Sportgemeinschaft

Wasserfreunde Brieselang e.V.

Wellen - Wellen - Wellen

 

Bevor wir uns mit den verschiedenen Bootsformen befassen,

müssen wir noch vorher ein wenig in die Physik

der Wellen eindringen. Wellen in verschiedenster Form

und Größe sind nun einmal der größte Feind der Schifffahrt

und wenn unser “Kreuzer” selbst schöne große Wellen

produziert dann ist das die beste Bremse und kräftige

Energievergeudung die zudem Uferzonen und Tiere belastet.

Die Skipper kleinerer Boote gelegentlich nass macht

und verärgert.  Wer es wissenschaftlich mag füttere nun

eine Suchmaschine mit den Begriffen “Oberflächenwellen”

und “Wasser”, für alle anderen will ich es mit einer etwas

volkstümlicheren Erklärung versuchen.  Wellen sind

nämlich eine eigene Wissenschaft für sich.

 

Der Schein trügt, wenn sie gleichmäßig über den See rollen so bleibt doch das Wasser immer an der gleichen Stelle. Wirft man schwebende Kügelchen in das Wasser so beschreiben sie jede für sich eine annähernd kreisförmige Bahn. Der Kreis ist an der Oberfläche am größten und nimmt mit zunehmender Tiefe immer mehr ab. Der Abstand der Wellenberge ist die Wellenlänge L und die Höhe an der Oberfläche die Amplitude A. Um eine Oberflächenwelle zu erzeugen bedarf es einer Quelle die mit entsprechender Kraft auf eine bestimmte Wassermenge einwirkt.

Grob vereinfacht merken wir uns:

- großer Druck ergibt große Amplitude

- große Übertragungsfläche ergibt große Wellenlänge

Natürlich hat das ganze Grenzen, bei großem Druck auf eine kleine Fläche wird man bald feststellen, das es keine besonders hohe Welle entsteht sondern das Wasser einfach wegspritzt. Die in einer Welle speicherbare kinetische Energie ist also im wesentlichen von der Wellenlänge abhängig.

Lange Wellen reichen tiefer, es ist eine viel größere Menge Wasser an der kreisförmigen Bewegung beteiligt.

Ein weiteren wichtigen Fakt wollen wir hier einfach zur Kenntnis nehmen (die physikalische Erklärung wäre etwas zu kompliziert).

Die Geschwindigkeit mit welcher sich eine Oberflächenwelle ausbreitet hängt von der Wellenlänge ab. Reicht die Wassertiefe nicht mehr aus, läuft die Welle auf Grund und wird langsamer. Die Wellenlänge nimmt ab. Die gespeicherte Bewegungsenergie muß ausweichen und bewirkt nun die Vergrößerung der Amplitude bis sich die Welle steil aufrichtet und mit rauschendem Getöse überschlägt. 

Lange Wellen mit sehr hoher Energie sind oft nicht sichtbar, so kann z. B. ein Seebeben eine Welle von 100 km Länge und nur 50 cm Amplitude auslösen. Diese “Tsunami”  laufen mit bis zu 600 km/h auf eine Küste zu, türmen sich dort plötzlich bis 20 m Höhe auf um dann ganze Landstriche zu verwüsten. In letzter Zeit sind Satelliten für Ortung und Vorhersage solcher Wellen entwickelt worden.

So schreckliche Dinge bleiben uns auf Binnengewässern zum Glück erspart, aber es soll schon “Experten” gegeben haben die aus Unkenntnis über die Wirkung ihren “Powergleiter” in den eigenen Wellen versenkt haben. 

 

 

 

 

 

Der Verdränger:

 

Große Massen mit wenig Energie gemächlich transportieren,

das waren die Ansprüche welche unsere Vorfahren an ihre

Boote stellten. Urtyp aller Verdrängerschiffe ist der Kutter

welcher wohl seine Form eher dem Zimmermann als einem

Strömungstechniker zu verdanken hat. Aber Geschwindigkeit

ist eben nicht alles, ein Boot muß vor allem Wind und Wellen

überstehen und sich dabei auch noch gut manövrieren lassen.

Beim Verdränger übt der Bug auf das vor dem Boot liegende

Wasser einen Druck aus. Die Oberfläche hebt sich und das

Wasser strömt allseitig ab. hinter dem Heck schließt es sich

wieder wobei die Oberfläche zunächst tiefer liegt.      

 

Es ist vor allem diese Höhendifferenz multipliziert mit der Breite des Bootes welche dem Vortrieb Widerstand entgegensetzt. Der statische Wasserdruck ist am Bug größer als am Heck. Hier erkennen wir schon wichtige Ansätze wie die Antriebskraft verringert werden könnte.

1. - Den Querschnitt des Bootes so klein wie möglich ausführen und dafür in der Länge zulegen. (Sprichwort: Länge läuft)

2. - Dem Bug eine Form geben welche eine möglichst geringe Wellenhöhe anstaut und mehr in die Tiefe wirkt (lange flache Welle) 

3. - Den Querschnitt schmal und dafür mit größerem Tiefgang ausführen. (höher als breit, die Masse tief unter der Wasserlinie) 

4. - Das Heck so gestalten, daß das Wasser ohne Strömungsabriss wieder zusammengeführt wird. (also langer gleichmäßiger Verlauf)

 

 

 

 

 

Der Kompromiss:

 

Bei langen Schiffen löst sich am Bug die Welle ab,

das Wasserniveau bleibt dann bis zum Heck relativ konstant

um hinter dem Heck wieder abzusinken.

Bei größeren Frachtschiffen können wir das gut beobachten

auch wenn das Wellenbild zum Teil vom Schraubenwasser

verändert wird. Bei unserem Sportkuttern sieht das leider

viel ungünstiger aus. Die generierte Wellenlänge steigt

mit der Geschwindigkeit und ist bereits bei  8 bis 12 km/h

länger als unser Boot. Bug und Heckwelle gehen ineinander

über und addieren sich. Nun versinkt unser Heck im

Wellental, der Bug schwimmt auf dem Kamm und zu allem

Überfluss schiebt der Antrieb das Boot steil auf so das sich

der aufs Wasser drückende Querschnitt ungünstig vergrößert. Die Kaffeetassen haben längst den Tisch verlassen, der Motor rattert auf dem letzten Loch, nur unser Boot wird kaum noch schneller.

 

An diesem Punkt ist Bescheidenheit angesagt, es geht nicht schneller, wir haben die sogenannte “Rumpfgeschwindigkeit” erreicht welche im wesentlichen von der wirksamen Bootslänge abhängig ist und näherungsweise von der Formel 4,5 x Wurzel aus LängeWasserlinie beschrieben wird. (LWL in Meter, Ergebnis in Km/h) 

Was bringt dann noch eine ausgeklügelte Formgebung? Zumindest spart man Energie und kommt mit weniger Motorleistung näher an die theoretische Rumpfgeschwindigkeit heran. Die optimale Form ähnelt unter der Wasserlinie etwa einer Kaulquappe, vorn dicker runder Körper,  nach hinten schlank auslaufend. Nur selten treiben die Bootsbauer den hohen Aufwand für solche Formen. Bei den meisten Yachten wird mehr in Luxus und Ausstattung investiert und die sinnlos verballerten PS noch als Werbeargument mißbraucht. Wer glaubt, mit viel Power der Rumpfgeschwindigkeit eines Verdrängerkörpers ein Schnippchen schlagen zu können begibt sich in Lebensgefahr. Das Boot wird mit Gewalt auf die Welle geschoben und unstabil. Es kann schlagartig kentern. 

 

 

 

 

 

schnell, schneller, am schnellsten  - der Gleiter:

 

Mit der mickrigen Rumpfgeschwindigkeit wollten sich die

Bootsbauer natürlich nicht zufriedengeben und so suchte man

mit dem Aufkommen stärkerer Motoren nach einer

Möglichkeit schneller zu fahren. Natürlich war bereits

bekannt, dass wenn man ein Brett schräg über die

Wasseroberfläche schiebt, es bei entsprechendem Tempo

einen kräftigen Auftrieb bekommt. Die einfachsten Gleitboote

sind auch nicht mehr als ein vorn abgeschrägter Kasten mit

glattem Boden. Beim Gleiten macht man sich die

Massenträgheit des Wassers zu nutze. Das Boot drückt mit

seiner Bodenfläche bei entsprechendem Tempo nur den

Bruchteil einer Sekunde auf die Wasseroberfläche.

Mit steigender Geschwindigkeit wird die für den Auftrieb notwendige Fläche kleiner und die für den Vortrieb notwendige Kraft immer geringer.

 

Es wäre zu schön wenn es da nicht noch so ein kleines Problem gäbe. Bevor ein Boot in Gleitfahrt kommt ist es nämlich erst einmal bei niedrigem Tempo ein Verdränger, und zwar auf Grund der zum Gleiten notwendigen breiten Form ein ziemlich schlechter. Im Bereich der Rumpfgeschwindigkeit zieht ein Gleitboot daher eine sehr große Heckwelle hinter sich her. Wenn solch “Experte” in einem Kanal von vorn entgegenkommt kann man manchmal noch bis zu 1 km auf seiner Heckrolle “Walzerbahn” fahren. 

Um in Gleitfahrt zu kommen muß mit sehr viel Motorschub das Boot über den “Wellenberg” beschleunigt werden. Das geht natürlich umso leichter je geringer die Differenz zwischen Rumpfgeschwindigkeit und niedrigster Gleitgeschwindigkeit ist. Hier sind also auch wieder längere Boote im Vorteil (aber breit ist stabiler und sicherer). Außerdem kann man den Übergang noch verbessern indem man die Trimmung des Antriebs so verstellt daß das Heck angehoben wird. Auch die Beladung spielt eine große Rolle, alle schweren Sachen gehören nach vorn.

Um eine niedrige Gleitgeschwindigkeit zu erhalten muß das Boot auch noch möglichst leicht sein. Als Schmerzgrenze kann man von maximal 150 kg / m² ausgehen. Der Körper eines Gleitbootes muß zudem auch noch sehr stabil sein, Das bedeutet konsequenter Leichtbau (teuer) und sparsame Ausrüstung. Hochseetüchtige Gleiter besitzen einen sehr langen spitzen Bug mit einem schmalen V-förmigen Kiel. Nur so können sie bei höherer Geschwindigkeit dem Anprall größerer Wellen standhalten und das Rütteln der “Buckelpiste” wird erträglich. Meist kommen sie erst ab 35 km/h in die ökonomischere Gleitfahrt, sind also für Binnengewässer ungeeignet.     

 

Damit ein Gleitboot auch Kurven fahren kann erhält es eine

sogenannte “Kimmung”. Der Winkel ist in der Regel vorn

steiler und wird zum Heck flacher. Im Wasser entsteht eine

Furche in der das Boot wie auf Schienen geradeaus läuft.

Zusätzlich besitzt der Boden Stufen welche bei Kurvenfahrt

auf der Außenseite zusätzlich ein Wasserpolster erzeugen.

Das Boot legt sich wie ein Motorrad auf die innere Seite.

Bei sehr engen schnellen Kurven gräbt das Boot mit dem

Heck eine tiefe Kuhle in den See.  Ein in schneller Gleitfahrt

befindliches Boot erzeugt nur noch kleine flachlaufende

Wellen die hauptsächlich vom Strömungsabriss am Heck

und vom Schraubenwasser stammen. Sie haben nur eine

geringe Reichweite und erreichen in größeren Seen nicht mehr das Ufer. 

 

 

 

 

 

von allem ein bisschen, der Halbgleiter:

 

Obwohl er eigentlich nichts richtig kann, ist er doch bei

kleineren und mittleren Motorjachten die am häufigsten

vorkommende Bauform. Das liegt vor allem daran, dass er

den Wunsch nach höherer Geschwindigkeit mit der

Möglichkeit nach mehr Masse (Komfort) verbindet.

Das Ergebnis ist, wie könnte es anders sein, auch wieder nur

ein Kompromiss. Der Halbgleiter unterscheidet sich vom

reinen Gleitboot nur dadurch, dass der Bug nicht über den

Wellenberg geschoben wird also aufgleitet, sondern es wird

eine Wasserschicht aufgeschält und vom Bug zur Seite

geschleudert. Das Boot erhält seinen Auftrieb somit immer

noch durch den statischen Wasserdruck (halb). Der

zusätzliche Auftrieb durch die Gleitfahrt geschieht unter der

Oberfläche. Ein Halbgleiter liegt wesentlich ruhiger im

Wasser als ein Gleiter. Unterhalb der Rumpfgeschwindigkeit

ist die Energieeffizienz aber immer noch deutlich schlechter

als beim Verdränger. Nutzt man dann den höheren

Geschwindigkeitsbereich, so wird es richtig teuer. Bei etwa

doppelter Rumpfgeschwindigkeit ist meist Schluß und

hunderte “Pferde” sind mit “Umpflügen” des Gewässers

beschäftigt. Gerade bei dieser Bauart gibt es sehr große

Unterschiede und viel technischen Schund. Die meisten

Rumpfformen haben nie einen Strömungskanal gesehen,

hier wird meist nur nach der Devise “vorne spitz und hinten

glatt” eine bootsähnliche Form hingepfuscht.

 

Ein Halbgleiter legt sich nicht wie ein Gleiter in die Kurve. Es gibt viele verschiedene Bootsformen die sich oft nicht eindeutig zuordnen lassen.   Auch beim Halbgleiter gilt, auf keinen Fall mit Übermotorisierung schneller als von der Werft erlaubt fahren. Ein Kentern bei 40 - 50 km/h endet mit der völligen Zerstörung des Bootes. Manche größeren Schiffe dieser Bauart die sehr schnell sein müssen (Küstenschutzboote, Rettungsdienste, Polizei) besitzen eine tempoabhängige Ruderbegrenzung.

 

 

 

 

 

Die Vor- und Nachteile der Bauarten in tabellarischer Übersicht:

 

Eigenschaft                                      Verdränger                                   Halbgleiter                                   Gleiter

 

Tiefgang:                                         groß                                              mittel                                            klein

Geradeauslauf:                                sehr gut                                         gut                                                schlecht

Anlegen bei Seitenwind:                 sehr gut                                         gut                                                schlecht

Manövrierfähigkeit:                        ausreichend                                   gut                                                sehr gut

Bummeltempo:                               11 km/h                                         10 km/h                                        8,5 km/h

dabei Spritverbrauch 100 km:         16 Liter Diesel                              B=28 , C=30 Liter Normal          27 Liter Normal

Höchstgeschwindigkeit:                  13 km/h                                         B=15 , C=25 km/h                       33 km/h

dabei Spritverbrauch 100 km:         20 Liter Diesel                              B=32 , C=45 Liter Normal          32 Liter Normal

 

Soweit Daten genannt sind stammen sie aus den Angaben von Sportsfreunden, die vier ausgewählten Boote sind hinsichtlich 

Platzangebot und Komfort etwa vergleichbar. (ca. 6-7 m Länge x 2,2 -2,5 m Breite)

Boot A :  Verdränger:  Spitzgatter (Saga) mit 22 PS Dieselmotor  Gesamtmasse ca. 2 t. (nutzt nur 12 PS aus)

Boot B :  Viertelgleiter: “Ernst Riss” Werftbau Stahlkörper mit 25 PS Viertakt AB- Motor,  ca. 2,2 t. (nur Verdrängerbereich)

Boot C :    Halbgleiter : “unbekannt Italien” GFK-Körper, klassische Form,  mit 45 PS Honda AB-Motor, Gesamtmasse ca. 1,7 t.

Boot D :    Gleitboot : “Sealine Conti 18” Kunststoff, mit 50 PS Yamaha High-Thrust Motor, Gesamtmasse ca. 1,5 t.

 

Zum Vergleich ein paar Daten von (Hochsee)Yachten der 10 m Klasse die aus Internet-Törnberichten herausgezogen wurden: 

 

1. Halbgleiter 15,9  x 4,98 m (14,8 Tonnen) 880 PS Diesel, Speed 37 km/h:              Verbrauch: 367 Liter / 100 km

2. Gleiter Sunseeker 11,5 x 3,3 m (6,9 Tonnen) 400 PS Diesel, Speed 60 km/h:         Verbrauch: 135 Liter / 100 km

3. Gleiter Sealine 330 10,5 x 3,35 m (6,5 Tonnen) 500 PS Diesel, Speed 65 km/h:     Verbrauch: 122 Liter / 100 km

 

Da hätten wir ja für unsere Kurztrips im Heimatrevier jedesmal 12 Kanister Diesel mitschleppen müssen, na dann “Sport frei”.

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