durch eine Öffnung in den Rumpf strömen kann: eine offene Niedergangsluke, ein Backskistendeckel ohne Dichtung, ein Dorade-Lüfter, eine offene Vorluke oder der Motorluftansaug.

Wenn das Boot über diesen Winkel hinaus krängt, dringt Wasser ein, erhöht das Gewicht (oft hoch und auf Lee) und erzeugt eine große freie Oberfläche: Die Stabilität bricht weit vor dem theoretischen AVS zusammen. Bei offener Hauptluke und herausgenommenen Schottbrettern kann der Winkel des Wassereinbruchs einer typischen Yacht nur 35 bis 60 Grad betragen, also durchaus im Bereich einer Niederlegung.

Praktische Folgerungen:

• Setze Schottbretter ein und schließe die Hauptluke, wenn die See rau ist oder bei Nacht, und sichere die Schottbretter so, dass sie bei einer Niederlegung nicht herausfallen können.
• Schließe die Vorluke und die Bullaugen, bevor du in See stichst.
• Achte darauf, dass Backskisten Verschlüsse und gute Dichtungen haben; eine mit Wasser gefüllte Backskiste sollte über die Cockpitlenzer ablaufen und nicht ins Boot.
• Betrachte den Winkel des Wassereinbruchs, nicht den AVS, als die eigentliche Grenze.

Beladung und Gewichtsverteilung

G ist der Ausgleichspunkt aller Gewichte im Boot. Jedes Gewicht, das du hinzufügst, entfernst oder verschiebst, verändert ihn. Gewicht tief (unterhalb des bisherigen G) zu platzieren senkt G und erhöht GM; Gewicht hoch zu platzieren hebt G und verringert GM.

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Praktische Regeln:

• Verstaue schwere Gegenstände tief und nahe der Bootsmitte: Konserven, Wasserkanister, Werkzeug, Ersatzanker und Kette.
• Gewicht im Mast ist besonders schlecht, weil es einen langen Hebelarm hat. Ein Radarscanner, ein Rollfock-Segel im Mast, ein schweres Instrumentenpaket am Masttop, eine am Masttop belassene zweite Fall oder eine Person im Mast erhöhen alle G. Ein Kilogramm am Masttop einer 14 m hohen Takelung wirkt auf KG wie mehrere Kilogramm an Deck.
• Die Enden des Bootes: Gewicht in Bug und Heck (Ankerkette in einer Vorpiekslast, Beiboot auf Davits, ein Außenborder am Heckkorb) beeinflusst die Querstabilität kaum, erhöht aber das Stampfen und kann dazu führen, dass sich der Bug in die See bohrt. Viele Eigner verlegen die Kette für Passagen nach achtern (in eine Backskiste am Mastfuß).
• Decklasten: Reservekanister, an den Relingsstützen festgezurrt, ein Beiboot auf dem Vordeck, Fahrräder an Deck. Sie erhöhen G, vergrößern die Windangriffsfläche, können verrutschen und nehmen Wasser auf (eine durchnässte Segeltasche oder ein nasser Sprayhood-Bezug wiegt weit mehr als im trockenen Zustand).
• Sichere alles. Bei einer Niederlegung werden Batterien, Anker, Werkzeugkasten und Konservendosen zu Geschossen, und ein Gewicht, das nach Lee rutscht, verringert die Stabilität genau im falschen Moment. Batteriekästen und Bodenbretter müssen fest montiert sein.

Berechnung des KG

Schiffbauer bestimmen die Lage von G durch Momentenberechnung. KG ist die Höhe von G über der Kielbezugslinie (K). Multipliziere jedes Gewicht mit seiner Höhe über dem Kiel, um sein Moment zu erhalten; addiere die Gewichte und die Momente; KG ist das Gesamtmoment geteilt durch das Gesamtgewicht. Dann gilt GM = KM minus KG, wobei KM die Höhe des Metazentrums über dem Kiel ist; sie ergibt sich aus der Rumpfform (den Konstruktionsdaten des Konstrukteurs).

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Im obigen Beispiel hat ein leichtes Boot mit 3,6 Tonnen Verdrängung ein KG von 0,81 m. Bei einem KM von 1,8 m beträgt GM 0,99 m. Nun sieh dir an, was passiert, wenn der Eigner Gewicht an Deck gibt.

Erweiterung: Decklast hinzufügen. Der Eigner zurrt vier 20-Liter-Kanister Diesel (je etwa 17 kg, insgesamt 68 kg) an die Relingsstützen, 2,5 m über dem Kiel, und stellt ein 40 kg schweres Schlauchboot auf das Kajütdach, auf 2,4 m.

Neues KG = 3186 geteilt durch 3708 = 0,86 m. Bleibt KM bei etwa 1,8 m (es ändert sich leicht mit der Verdrängung), ist das neue GM = 1,8 minus 0,86 = 0,94 m. GM ist um 5 cm gefallen, also etwa 5 Prozent, nur durch gut 100 kg Decklast. Bei einem leichten Boot im Seegang addieren sich diese Effekte, besonders mit Crew an Deck und nassen Segeln. Würde man die Kanister stattdessen in einer Backskiste in 1,2 m Höhe verstauen, betrüge das Moment 82 kg m statt 170, also nahezu die Hälfte.

Der Effekt der freien Oberfläche

Ein vollständig gefüllter Tank verhält sich wie ein festes Gewicht. Ein teilweise gefüllter Tank erlaubt der Flüssigkeit, beim Krängen zur tiefen Seite zu schwappen. Das verlagerte Gewicht wirkt nach Lee und verringert GZ, genauso als wäre G angehoben worden. Dies ist der Effekt der freien Oberfläche; die wirksame (virtuelle) Anhebung von G hängt vor allem von der Breite der freien Oberfläche ab (sie variiert mit der dritten Potenz der Tankbreite), nicht von der Flüssigkeitsmenge.

Praktische Regeln:

• Halte Tanks nach Möglichkeit voll oder leer. Nutze jeweils nur einen Tank, statt aus allen gleichzeitig zu entnehmen, damit nur ein Tank eine freie Oberfläche hat.
• Schwallbleche in Tanks verringern das Schwappen und die dynamischen Lasten, heben den Effekt aber nicht auf.
• Bilgenwasser ist die schlimmste freie Oberfläche, weil es sich über die gesamte Breite des Rumpfes erstreckt. Halte die Bilge trocken; einige hundert Liter Wasser, die über den Kajütboden schwappen, können die Stabilität dramatisch verringern, und so kann ein Boot, das Wasser nimmt, kentern, bevor es sinkt.
• Schadensstabilität: Ist das Boot leck geschlagen, fügt der geflutete Raum Gewicht und freie Oberfläche hinzu. Wasserdichte Schotte (bei größeren Yachten mit einer Kollisionsschott im Bug üblich) begrenzen das geflutete Volumen.

Verbrauchsgüter und der Zustand am Ende der Reise

Wenn du Treibstoff verbrennst, Wasser trinkst und Vorräte verzehrst, verlässt Gewicht das Boot. Waren diese Gewichte tief (Tanks unter dem Kajütboden), steigt G, während sie verbraucht werden. Plane für den ungünstigsten Zustand, meist gegen Ende der Passage, wenn die Tanks fast leer und nur teilweise gefüllt sind (freie Oberfläche) und die Crew müde ist. Bei längeren Passagen füllen manche Skipper deshalb einen leeren Wassertank mit Meerwasser als Ballast nach oder führen Treibstoff tief in Reservekanistern statt an Deck.

Stabilität und die See

Die statische Stabilität sagt dir, wie das Boot einer gleichmäßigen krängenden Kraft widersteht. Auf See fügen Böen und Wellen dynamische Lasten hinzu.

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• Böen: Eine Böe kann etwa das 1,5-Fache der mittleren Windgeschwindigkeit erreichen. Da die Windkraft mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, übt eine 1,5-fache Böe mehr als die doppelte krängende Kraft aus. Reffe für die Böen, nicht für den Mittelwind.
• Brechende Seen von der Seite sind die Hauptbedrohung für Yachten beim Kentern. Untersuchungen nach dem Fastnet-Rennen 1979 ergaben, dass eine brechende Welle mit einer Höhe von etwa 30 Prozent der Bootslänge eine typische Yacht bis zur Waagerechten niederdrücken kann und eine von etwa 55 Prozent viele Boote um 180 Grad rollen kann. Bei einer 10-m-Yacht sind das brechende Wellen von nur 3 m bzw. 5,5 m, Größen, wie sie bei Sturm über einer Gezeitenstromkante oder in flachem Wasser auftreten.
• Achterliche Seen können ein Ausbrechen (das Boot dreht quer zur See und wird umgelegt) oder unter extremen Bedingungen ein Pitchpoling verursachen. Geschwindigkeitskontrolle und das Halten des Hecks zur See sind entscheidend.
• Wind gegen Strom, flaches Wasser und Landspitzen machen Wellen steiler und lassen sie brechen. Dies sind die Stellen, um die ein Coastal Skipper seine Route planen muss.

Risiko verringern: Reffe früh, halte das Boot unter Kontrolle in Fahrt, vermeide es, quer zu brechenden Seen zu liegen (nimm sie achterlich oder von vorn), meide Gezeitenstromkanten und Overfalls bei starkem Wind, halte das Gewicht niedrig, Luken geschlossen und Schottbretter eingesetzt, und die Crew angeleint.

Mehrrümpfer

Katamarane und Trimarane haben durch ihre Breite eine sehr große Anfangsstabilität, aber ihre GZ-Kurve erreicht ihr Maximum bei einem kleinen Winkel (oft 10 bis 15 Grad) und fällt danach ab. Sobald ein Rumpf hoch genug hebt, um diesen Punkt zu überschreiten, kann das Boot schnell kentern, und ein gekentertes Mehrrumpfboot liegt kieloben stabil. Ihre Segel müssen je nach Windstärke gerefft werden, nicht nach Krängungswinkel, weil sie durch Krängung kaum Warnung geben.

Schadensstabilität und Wassereinbruch

Der Lehrplan verlangt, dass du verstehst, was ein Wassereinbruch bei einer Yacht bewirkt. Drei Dinge geschehen gleichzeitig, wenn Wasser in den Rumpf eindringt.

1. Zusätzliches Gewicht. Jeder Liter Wasser ist ein Kilogramm. Hundert Liter in der Bilge einer 6-Tonnen-Yacht sind nur etwa 1,7 Prozent ihrer Verdrängung, sitzen aber tief, daher ist die Wirkung auf KG gering; das Boot liegt tiefer, und sein Freibord wird kleiner.
2. Freie Oberfläche. Wasser, das sich über den Kajütboden frei bewegen kann, verhält sich wie der teilgefüllte Tank oben beschrieben, aber mit der größtmöglichen Oberfläche. Dies ist meist der dominierende Effekt und verringert GM stark und oft unbemerkt.
3. Verringerte Reserveauftrieb. Sinkt das Boot tiefer, fällt der Winkel des Wassereinbruchs, und die Decklinie taucht bei einem kleineren Krängungswinkel ein. Je mehr das Boot flutet, desto leichter flutet es weiter.

Eine geflutete Yacht kann kentern, bevor sie sinkt. Nimmt ein Boot Wasser, lautet die Reihenfolge der Prioritäten: Zufluss stoppen oder verringern (einen Seeventil schließen, einen defekten Schlauch verstopfen oder abdichten, eine Kollisionsmatte über ein Loch legen), mit dem Pumpen beginnen (elektrische Pumpe, dann die Handpumpe, dann Eimer) und verhindern, dass das Wasser auf eine Seite läuft, indem du das Boot aufrecht trimmst und die Crew in der Mitte hältst. Reduziere Segelfläche und Geschwindigkeit, um die Last auf einen beschädigten Bug zu verringern.

Querfluten und wasserdichte Unterteilung

Größere Yachten und viele Motorsegler haben wasserdichte Schotte, etwa ein Kollisionsschott im Bug, die das Volumen begrenzen, das volllaufen kann. Ist ein geflutetes Abteil nur auf einer Seite, legt sich das Boot schräg. Schiffbauer nutzen das Querfluten (eine Öffnung, die Wasser bewusst auf die andere Seite lässt), um die Schräglage zu begrenzen. Auf einer kleinen Yacht ist der praktische Punkt einfacher: Wisse, wo deine Schotte sind, ob sie wirklich wasserdicht sind (eine Tür mit einem Spalt ist es nicht) und welche Räume zuerst volllaufen, wenn eine Bordwanddurchführung oder ein Fenster bricht.

Praktische Kontrollen

• Kenne die Lage jedes Seeventils und binde einen konisch zugespitzten Weichholzstopfen daneben.
• Kontrolliere Schläuche und Schellen zu Beginn der Saison. Ein defekter Cockpitlenzschlauch oder Motoransaugschlauch ist die häufigste Ursache ernsthafter Überflutung.
• Teste die Bilgenpumpen und kenne ihre Leistung in Litern pro Minute. Eine Handpumpe schafft für eine fitte Person vielleicht 20 bis 30 Liter pro Minute; ein Eimer ist oft schneller.
• Installiere einen Hochwasseralarm in der Bilge, damit du von einer Überflutung erfährst, bevor das Wasser die Batterien erreicht.

Verdrängung, Tiefgang und Trimm

Die Beladungsberechnungen im Lehrplan umfassen, das Gewicht im Boot über eine Passage zu verfolgen und das Boot im Trimm zu halten.

Überwachung der Verdrängung

Die Verdrängung ist das Gesamtgewicht von Boot, Ausrüstung, Treibstoff, Wasser, Vorräten und Crew. Hersteller geben eine Leerverdrängung und oft eine Beladungsverdrängung an; eine Fahrtenyacht liegt, sobald sie mit Rettungsinsel, Anker, Kette, Beiboot, Außenborder, Batterien und einem Monat Ausrüstung ausgestattet ist, meist 10 bis 20 Prozent über ihrem Prospektwert. Du kannst die Wirkung mit dieser Faustregel abschätzen: Das zusätzliche Gewicht (in Tonnen) geteilt durch die Tonnen pro Zentimeter Eintauchung (TPC) der Wasserlinienfläche ergibt das zusätzliche Einsinken in Zentimetern. Bei einer typischen 10-m-Fahrtenyacht beträgt der TPC etwa 0,15 Tonnen pro Zentimeter, daher senken 300 kg Vorräte das Boot um 2 cm. Das ist eine kleine Zahl, aber dieselben 300 kg achtern gelagert heben das Heck und verändern den Trimm, und am Ende des Bootes zeigen sich die schlimmsten Auswirkungen.

Gewicht verlässt das Boot aber auch. Auf einer langen Passage können 100 Liter Diesel (etwa 85 kg) und 200 Liter Wasser (200 kg) verbraucht werden. Waren diese Tanks achtern, liegt der Bug nun tiefer; waren sie tief im Kiel, hebt sich G dadurch leicht. Kontrolliere den Trimm nach einigen Tagen und verlagere Ausrüstung, um ihn zu korrigieren.

Tiefgang und Trimm

Lies die Wasserlinie an der Bootsschiene ab oder an den Tiefgangsmarken, falls vorhanden. Eine Yacht mit Trimm nach achtern zieht einen breiten Kielwasserstreifen, schlägt weniger, steuert aber vor dem Wind schlechter; eine mit Trimm nach vorn taucht tiefer ein, bohrt ihren Bug in eine Kopfsee und wird nasser. Strebe die Konstruktionswasserlinie an: Bug- und Hecklinie der Bootsschiene liegen etwa auf gleicher Höhe über dem Wasser. Die einfachsten Korrekturen sind, schwere Gegenstände (Ankerkette, Wasserkanister, Ersatzteile) nach vorn oder achtern zu verlagern, bis das Boot richtig aufliegt.

Freibordmarken

Der Lehrplan erwähnt auch das Bewusstsein für Freibordmarken. Handelsschiffe tragen eine Freibordmarke (Plimsoll-Marke), die den in verschiedenen Gewässern und Jahreszeiten zulässigen maximalen Tiefgang zeigt. Eine Freizeityacht trägt keine, aber ein Fahrzeug nach dem Small Commercial Vessel Code der MCA braucht eine Freibordmarke, und das Prinzip ist dasselbe: Überlade das Boot nicht und halte es deutlich über seinem minimalen Freibord.

Das Eignerhandbuch und das Typenschild lesen

Jedes Sportboot, das seit 1998 in Großbritannien oder der EU verkauft wurde, hat ein Typenschild mit der Entwurfskategorie, der maximal empfohlenen Beladung (einschließlich Crew) und der maximalen Personenzahl. Prüfe bei jeder Yacht, die du führst, drei Dinge:

1. Die Entwurfskategorie (A, B, C oder D) passt zur Passage. Ein Boot der Kategorie C ist nicht für eine Überquerung der Nordsee bei Sturm ausgelegt, egal wie gut es ausgerüstet ist.
2. Die maximale Beladung wurde nicht überschritten. Dieser Wert umfasst Vorräte, Treibstoff, Wasser, Ausrüstung und Crew; auf einer Charteryacht mit voller Crew und vollen Tanks ist er leicht überschritten.
3. Die Stabilitätsangaben: eine veröffentlichte GZ-Kurve oder ein AVS-Wert. Manche Hersteller veröffentlichen den STIX-Wert, viele nur die Kategorie. Wenn du chartern, frage nach.

Ein nützlicher Praxistest: die Rollperiode

An Bord kannst du GM nicht direkt messen, wohl aber eine Veränderung spüren. Wenn das Boot bei leichtem Wind an einer Boje liegt, drücke Baum oder Wanten an, um eine Rollbewegung zu starten, und stoppe dann, wie lange eine vollständige Rollbewegung (von Seite zu Seite und zurück) dauert. Notiere es in den Schiffsunterlagen. Eine merklich längere Rollperiode nach einer Beladung bedeutet, dass G gestiegen und GM gesunken ist; eine kürzere Periode bedeutet das Gegenteil. Die von Schiffbauern verwendete Formel besagt, dass GM proportional zu eins durch das Quadrat der Rollperiode ist; eine um 20 Prozent verlängerte Rollperiode bedeutet daher, dass GM um etwa 30 Prozent gesunken ist.

Stabilität und Crew

Die Crew ist ein Gewicht, und sie bewegt sich. Vier oder fünf Erwachsene an der Luvreling einer 10-m-Yacht können ein beträchtliches aufrichtendes Moment erzeugen, aber dieselben Leute, die auf der Leeseite stehen, wenn das Boot rollt, oder die alle zusammen im Cockpit sitzen, erhöhen G und fügen Gewicht am Heck hinzu. Halte bei rauem Wetter nur die nötige Anzahl Leute an Deck, angeleint, und den Rest tief im Boot. Im Notfall verlagert man die Crew auf die hohe Seite eines gekrängten Bootes, um das Aufrichten zu unterstützen.

Ein weiterer Faktor ist Ermüdung. Eine müde Crew trifft schlechte Segelentscheidungen, und zu spätes Reffen ist die häufigste vermeidbare Ursache einer Niederlegung. Stabilität ist eine Eigenschaft des Bootes, aber die Entscheidung zu reffen liegt bei der Crew. Die praktische Regel lautet: Reffe in dem Moment, in dem du zum ersten Mal daran denkst.

Zweites Rechenbeispiel: aufrichtendes Moment und Segelfläche

Eine 9-Tonnen-Yacht hat ein GZ von 0,40 m bei 25 Grad Krängung. Welches krängende Moment durch den Wind hält sie bei diesem Winkel im Gleichgewicht?

• Aufrichtendes Moment = 9 Tonnen x 0,40 m = 3,6 Tonnenmeter.
• Im Gleichgewicht ist das krängende Moment = aufrichtendes Moment = 3,6 Tonnenmeter.

Nun hebt eine Böe die Windgeschwindigkeit von 20 auf 30 Knoten. Die Windkraft ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, also steigt die krängende Kraft um (30/20) hoch 2 = 2,25-fach. Das krängende Moment wird etwa 3,6 x 2,25 = 8,1 Tonnenmeter, wenn die Segel gleich stehen. Bei 25 Grad kann das Boot nur 3,6 aufbringen, also muss es viel weiter krängen. Angenommen, das maximale GZ beträgt 0,55 m bei 35 Grad, dann ist das maximale aufrichtende Moment 9 x 0,55 = 4,95 Tonnenmeter: immer noch weit weniger als 8,1. Sie wird auf die Seite gelegt, die Segel lassen den Wind entweichen, und der Rudergänger muss abfallen oder die Schoten sofort fieren. Deshalb ist es wichtig, für die Böe und nicht für den Mittelwind zu reffen: Ein gerefftes Großsegel halbiert in derselben Böe die Fläche und das krängende Moment und bringt es wieder unter 4,95.

Dieses vereinfachte Modell ignoriert, dass die Segel an Kraft verlieren, wenn das Boot krängt, und das Rigg tiefer rückt. Trotzdem zeigt es das Prinzip, das der Prüfer hören will: Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit vervierfacht die Kraft, und ein Boot hat eine harte Grenze für das aufrichtende Moment, das es aufbringen kann.

Hinweise für die Prüfung und die Praxis

• Prüfer und Ausbilder erwarten, dass du G, B, M, GM und GZ mit einer Skizze erklärst und sagst, was mit jedem geschieht, wenn Gewicht hoch oder tief hinzugefügt wird.
• Sei bereit, eine Beladungsfrage zu beantworten: „Wo würdest du 200 kg Konserven verstauen und warum?“ (Tief, in den Mittschiffsbackskisten nahe der Bootsmitte, festgezurrt.)
• Kannst du erklären, warum du Tanks voll oder leer hältst und warum du die Bilge vor einer Passage trocken pumpst?
• Kenne die RCD-Kategorie des Bootes, das du verwendest, und was sie bedeutet.
• Stelle fest, dass der Winkel des Wassereinbruchs, nicht der AVS, die praktische Grenze ist, und sage, was du tust, um ihn zu erhöhen (Luken schließen, Schottbretter einsetzen, Lüfter schließen).

Praxisbeispiel: Vorbereitung einer Yacht auf eine windige Passage

Du bist Skipper einer 10,5-m-Fahrtenyacht, Kategorie B, AVS 118 Grad laut Eignerhandbuch. Die Vorhersage für die 35-Meilen-Passage morgen lautet Südwest 5 bis 6, zeitweise später 7, die See mäßig bis rau. Das Boot ist gerade von einer zweiwöchigen Reise zurückgekehrt.

Bestandsaufnahme: Die Ankerkette (60 m aus 8-mm-Kette, etwa 85 kg) liegt in der Vorpiek; vier volle Kanister sind an Deck festgezurrt; das Beiboot ist auf dem Vordeck aufgeblasen; der Haupt-Wassertank ist halb voll; in der Bilge stehen 20 Liter Wasser.

Maßnahmen:

1. Verlege die Kanister in die Cockpitbackskiste und zurre sie fest; luft das Beiboot ab und verstaue es unter Deck oder in einer Backskiste.
2. Lege etwa 30 m Kette ordentlich in die Bilge nahe dem Mastfuß, um das Gewicht im Bug zu verringern.
3. Pumpe die Bilge trocken und finde die Quelle des Wassers.
4. Fülle den Wassertank (oder leere ihn vollständig, wenn ein zweiter Tank voll ist).
5. Sichere Batterien, Bodenbretter und schwere Backskisten. Schließe und verriegele die Vorluke und alle Bullaugen.
6. Setze die Schottbretter bei rauem Wetter ein und halte das untere Schottbrett während der ganzen Passage eingesetzt.

Segelplan: Da Böen möglicherweise Windstärke 7 (28 bis 33 Knoten) erreichen, plane, ab Beginn des exponierten Abschnitts mit zwei Reffs und einer teilweise eingerollten Genua zu segeln, statt auf dem Vordeck bei wachsender See zu reffen.

Route: Die geplante Route führt an einer Landspitzen-Stromkante vorbei, zu einer Zeit, in der der Strom gegen den Wind läuft. Verlege die Abfahrt so, dass du bei Stauwasser vorbeikommst, oder fahre 3 Meilen vor der Stromkante auf See hinaus.

Diese Maßnahmen senken G, beseitigen die freie Oberfläche, erhöhen den Winkel des Wassereinbruchs und halten das Boot aus den Wellen, die am ehesten brechen. Nichts auf der Liste braucht einen Taschenrechner; es braucht das Verständnis der Prinzipien.

Weitere Details aus der Stabilitätsliteratur

STIX-Werte und Schwellen der Entwurfskategorien

Der Stabilitätsindex ist eine einzelne Zahl, die mehrere Stabilitätseigenschaften nach ISO 12217-2 zusammenfasst. Der minimale STIX für jede Entwurfskategorie beträgt A 32, B 23, C 14 und D 5. Der STIX ist aber nicht das ganze Bild: ISO 12217-2 legt außerdem Mindestwerte für den Winkel der verschwindenden Stabilität fest (etwa 130 Grad oder mehr für Boote der Kategorien A und B typischer Größe, mit niedrigeren Werten für kleinere oder weniger exponierte Kategorien), für die Höhe und den Winkel des Wassereinbruchs sowie für die Erholung nach einer Niederlegung. Ein hoher STIX bei einem Boot mit niedrigem Winkel des Wassereinbruchs ist ein schlechter Sicherheitspuffer; lies die Zahl deshalb immer zusammen mit den übrigen Angaben in der Herstellerdokumentation.

Krängendes Windmoment und warum Böen wichtig sind

Die Windkraft auf ein Segel ist proportional zum Quadrat der scheinbaren Windgeschwindigkeit. Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit von 20 auf 40 Knoten vervierfacht daher die krängende Kraft; ebenso vervierfacht sie sich beim Sprung von 15 auf 30 Knoten. Das krängende Moment ist diese Kraft multipliziert mit der Höhe des Segelschwerpunkts (Centre of Effort) über dem Seitenwiderstandsschwerpunkt (Centre of Lateral Resistance). Verringerst du die Segelfläche und senkst den Segelschwerpunkt (Reffen des Großsegels, Wechsel zu einer kleineren Fock), verringert sich das krängende Moment weit stärker, als der Flächenverlust vermuten lässt. Ein Boot, das mit voller Besegelung bei 18 Knoten angenehm segelt, braucht bei 36 Knoten etwa ein Viertel der Fläche, um dasselbe krängende Moment zu tragen.

Das Boot stellt sich auf den Krängungswinkel ein, bei dem aufrichtendes Moment und krängendes Moment gleich sind. Ist die Böe so stark, dass das krängende Moment das maximale aufrichtende Moment übersteigt, gibt es keinen Gleichgewichtswinkel, und das Boot legt sich, bis die Segel den Wind entweichen lassen oder der Mast das Wasser berührt. Deshalb kann eine Niederlegung in einer Bö geschehen, lange bevor der AVS relevant wird, und deshalb reffst du früh, statt auf die Reserven des Bootes zu vertrauen.

Kenterungs-Screening-Formel

Eine einfache Faustregel der Offshore Racing Congress ist die Capsize Screening Formula (CSF):

CSF = maximale Breite (m) geteilt durch die dritte Wurzel des Verdrängungsvolumens (m3)

Ein Wert von 2,0 oder weniger gilt als akzeptabel für eine Hochsee-Yacht; höhere Werte zeigen ein breites, leichtes Boot an, das anfälliger ist, durch eine brechende Welle kieloben geworfen zu werden.

Beispiel: eine Yacht mit 8000 kg und einer maximalen Breite von 3,8 m. Das Verdrängungsvolumen in Meerwasser = 8000 / 1025 = 7,8 m3. Die dritte Wurzel aus 7,8 ist 1,98. CSF = 3,8 / 1,98 = 1,92, also unter 2,0 und damit akzeptabel. Eine leichtere Yacht von 5000 kg (4,9 m3, dritte Wurzel 1,70) mit derselben Breite ergibt 3,8 / 1,70 = 2,24, was über dem Richtwert liegt.

Neigungsversuch und Messung der Stabilität

Bauwerften und Gutachter bestimmen die tatsächliche Lage von G durch einen Neigungsversuch: Ein bekanntes Gewicht wird um eine gemessene Strecke querschiffs verschoben, und der daraus resultierende Krängungswinkel (gemessen mit einem langen Pendel oder einem Neigungsmesser) ergibt GM. Der Zusammenhang lautet GM = (w x d) / (W x tan des Krängungswinkels), wobei w das verschobene Gewicht, d die verschobene Strecke und W die Verdrängung ist. Das Ergebnis ist der Ausgangspunkt für die GZ-Kurve. Hast du größere Veränderungen vorgenommen (einen schweren neuen Radarbogen, eine Rettungsinsel auf dem Kajütdach, einen Rollmast, zusätzliche Batterien), gelten die veröffentlichten Werte nicht mehr genau, und du solltest die Veränderung als Verlust an Stabilitätsreserve behandeln.

Dynamische Stabilität und die Wirkung einer Welle

Ein Boot widersteht dem Kentern, indem es Energie aufnimmt, dargestellt durch die Fläche unter der GZ-Kurve. Eine brechende Welle gibt Energie plötzlich ab, und der erreichte Krängungs- und Rollwinkel hängt davon ab, wie viel Energie im Verhältnis zur verfügbaren Fläche vorhanden ist. Ein Boot mit größerer Fläche unter seiner Kurve (höheres GM, größerer Bereich) braucht eine größere Welle, um es umzuwerfen. Ein Seezustand, in dem Wellen mit einer Höhe von mehr als etwa der halben Bootslänge brechen, gilt als anerkannte Kenterungsgefahr; deshalb konzentrierten sich das Fastnet-Rennen 1979 und die späteren Untersuchungen auf die Höhe brechender Wellen im Verhältnis zur Bootsgröße.

Praxisbeispiel: hängende Lasten und ihre Wirkung auf KG

Eine Yacht verdrängt 6000 kg mit KG 1,00 m und KM 2,30 m, also GM = 1,30 m. Die Crew montiert einen 40 kg schweren Außenborder am Heckkorb, 2,5 m über dem Kiel, und füllt zwei 25-Liter-Reservekanister Treibstoff (insgesamt 50 kg), die auf dem Seitendeck bei 1,5 m festgezurrt sind.

1. Momente: 6000 x 1,00 = 6000; 40 x 2,5 = 100; 50 x 1,5 = 75. Summe = 6175 kg m.
2. Neue Verdrängung = 6090 kg.
3. Neues KG = 6175 / 6090 = 1,014 m.
4. Neues GM (unter der Annahme, dass KM unverändert ist) = 2,30 - 1,014 = 1,286 m, ein Verlust von etwa 1 Prozent.

Die Wirkung eines einzelnen Gegenstands ist klein, und genau darin liegt die Gefahr: Zehn kleine Ergänzungen bei einer Überholung können GM um 10 Prozent oder mehr verringern, ohne dass es jemand bemerkt. Hätte man den Außenborder in der Cockpitbackskiste und den Treibstoff tief in der Cockpitbackskiste verstaut, wäre der größte Teil dieser Reserve erhalten geblieben.

Häufige Fehler

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• Schweres Gerät an Deck oder hoch in Backskisten verstauen. Halte schwere Gegenstände tief und mittig.
• Mit halb vollen Tanks und nasser Bilge fahren. Die freie Oberfläche hebt G effektiv an; nutze jeweils nur einen Tank und halte die Bilgen trocken.
• Den Verbrauch der Verbrauchsgüter ignorieren. Plane für den Zustand am Ende der Passage.
• Den AVS als Grenze betrachten. Der Wassereinbruch geschieht meist zuerst. Halte Luken und Schottbretter geschlossen.
• Ungesicherte Decklasten. Sie verrutschen, nehmen Wasser auf und erhöhen die Windangriffsfläche.
• Quer zu brechenden Seen liegen. Das ist die gefährlichste Lage für ein Kentern.
• Annehmen, dass ein steifes Boot ein seetüchtiges Boot ist. Eine hohe Anfangsstabilität (GM) garantiert keinen guten Stabilitätsbereich.

Zusammenfassung

• G ist der Schwerpunkt allen Gewichts; B ist der Schwerpunkt des Unterwasservolumens und wandert bei Krängung zur tiefen Seite.
• Der aufrichtende Hebelarm GZ ist der horizontale Abstand zwischen den Kräften Gewicht und Auftrieb; das aufrichtende Moment ist die Verdrängung mal GZ.
• GM, der Abstand von M über G, bestimmt die Anfangsstabilität: großes GM bedeutet steif, kleines GM weich, negatives GM instabil.
• Die GZ-Kurve zeigt das maximale GZ (typischerweise 30 bis 40 Grad) und den AVS (bei modernen Yachten oft 110 bis 130 Grad). Jenseits des AVS kentert das Boot.
• Der Winkel des Wassereinbruchs liegt oft deutlich unter dem AVS und ist die praktische Grenze.
• Halte Gewicht niedrig und mittig, vermeide Gewicht im Rigg und an Deck, halte Tanks voll oder leer, Bilgen trocken und sichere alles.
• Brechende Seiten-Seen mit etwa 30 bis 55 Prozent der Bootslänge können eine Yacht niederlegen oder rollen. Meide Gezeitenstromkanten und Overfalls bei starkem Wind.

Kontrollfragen

1. Was ist der aufrichtende Hebelarm GZ, und wie wird das aufrichtende Moment berechnet?

Antwort: GZ ist der horizontale Abstand zwischen der Wirkungslinie des Gewichts durch G und der Wirkungslinie des Auftriebs durch B, wenn das Boot gekrängt ist. Das aufrichtende Moment ist die Verdrängung multipliziert mit GZ.

1. Dein Boot hat angefangen, langsam zu rollen und am Ende jeder Rollbewegung zu hängen. Was könnte passiert sein?

Antwort: GM ist gesunken: G ist gestiegen oder das effektive G ist gestiegen, zum Beispiel durch Wasser in der Bilge (freie Oberfläche), eine schwere Decklast oder Gewicht im Rigg. Untersuche es sofort.

1. Definiere den Winkel der verschwindenden Stabilität.

Antwort: Der Krängungswinkel, bei dem der aufrichtende Hebelarm GZ auf null fällt. Darüber hinaus kentert das Boot weiter.

1. Warum kann ein Boot bei einem Krängungswinkel, der weit unter seinem AVS liegt, in Gefahr sein?

Antwort: Es kann zuerst seinen Winkel des Wassereinbruchs erreichen, an dem Wasser durch offene Luken, Lüfter oder Backskisten eindringt und die Stabilität rasch verringert.

1. Eine 4000-kg-Yacht hat ein KG von 0,9 m. Du fügst 100 kg in 2,9 m Höhe über dem Kiel hinzu. Wie hoch ist das neue KG?

Antwort: Gesamtmoment = 4000 x 0,9 + 100 x 2,9 = 3600 + 290 = 3890 kg m. Gesamtgewicht 4100 kg. Neues KG = 3890 / 4100 = 0,95 m, ein Anstieg um 5 cm.

1. Warum solltest du Wasser aus jeweils nur einem Tank entnehmen?

Antwort: Damit zu jedem Zeitpunkt nur ein Tank eine freie Oberfläche hat; teilweise gefüllte Tanks lassen die Flüssigkeit schwappen und heben G effektiv an.

1. Welche Größe einer brechenden Welle kann nach den Untersuchungen nach dem Fastnet-Rennen 1979 eine 12-m-Yacht niederlegen oder rollen?

Antwort: Etwa 30 Prozent der Länge (etwa 3,6 m) könnten sie bis zur Waagerechten niederlegen; etwa 55 Prozent (etwa 6,6 m) könnten viele Yachten um 180 Grad rollen.

1. Was bedeutet RCD-Entwurfskategorie C?

Antwort: Küstennah: ausgelegt für Küstengewässer, große Buchten, Flussmündungen und Seen, bei Winden bis Windstärke 6 und signifikanten Wellenhöhen bis 2 m.

1. Warum ist Gewicht am Masttop so viel schädlicher als dasselbe Gewicht an Deck?

Antwort: Der Anstieg von G durch ein zusätzliches Gewicht ist proportional zum Gewicht multipliziert mit seiner Höhe über dem bisherigen G. Ein Gewicht am Masttop kann zehn oder mehr Mal weiter über G liegen als eines an Deck und hebt G deshalb um ein Vielfaches stärker.

1. Die Rollperiode einer Yacht verlängert sich um etwa 20 Prozent, nachdem der Eigner zusätzliches Gerät in den achteren Backskisten und an Deck verstaut hat. Was sagt dir das, und was würdest du tun?

Antwort: GM ist gesunken (etwa 30 Prozent bei einer um 20 Prozent längeren Rollperiode), weil G gestiegen ist, also hat sich die Stabilität verringert. Finde das schwere oder hoch liegende Gewicht, verlagere es tief und mittig oder entferne es, und prüfe die Rollperiode erneut.

1. Ein überfluteter Kajütboden ist für die Stabilität gefährlicher als dieselbe Wassermenge in einem schmalen Tank. Warum?

Antwort: Wasser über die gesamte Breite des Kajütbodens hat eine sehr breite freie Oberfläche. Der Effekt der freien Oberfläche hängt von der Breite der Oberfläche ab, daher verringert das verlagerte Wasser GM weit stärker, als es sein Gewicht allein vermuten ließe.

1. Eine Windböe hebt den Wind von 20 auf 30 Knoten. Um welchen Faktor steigt die krängende Kraft, und was ist die praktische Lehre?

Antwort: Die Kraft steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit: auf das 2,25-Fache. Reffe für die Böen, nicht für den Mittelwind, und fiere die Schoten oder falle sofort ab, wenn das Boot überwältigt wird.