Besegelung [1]

[720] Besegelung eines Schiffes umfaßt die Kenntnis von der Größe, der Form, der Verteilung und Anfertigung der Segel zum Fortbewegen der Schiffe durch den Winddruck. Die Art der Besegelung ist außer von der Stärke des Windes[720] in der Hauptsache abhängig von der Größe und Form des Schiffes und seinem Verwendungszweck.

Nach Erfahrungsdaten berechnet sich der Winddruck P in Kilogramm auf eine Fläche F in m2, wenn der Wind senkrecht auf dieselbe wirkt, nach der Formel P = kv2F, worin v die Geschwindigkeit des Windes in m pro Sekunde und k einen Erfahrungskoeffizienten darstellt, dessen Wert zwischen 0,087 und 0,123 schwankt. – Die Größe des Winddruckes auf geneigte Flächen variiert bei kleinem Einfallswinkel ungefähr mit dem Sinus2 des letzteren, bei größeren Winkeln über 50º mit dem Sinus desselben. In Wirklichkeit bilden jedoch die Segel keine ebene, sondern eine mehr oder minder gebauchte Fläche, die für die Fortbewegung des Schiffes, namentlich beim Segeln beim oder am Winde, ungünstig wirkt. Ferner in zu berücksichtigen, daß die Windgeschwindigkeit meist mit der Entfernung von der Wasseroberfläche zunimmt, so daß die oberen Segel einen größeren Winddruck erleiden als die unteren. Da der Winddruck auf die Segel nur für ein in Fahrt befindliches Schiff von Wert in, so bildet die treibende Kraft nicht die wirkliche Richtung und Stärke des Windes; für die Segelstellung und Segelführung in die scheinbare Richtung und Stärke des Windes maßgebend. Um ein klares Bild über die Richtung und Stärke des scheinbaren Windes zu erhalten, sind vom Fregattenkapitän Berghofer [1], [4] zwei Diagramme entworfen (s. Fig. 1 und 2), in denen die Erfahrungsdaten über die Schiffsgeschwindigkeiten für zwei Schiffstypen A und B bei einer Windgeschwindigkeit von 18 Knoten (Seemeilen) pro Stunde entsprechend der Windstärke VI, starke Brise, zusammengestellt sind. Dieselben stimmen auch mit den von Dixon Kemp gemachten Angaben überein. Der Typ A entspricht einer Segeljacht von scharfen Formen, geringer Abtrift und großer Stabilität mit Schonertakelage; der Typ B stellt ein Fahrzeug von gewöhnlichen Formen mit Raasegeln dar. Für alle Windtagen in dieselbe Segelführung (Segelareal) angenommen. Die wahren Windrichtungen werden durch die Kompaßstriche angegeben, die Schiffsgeschwindigkeiten in Seemeilen parallel der Kurslinie unter Vernachlässigung der Abtrift sind durch starke Linien, die scheinbaren Windrichtungen und Stärken durch schwache Linien gekennzeichnet. Für das beim Winde auf 4 Strich mit Backbordhalsen im Kurse NS segelnde Schiff A ist der wahre] Wind in der Richtung und Stärke SO-C, der scheinbare RC, während SO-R die Schiffsgeschwindigkeit angibt. Der scheinbare Wind wird um 11/8 Strich abgelenkt und wächst von 18 auf 24 Meilen Geschwindigkeit. Vor dem Winde fallen wahre und scheinbare Windrichtung zusammen, der scheinbare Wind hat jedoch nur eine Geschwindigkeit von 18–9 gleich 9 Meilen] Der letztere Wind variiert daher bei den einzelnen Kursen von 9 bis 24 Meilen Geschwindigkeit, d.h. Windstärke IV–VI. Für das Schiff B gestalten sich die Verhältnisse anders. Die größte Geschwindigkeit erhält das Schiff B bei der Windrichtung von 12 Strich, entsprechend 10 Strich beim Schiff A, und der scheinbare Wind variiert in der Stärke von 10,7 Meilen bis 21 Meilen Nach Ermittlung der Größe und Richtung des scheinbaren Windes tritt nun die Frage auf, wie die Segelstellung zu wählen ist, damit die längsschiffs gerichtete Komponente des Winddrucks ein Maximum wird [3]. Bezeichnet in Fig. 3 DE die Kurslinie, SS1 die Segelstellung, AS = W die Richtung und Stärke des scheinbaren Windes, BS = N die normal auf das Segel gerichtete Komponente des Winddrucks und CS = T die in der Kursrichtung auf Vorwärtsbewegung treibende Kraft, so ist T = N cos u = W cos u) cos u = W cos α cos2 u + 1/2 W ∙ sin α ∙ sin 2 u. [721] T wird ein Maximum für


Besegelung [1]

Dies ergibt tg 2u = tgα, also u = α/2, und demnach wird x = y, d.h. die Segellinie muß den Winkel zwischen Kurslinie und Richtung des Windes halbieren. Diese Berechnung setzt jedoch voraus, daß die Segelfläche eine Ebene bildet; da nun in Wirklichkeit die Segel je nach der Windstärke einen kleineren oder größeren Bauch bilden, so werden die Segel beim Winde etwas härter angebraßt werden müssen, so daß Winkel x < y wird beim Segeln hart am Winde. Hiernach sind die Segelstellungen in den Diagrammen eingetragen; die Normaldruckkomponenten sind mit N, die Längs- und Querschiffskomponenten mit L und Q bezeichnet. Die Längsschiffskomponenten werden um so größer, die Querschiffskomponenten um so kleiner, je weiter der Wind nach Achtern herumgeht, während die Normaldruckkomponenten für alle Segel Heilungen ziemlich gleich bleiben. Daß trotzdem die Geschwindigkeit des Schiffes vor dem Winde verhältnismäßig gering ist, hat in der Hauptsache seinen Grund darin, daß die vorderen Segel von den hinteren bekalmt werden.

Das Diagramm A gibt ferner auch Aufschluß über das Segeln mit Eisschlitten. Es ist bekannt, daß diese Fahrzeuge, die als Sloop getakelt sind, durch ihre Bauart große Stabilität, großen seitlichen Widerstand und äußerst geringe Reibung in der Kielrichtung besitzen, Geschwindigkeiten von 50 Meilen erreicht haben, d.h. die 11/2 fache Geschwindigkeit des dwars einfallenden wahren Windes. Der scheinbare Wind bildet dann einen ganz spitzen Winkel mit der Kiellinie. Da nun die Gaffelsegel nicht viel näher als einen Strich zum Kiel gestellt werden können – Raasegel nur bis 2 Strich – und den scheinbaren Wind mindestens auf 17/8 Strich zu den Segeln, also auf 27/8 Strich zur Kiellinie einfallen lassen müssen, so ergibt lieh für einen Dwarswind von 18 Meilen im Diagramm A eine Geschwindigkeit des scheinbaren Windes von 34 Meilen und eine solche des Fahrzeuges von 28 Meilen, d.h. 11/2 fache Windgeschwindigkeit. Für eine Fahrgeschwindigkeit von 50 Meilen müßte der wahre Wind mit 34 MeilenStärke IX – wehen. Es ergibt sich hieraus, daß, je geringer der Wasserwiderstand und je größer die Segelkraft eines Fahrzeuges ist, desto eher das Maximum der Fahrt mit räumendem Winde erreicht wird. Bei Eisjachten geschieht dies bei 8 Strich Einfallswinkel des wahren Windes, bei sehr gut segelnden Schiffen, Typ A, bei 10 Strich, und bei schlecht segelnden Schiffen, Typ B, erst bei 12 Strich. – Die längsschiffs und querschiffs gerichteten Komponenten des Winddrucks auf die Segel setzen sich mit den entsprechenden Widerständen des Schiffes im Wasser, dem Front- bezw. Seitenwiderstand, zu Kräftepaaren zusammen, die auf Niederdrücken des Buges bezw. Ueberneigen oder Krängen des Schilfes wirken. Erstere Wirkung ist wegen der großen Stabilität des Schiffes um die Querachse von geringer Bedeutung, das Krängen darf jedoch, um dem Schiffe genügende Sicherheit gegen Kentern zu geben, ein bestimmtes Maß nicht überschreiten und muß daher das Segelareal und die Verteilung der Segelfläche der Höhe nach der Stabilität des Schiffes entsprechend gewählt werden. Ist D das Deplacement eine Schiffes in Tonnen, GM die Entfernung des Metazentrums vom Systemschwerpunkt in m, S das Segelareal in m2 und h die Entfernung des Segelschwerpunktes von dem Schwerpunkt des Lateralplanes, dann ist DGM = ShK, wobei K nach Erfahrungsdaten folgende Werte hat:


Besegelung [1]

Kann hiernach das Segelmoment Sh bestimmt werden, so läßt sich doch die Größe des Segelareals nach Wahl von h variieren. Im allgemeinen wird man S möglichst groß wählen, und um ein kleines h zu erhalten, die Segelflächen möglichst tief verteilen. Doch hat die untere Breite der Segel ihre Grenzen, da man die Raaen nicht länger als die doppelte Schiffsbreite[722] wählt. Anderseits ist eine hohe Takelage wirksamer, da die Windgeschwindigkeit in größerer Entfernung von der Wasseroberfläche größer ist, was namentlich für Rennjachten Beachtung findet. Für die Verteilung der Segelfläche auf die einzelnen Massen und der Höhe nach wählt man das Areal der Raasegel des Fockmastes s als Norm und hat S/s = η für die nachstehenden Takelagen folgende Werte [15]:


Besegelung [1]

Für Dampfschiffe, für welche die Besegelung nur zur Aushilfe verwendet wird, wird das Segelareal nach der benetzten Oberfläche benimmt. Ist L die Schiffslänge und U der Umfang des Hauptspants bis zur Wasserlinie, so wählt man S = 0,35–0,4. 115].

Ist die Stabilität des Schiffes gering, so muß das Segelareal nach dem Umfang der Stabilitätskurve (s. Stabilität) bestimmt werden. Die Stabilitätsgrenze muß dann wenigstens bei 70–80º liegen. Ferner muß beim Segeln der Segelschwerpunkt stets in der Vertikalebene der Resultanten des gesamten seitlichen oder lateralen Wasserwiderstandes liegen. Liegt der Segelschwerpunkt weiter nach hinten, so wird ein Drehmoment erzeugt, welches das Schiff in den Wind treibt, es luvgierig macht; liegt er davor, so wird das Schiff leegierig und fällt vom Winde ab. Beide Eigenschaften bringen, da sie durch entsprechende Ruderlage ausgeglichen werden müssen, einen Verlust an Geschwindigkeit mit sich. Durch die Verteilung der Segel längsschiffs ist naturgemäß auch die Stellung der Massen beeinflußt. – Der Segelschwerpunkt der Länge nach wird meist mit Bezug auf den Schwerpunkt des Longitudinalplanes bestimmt, und zwar am sichersten aus Vergleichen mit erprobten Schiffen ähnlicher Besegelung. Im allgemeinen wählt man die Entfernung des Segelschwerpunktes vor dem Longitudinalplanschwerpunkt im Verhältnis zur Schiffslänge: für Raaschiffe zwischen 1/14 bis 1/40 L., für Gaffelschiffe 1/30, L. bis 0; bisweilen liegt der Segelschwerpunkt sogar hinter dem Longitudinalplanschwerpunkt. – Für die Bestimmung des Segelsystemschwerpunktes werden alle Segel als in den Longitudinalplan gebracht gedacht, doch wird Areal und Segelschwerpunkt nur für die Hauptsegel, d.h. solche, welche bei einer guten Segelbrife Windstärke V – geletzt zu werden pflegen, berechnet [10], [12], [15]. Wegen Benennung der einzelnen Segel vgl. Fig. 4 und Bemastung, Fig. 1.

Das Material für die Segel ist Hanf bezw. Flachs oder Baumwolle; Hanfsegel sind bedeutend dauerhafter und widerstandsfähiger gegen Wind und Wetter als Baumwollsegel, und werden dieselben daher für die am meisten gebrauchten Segel verwendet, während Baumwolle mehr für Schönfahrtssegel benutzt wird. Die stärksten Segeltuche liefern das Material zu Persenningen bezw. Bezügen. Das Segeltuch wird in Breiten von 40 bezw. 61 cm geliefert und in zehn Nummern der Stärke nach eingeteilt. Diese Streifen, zum Segel aneinander genäht, heißen Kleider oder Bahnen. Die Bahnen laufen bei Gaffel- und Schratsegeln meist parallel zum Hinterliek, bei Raasegeln parallel zum Seitenliek. Für Rennjachten hat man in Amerika mit Erfolg die Bahnen der Gaffelsegel parallel zum Baum bezw. Unterliek angeordnet, um einem nachträglichen Recken des Segels vorzubeugen. Um der Tuchfläche genügende Fertigkeit und Widerstandsfähigkeit zu geben, wird dieselbe mit einer Taueinfassung, dem sogenannten Liek, versehen; ebenso sind zum Setzen und zum Geien – Anstücken – und Reesen der Segel besondere Taue und Bändsel, sowie Legel und Gatchen erforderlich (Fig. 4). Die Anfertigung der Segel erfolgt in der Segelmacherwerkstätte nach der auf dem Boden aufgeschnürten Zeichnung. Die Kunst des Segelmachers besteht darin, unter Berücksichtigung der Elastizität des Tauwerks und des Segeltuches das Segel derart der Zeichnung anzupassen und zuzuschneiden, daß es beim Winde gut fleht [3], [5], [15]. Für Segelschiffe und Dampfer sind folgende Segelformen in Gebrauch: Die Stagsegel sind Segel von dreieckiger Form, die an Stagen oder Leitern fahren und zwar als Vorsegel oder als Schratsegel zwischen den Massen. Die Raasegel haben die Gestalt eines Parallelepipeds oder eines Paralleltrapezes mit buchtiger Untenseite (Gillung); sie sind mit den Beschlagzeisings an der oberen Raa beteiligt. Die Gaffelsegel haben die Form eines Trapezoids und werden an der Achterkante der Massen mit Ringen oder Reihleinen angeschlagen und an der Gaffel bezw. dem Baum ausgeholt und teilweise auch angereiht. Die Toppsegel sind von der Gestalt eines Dreiecks oder eines Trapezoids, sie fahren zwischen Gaffel und Mail bezw. Stenge (Fig. 5). Die Leesegel sind von der Form der Raasegel und sind an den Leesegelspieren beteiligt. Je nachdem diese Segel auf einen oder mehrere Massen verteilt[723] werden, ergeben sich die verschiedenen Segelschiffstypen (s.d.). Für Bootstakelagen kommen neben den Stag- und Gaffelsegeln noch folgende Segelformen in Anwendung. Die Luggersegel, von trapezoidischer Form, fahren an geneigten Raaen (Fig. 6). Die Sprietsegel, in Gestalt eines Parallelepipeds, werden am Mail gehißt und durch den sogenannten Spriet gespreizt (Fig. 7). Die Slidinggunter Segel oder Gleittakelage, von dreieckiger Form, fahren am Mast und an einer Gleitstange (Fig. 8). Die lateinischen Segel, von dreieckiger Form, fahren an einer geneigten Raa, deren vordere Nock teilweise belegt ist (Fig. 9). Die Kattakelage besteht aus einem Gaffelsegel (Fig. 10). Sämtliche Segel sind neben den Vorrichtungen zum Setzen und Bergen derselben – Heiß oder Fall, Niederholer, Schoten, Halsen, Reileine, Nockbändsel, Brassen, Buleinen, Gatchen, Legel, Gording, Geitau – mit Einrichtungen versehen, die Segel mit verkleinerter Fläche zu fahren, d.h. sie zu reefen. Hierzu dienen die Reefe, bestehend aus Reefbändsel, Reefzeisingen, Gatlegel, Reeftaljen, Schmeereep u.s.w. Bei kleineren Segeljachten ist bei Gaffelsegeln das sogenannte Patentreef vielfach in Gebrauch; es ist eine Art Knarre, mit der das Segel auf den Baum aufgewickelt wird.

Die Segelführung richtet sich nach der Windrichtung und dem Kurs. Bei Wind von achtern – raumschots – sowie bei Bagstagwind oder mit raumem Wind, d.h. kommt der Wind von achtern bezw. mit 10–12 Strich von vorne ein, so werden die Gaffelsegel mit abgefiertem Baum und die Raasegel gesetzt, und finden dann bei schwacher Brise die Ballonsegel, Leesegel, die Breitfock, sowie die Schei- oder Skysegel (leichte Raasegel über den Oberbramsegeln) Verwendung. Beim Segeln hart am Winde- 4–8 Strich von vorne- werden die Beimwindsegel, Gaffel- und Stagsegel benutzt und werden bei frischer Brise außerdem die Toppsegel geborgen. Kommt der Wind weniger als 4–5 Strich von vorne, so muß aufgekreuzt werden, d.h. man segelt im Zickzack mit Backbord- und Steuerbordschlägen hart am Winde; derjenige Bug, über den der größte Schlag gemacht werden kann, heißt Streckbug.


Literatur: [1] Mitteilungen aus dem Gebiete des Seewesens, Pola 1887. – [2] Ebend., Pola 1883. – [3] Dick und Kretschmer, Handbuch der Seemannschaft, Berlin 1899. – [4] Dixon Kemp, Manual of yacht and boat sailing, London 1900. – [5] Belitz, Seglers Handbuch, Berlin 1897. – [6] Hildebrandt, Praktisches Lehrbuch für junge Seeleute, Danzig 1893. – [7] White, Manual of naval architecture, London 1894. – [8] Hauser, Cours de construction navale, Paris 1886. – [9] Brix, Bootsbau, Berlin 1892. – [10] E. Krieger-Johows Hilfsbuch für den Schiffsbau, Berlin 1902. – [11] Paasch, H., Vom Kiel zum Flaggenknopf, Antwerpen 1894. – [12] Pollard et Dudebout, Théorie du navire, Paris 189192. – [13] Steinhaus, Die Konstruktion und Bemastung der Segelschiffe, Hamburg 1869. – [14] Brommy und Littrow, Die Marine, Wien 1878. – [15] Middendorf, F.L., Bemastung und Takelung der Schiffe, Berlin 1903. – [16] Steinhaus, C.F., Die Konstruktion und Bemastung großer Segelschiffe, Hamburg 1899.

T. Schwarz.

Fig. 1.
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Fig. 2., Fig. 3.
Fig. 2., Fig. 3.
Fig. 4.
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Fig. 5.
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Fig. 6., Fig. 7.
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Fig. 8., Fig. 9.
Fig. 8., Fig. 9.
Fig. 10.
Fig. 10.
Quelle:
Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 1 Stuttgart, Leipzig 1904., S. 720-725.
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