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Das neuerungsgemäße System dient dazu, nach Möglichkeit eine drohende Kenterung automatisch abzuwenden, im Falle einer dennoch stattfindenden Kenterung durch automatisch kontrollierte Reduzierung der mechanischen Spannung der Wanten und Stage zu ermöglichen, ein ausreichend nachgiebiges Verhalten des Riggs während Kenterungs- und Wiederaufrichtvorgang herzustellen und damit die Auswirkung der auf die Wanten und Stage bzw. deren Befestigungspunkte einwirkenden Kräfte dergestalt zu reduzieren, dass jene Bestandteile den belastenden Kräften ausreichend standhalten und zumindest nicht brechen. Nach dem Wiederaufrichten stellt das System die für den Segelbetrieb erforderliche ursprüngliche Spannung von Wanten und Stagen und die Normalstellung des Mastes wieder her.
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Stand der Technik
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Im Falle einer Kenterung bewirken die Schwungkräfte der sich durch Seegang in hohem Tempo in ihrer Lage verändernden Massen der Yacht große Kräfte auf alle ihre Bestandteile; besonders ist die Beanspruchung des Riggs enorm.
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Insbesondere treten diese unkontrollierbaren Kräfte beim Auftreffen des Riggs auf die Wasseroberfläche auf und führen sowohl bei Einrumpf- wie auch bei Mehrrumpfyachten bislang unvermeidlich fast immer zu schweren Schäden. Auch wenn sich eine Einrumpfyacht meist wieder aufrichtet, wenn nicht zu viel Wasser in ihr Inneres eingedrungen ist, so ist der Mast doch in den meisten Fällen nicht mehr in seiner Gebrauchsposition und damit oft ein Seenotfall mit entsprechender Gefahr für Leib und Leben der Crew eingetreten. Sofern es der Crew möglich ist, aus den verbliebenen Rigg-Bestandteilen ein Notrigg aufzurichten, kann sie eventuell segelnd einen Hafen, eine Insel oder einen Schifffahrtsweg erreichen, um fremde Hilfe zu finden. Andernfalls kann sie nur auf Satellitenortung und nachfolgende Bergung hoffen, denn die Maschine ist danach oft nicht mehr betriebsfähig,
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Eine Mehrrumpfyachten wie z. B. ein größerer Katamaran lässt sich ohne fremde Hilfe bislang nach einer Kenterung nicht aufrichten, sofern ihr Rigg nicht mehr in seiner aufrechten Position steht. Nur sofern sie im Mast-Topp einen ausreichend dimensionierten Auftriebskörper trägt – fest oder sich nach Art eines Airbags oder einer Rettungsinsel automatisch aufblasend – kentert sie nicht durch (d. h. sie schwimmt dann nicht „auf dem Kopf stehend”). Sie kann in diesem Fall nach einem in der Fachliteratur beschriebenen Verfahren durch Fluten des nach einer Seitenkenterung noch schwimmenden Rumpfes – bzw. in diesem eingebauten Flutkammern – unter günstigen Umständen aufgerichtet werden. Ist der Mast durch Schäden der Wanten bzw. anderer Stage aber nicht mehr in seiner Normalposition, gelingt das nicht und es liegt ein Seenotfall mit entsprechenden Risiken vor. Nach mehreren entsprechenden spektakulären Kenterungen großer Katamarane in jüngster Zeit gilt Katamaran-Segeln infolgedessen noch mehr als bislang für riskant, weshalb die zahlreichen Vercharterer diese Mehrrumpfyachten nur mit stark reduzierter Segelfläche ausstatten, um insbesondere unerfahrene Charterer – und damit auch ihre eigene Flotte – vor Schäden zu bewahren. Besonders für diese Art von Yachten ist die Neuerung von größtem Vorteil.
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Aufgabenstellung
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Zunächst ist durch einen vorgeschalteten Teil der kombinierten Vorrichtung der Versuch zur Abwendung einer drohenden Kenterung auszuführen; gelingt das aber infolge der unkontrollierbaren Seekräfte nicht, so ist unmittelbar danach durch den nachfolgenden Teil der Kombination zu bewirken, dass nicht nur die Reparaturkosten eines beschädigten Riggs verringert oder vermieden werden, sondern auch die oft enormen Kosten einer Bergung von Crew und/oder Yacht, und in diesen zwei Schritten vor allem die Voraussetzung dafür zu schaffen, einen Seenotfall zu vermeiden. Es soll damit ermöglicht werden, nach Aufklaren der im Falle einer Kenterung durcheinander gebrachten Leinen, Segel und anderer Bestandteile wieder weitersegeln zu können, um z. B. von hoher See wieder an Land zu gelangen.
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Die kombinierte Vorrichtung darf andererseits die übliche Nutzung nicht mehr als unbedingt vermeidbar beeinträchtigen, sondern möglichst – z. B. durch Vermeiden sich ungünstig auswirkender Segelflächenreduzierung an Mehrrumpfyachten – besonders deren Verwendung fördern.
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Lösungen für entsprechende Vorrichtungen sind im Folgenden in verschiedenen Ausführungen anhand von Beispielen für Katamarane dargestellt, weil deren Mast im Falle einer Kenterung stets auf der Wasseroberfläche aufschlägt, was bei Einrumpfyachten selten vorkommt. Bei beiden Yachttypen sind die Folgen zwar ähnlich schwer, doch richten sich Einrumpfyachten auch aus extremer Seitenlage meist wieder auf, bevor der Mast das Wasser berührt; sobald eine Mehrrumpfyacht aber eine starke Schräglage überschritten hat, kippt sie völlig um. Sie bleibt in Seitenlage, sofern der Mast durch einen festen oder sich aufblasenden Auftriebs bzw. anderweitig genügend Auftrieb besitzt; andernfalls kentert sie durch und ihr Mast zeigt dann nach unten. Ist die Wassertiefe genügend größer als ihre Masthöhe, wird das Rigg nicht durch Grundberührung beschädigt. Weil es keine Möglichkeit gibt, bei Durchkentern in flacherem Wasser solche Beschädigung zu vermeiden, empfiehlt es sich stets, das Rigg durch ein zweistufiges Verfahren mit Hilfe der Vorrichtungskombination zu schützen, wie sie im Folgenden anhand von Beispielen beschrieben ist.
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Lösung (vorzugsweise aber nicht ausschließlich für Katamarane)
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Ein Verfahren, welches zunächst durch automatisches Fieren der Schoten eine drohende Kenterung abzuwenden versucht, im Falle einer Kenterung dann unmittelbar automatisch die Spannung der Wanten und Stage kontrolliert verringert und gleichzeitig dem Mast eine entsprechende Nachgiebigkeit ermöglicht, schützt davor, dass zu hohe Kräfte auf das gesamte Rigg einwirken und zum Bruch von einzelnen das Rigg stützende Bauteile führen, was einer Katastrophe gleichkommen würde. Beide Folgevorgänge werden gesteuert durch eine Mikroprozessorsteuerung der Vorrichtung. Nach dem Verfahren stellt die Vorrichtung ferner – nach einem wie immer erfolgten Aufrichten – die korrekte Stellung des Mastes voll- oder halbautomatisch wieder her, sofern jener durch die von der Neuerung aufgabengemäß erbrachte Nachgiebigkeit des Riggs seine Position verändert haben sollte.
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Ein Beispiel einer für die beiden Stufen einer von Mikroprozessor samt entsprechenden Sensoren, Verstärkern, Ventilen und Getrieben gesteuerten Vorrichtungskombination ist anhand der Zeichnungen erklärt und folgendermaßen beschaffen:
Zunächst die erste Stufe: Sobald die Lage- und Beschleunigungssensorik der Mikroprozessorsteuerung erkennt, dass eine Kenterung unmittelbar droht, löst sie das Fieren einzelner – oder je nach Programmierung sämtlicher – Schoten aus durch Öffnen der die Schoten hinter den Winschen festklemmenden bekannten Schotklemmen.
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Bei nicht selbstholenden Winschen geschieht dies durch Auslösen des Öffnungsmechanismus z. B. in bekannter Weise mittels von einem Elektromagnet betätigten Seilzuges – wie z. B. bei der Lösevorrichtung von Backstagen verwendet. Bei selbstholenden Winschen wird der Sperrklinkenmechanismus in gleicher oder ähnlicher Weise gelöst; bei motorisch angetriebenen Schotwinschen eine zwischen Winsch und Winschantrieb geschaltete Kupplung – alles dem Durchschnittsfachmann bekannte Elemente, die hier nicht näher beschrieben werden müssen, aber in Zeichnung Blatt 7 bzw. 8 schematisch dargestellt sind.
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Die zweite Stufe, die von der Mikroprozessorsteuerung unmittelbar nach Scheitern des Versuchs einer Abwendung von Kenterung ausgelöst wird, arbeitet wie folgt: Eine die beiden unteren Wantenenden verbindende gemeinsame flexible, hochbelastbare Wanten-Verbindungsleine verläuft quer von einer Schiffsseite zur anderen (z. B. in einem Tunnel) über Rollen, die an den beidseitigen Püttings angelenkt sind. An geeigneter Stelle – vorzugsweise in Schiffsmitte – wird die Leine zwischen zwei weiteren Rollen vorzugsweise nach oben (oder nach unten bzw. etwa in Schiffslängsrichtung) ausgelenkt und an ihrem Zenith mehrfach in bekannter Weise über eine Antriebs-Spillrolle geführt. Dieses Spill wird von einem hydraulisch gesteuerten Spannschlitten zur Spannung der Wanten senkrecht zu seiner Drehachse bewegt und von einem Getriebemotor – vorzugsweise ebenfalls hydraulisch – angetrieben, um nach einer in der Kenterung erfolgten Stellungsausweichung des Mastes diesen nach dem Aufrichten wieder in seine Position zu bewegen. Die Wantenspannung wird wie erwähnt von dem – vorzugsweise hydraulisch – bewegten Schlitten während des Segelns in elektronisch exakt gesteuertem Druckwert gehalten, der im Falle des Kenterns über ein Magnetventil – oder umschalten von zwei Ventilen – augenblicklich auf einen bestimmten zweiten Druckwert reduziert wird. Konstant gehalten werden die von der elektronischen Steuerung vorgegebenen Druckwerte mittels eines bzw. zwei hydraulischen, von einer hydraulischen Pumpe gespeisten Druckspeichern, Die Spannung der Wanten wird von dem auf niedrigeren Wert eingestellten Druckspeichers aufrecherhalten, damit der Mast durch die Massenkräfte und den entgegenwirkenden Wasserwiderstand aus seiner Normalposition kontrolliert ausgelenkt werden kann. Der auf höheren Druck eingestellte Druckspeicher hält die Wanten während des Segelns aufrecht. Ein Ausgleich der sich bei Veränderung der Maststellung ergebenden Abstände des Masttopps von den Püttings wird von der Umlenkung der Verbindungsleine bewirkt, deren Scheitelpunkt unter Aufrechterhaltung der jeweiligen Wantenspannung verstellt wird – in verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen ersichtlich. Jede andere als die Normal-Position bewirkt nämlich einen kleineren Summenwert der Wantenlänge; denn die Seitensumme eines gleichschenkligen Dreiecks ist größer als die eines ungleichschenkligen Dreiecks von gleicher Grundlinien- und Mittellinienlänge.
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Derjenige Want, der auf der Seite verläuft, von der sich der Masttopp hinwegbewegt wird dabei zwar länger, jedoch nicht um das gleiche Maß als der auf der gegenüber liegenden Seite verlaufende Want kürzer wird. Diese sich aus den geometrischen Werten ergebende Differenz wird von dem hydraulischen Druckspeicher ausgeglichen, der es zulässt, dass die auf einem ein Spannschlitten angeordnete Umlenkung gerade soweit nachfährt, als die Hälfte der Differenz ausmacht, um die Wantenspannung stets auf beiden Seiten gleich zu halten, denn anders würde die auf dem Spill verlaufende Aufwicklung der Wantenverbindungsleine lose kommen. Die Nachgiebigkeit des Systems wird dabei bewirkt durch eine ebenfalls vorzugsweise hydraulisch bediente Kupplung, welche die Spillrolle mit der Spill-Getriebeachse verbindet und deren Kupplungskraft während des Kentervorgangs ebenfalls elektronisch gesteuert das Getriebe mit der Spillrolle verbindet, sodass das Rigg dem Wasserdruck ausreichend und weich nachgeben kann, ohne dass die Wantenspannung nachlässt bzw. der Mast außer Kontrolle gerät.
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Der den Spannschlitten bewegende ebenso wie der die Kupplung betätigende hydraulische Druckzylinder können von einer kräftigen Feder abgestützt sein, um das elastische Verhalten zu unterstützen. Ferner sind sowohl die den Druckspeicher füllende Hydraulikpumpe als auch das Spillgetriebe und die Magnetventile jeweils mit Handhilfsbetätigung ausgestattet, um bei Stromausfall das System von Hand bedienen zu können.
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Hervorzuheben ist, dass durch das Nachgeben der Wanten bzw. durch die exakt kontrollierte Absenkung des die Wantenspannung aufrecherhaltenden Druckes – geradezu unvermeidlich – auch ein nachgiebiges Verhalten des Vorstags bewirkt wird, sodass auch bei einer Kenterung über Bug oder Heck – statt über eine der Seiten – ausreichender Schutz des Riggs bewirkt wird, sofern wie üblich Katamarane kein Achterstag fahren, sondern die Stützung des Mastes von achtern durch eine Anordnung der Püttings in einiger achterlicher Entfernung vom Mast gegeben ist. Außerdem ist der Mast eines modernen Katamarans üblicherweise mit einem sog. Diamondrigg ausgesteift und fährt daher auf jeder Schiffsseite nur einen einzigen Want.
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Die elektronische Mikroprozessor-Steuerung ist – entsprechend programmiert – mit entsprechenden Drucksensoren, Beschleunigungssensoren und Lagemeldern sowie einem eigenen kleinen Lithium-Akku samt Ladegerät nach Art einer Laptop-Stromversorgung ausgestattet, um von der Stromversorgung der Yacht unabhängig zu sein. Selbstverständlich sind sämtliche elektrischen Elemente seewasserdicht gekapselt. Nach einem wie auch immer erfolgten Aufrichten stellt die Steuerung durch Betrieb des entweder selbsthemmend oder mit Bremse ausgeführten Spillantriebes die Normallage her.
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Das Verfahren bzw. die Vorrichtungskombination stellen in zwei Stufen durch Vermeidung eines Riggschadens gleichzeitig die wichtigste Voraussetzung für einen ohne fremde Hilfe verlaufenden Aufrichtvorgang dar, wie er mit anderem Verfahren ermöglicht werden kann – wenn denn das Rigg unbeschädigt bleibt. Darum geht es.
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Anmerkung
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Das alles liest sich als sehr aufwendig, wenn man aber berücksichtigt, dass ein derartiger Katamaran einen Wert von mehreren hunderttausend Euro besitzt und Rettungs, Bergungs- bzw. Reparaturkasten sehr hoch sein können und gleichzeitig vor Allem anderen die Überlebenschancen einer Crew durch die Vorrichtung erheblich verbessert werden, so erkennt man, dass der hohe Aufwand in gutem Verhältnis zum Ergebnis steht. Im übrigen liegen die Kosten nicht wesentlich höher als die der üblicherweise mitgeführten Ortungs- und Rettungseinrichtungen. Zudem bestehen erhebliche Einsparungen an Versicherungskosten für derart ausgerüstete Yachten. Ein Vorteil für den Vercharterer besteht auch darin, dass er nicht jedes Mal eine Bergungsmannschaft beauftragen muss, um einen gekenterten Katamaran wieder betriebsfähig zu machen – die Vorteile für die Chartergäste liegen ohnehin auf der Hand.
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Es sei auch daraufhingewiesen, dass die berühmte Americas-Cup-Kommission entschieden hat, dass ihre weiteren Regatten nicht mehr mit Einrumpfyachten, sondern ausschließlich mit Mehrrumpfyachten wie Katamaranen oder Trimaranen ausgetragen werden.
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Die Zweckmäßigkeit der erfindungsgemäßen Neuerung wird von erfahrenen Seglern, besonders von Katamaranseglern in aller Welt bestätigt.
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Zeichnungslegende (Die Zeichnungen zeigen schematische Darstellungen)
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In den Blättern 1–2 sind zur Vermeidung des Kenterns benötigte Komponenten, im Blatt 3 ein Übersichtsschema und in den Blättern 4–6 Ausführungs- bzw. Anordnungsbeispiele der zur Vermeidung von Beschädigung benötigten Komponenten sowie die für beide Stufen gemeinsame Mikroprozessorsteuerung gezeigt.
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Blatt 1 zeigt in 1 eine übliche Schotwinsch (10) mit durch die von einer Mikroprozessorsteuerung im Augenblick drohender Kenterung angesteuerte automatisch lösende Schotklemme (10.1) üblicher Bau- und Funktionsweise mit dem mit einem eingebauten Elektromagnet ausgestatteten Auslöseelement (10.2), welches die an Gelenk (10.3) angelenkte Schotklemme (10.1) aus seiner Halterung (10.4 – Pfeil a) löst, wodurch sie wie gezeigt (Pfeil b) hochspringt und die Schot (10.5 – Pfeil c) freigibt, sodass die Schotpart (10.6 gemäß Pfeil d) das Segel (nicht gezeigt) auswehen lässt.
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Blatt 2 zeigt in 2 eine übliche sog. selbstholende, mit Motorantrieb (20.1) ausgestattete Schotwinsch (20) mit durch die im Augenblick drohender Kenterung von der Mikroprozessorsteuerung automatisch lösende Brems- bzw. Blockiervorrichtung (20.2) an sich bekannter Bauweise, die zwischen Getriebe (20.3) und Winschachse (20.4) eingebaut sein kann. Alternativ kann die Schot auch gelöst werden, indem der Oberteil (20.7) der Klemmscheibe (20.6) von der Steuerung angehoben wird. Die Schot (20.5) wird durch Lösen der Blockiervorrichtung (20.2 bzw. 20.7)) freigegeben und Part (20.8) läuft in Pfeilrichtung a aus, wodurch das Segel (nicht gezeigt) ausweht.
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Blatt 3 zeigt in 3 die beiden Rümpfe (30.1 u. 30.2) eines Katamarans im Querschnitt, die auf einer Verbindungsbrücke (30.3) den Mast (40) in einer gelenkigen Verbindung (40.4) tragen. Der Mast (40) ist in einer Normalstellung gezeigt sowie in einer durch Nachgeben ausgelenkten Stellung (40.a liniert dargestellt und zur besseren Erkennbarkeit in übertriebener Schrägstellung). Der Mast (40) ist mittels der Salinge (= Querstreben 40.1) und Stagen (40.2) ausgesteift und durch die Wanten (50), bestehend aus Want-Oberteilen (50.1) und Want-Verbindungsleine (50.2) in seiner Stellung gehaltert, während der dritte zur Stabilisation des Mastes (40) am Masttopp (40.3) befestigte Stag, das Vorstag (nicht gezeigt, weil es in dieser Ansicht vom Mast (40) verdeckt bleibt) den Mast hält. Durch das Spillgetriebe (50.3) wird der Mast (40) mittels der über die Umlenkrollen (50.4) geführten Want-Verbindungsleine (50.2) nach einer von einer Kenterung verursachten Auslenkung des Masttopps (40.3) wieder in die Normalstellung zurückgezogen. Die Maßangaben (m) und (n) zeigen, dass sich bei der Auslenkung unterschiedliche Längen ändern, zu deren Ausgleich die in folgenden Blättern in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigte Umlenkrollen-Verstellung per Spannschlitten bzw. per Spill-Verschub dient.
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Blatt 4 zeigt in 4 die auf der Wasseroberfläche (0) schwimmenden Rümpfe (30.1 u. 30.2) mit der Verbindungsbrücke (30.3) und darauf befestigten Umlenkrollen (50.4 bzw. deren Halter 50.5) und den darauf stehenden Mast (40) bzw. dessen Gelenkträger (40.4) mit ebenfalls darauf befestigtem Federelement (60.1), darauf Pufferelemente (60.2 und 60.3), darüber Kraftelement (60.4) mit Schubstange (60.5) und auf Spannschlitten (60.6) montiertem Schubbügel (60.7), auf diesem Spannschlitten (60.6) montiertem Spill (50.3) mit Spillreibkupplung (50.5 verdeckt) und Spillantrieb (50.6, verdeckt)
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Blatt 5 zeigt in 5 das Spill (50.3) (50.5 u. 50.6 verdeckt) in am Mast unverschiebbar fest montierter Anordnung, weshalb in dieser Ausführung der erforderliche Längenausgleich durch die Umlenkrolle (50.7) hergestellt wird, auf Spannschlitten (60.6) in einer Gleitführung (60.8) verschiebbar angeordnet. Auf dem fest auf der Verbindungsbrücke (30.3) montierten Mastfuß (40.5), steht abgedichtet mit Manschette (40.6) der Mast (40), in oder an dem die von Schwenkbefestigung (40.4) getragenen, zur Aufrechterhaltung der in zwei Stufen variablen Wantenspannung erforderlichen Bauteile (60.1–60.8, s. Blatt 4) sowie die von jenen getragene Umlenkrolle (50.7) angeordnet sind.
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Weiter sind abgebildet die zur Aufrecherhaltung der Wantenspannung benötigten Antriebs- bzw. Steuerelemente, beispielsweise Hydraulikbauteile, wie Ventilsteuerblock (70.1), Pumpe (70.2), Rohr- oder Schlauchleitungen (70.3) und die mit Verstärkerelementen, eigener Stromversorgung usw. ausgestattete Mikroprozessorsteuerung (80) mit Steuerleitungen (80.1) und Verkleidungsteile (90).
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Blatt 6 zeigt in 6 eine andere Anordnung der Umlenkrollen (50.4) und auf der Verbindungsbrücke (30.3) montierten Spill (50.3) sowie die in Bilderklärung von Bild 5 bezeichneten Elemente.
