Stabilität

Der Begriff
Stabilität
bezeichnet im Schiffbau und der Nautik
die Eigenschaft eines schwimmenden Körpers,
beispielsweise eines Schiffes, als Reaktion auf ein
krängendes Moment, sich selbständig wieder aufzurichten.

Ein Schiff gilt
im physikalischen Sinne als Stabil, wenn eine positive
Kraft aufgewendet werden muss, um das Schiff tiefer zu
tauchen oder um es um seine Längs- oder Querachse zu
drehen. Die Reaktionskräfte und Momente des Körpers
wirken dem entgegen.

Die folgenden Faktoren können durch ihre individuelle Ausprägung die
Stabilität eines Schiffes fördern oder auch mindern:

  • Rumpfform
  • Gewicht und Gewichtsverteilung des Schiffskörpers
  • Ladungsgewicht und Ladungsverteilung (Trimmung)
  • Verhalten der Ladung (z. B. eventuelle Beweglichkeit von
    Schüttgut oder von Fahrgästen)
  • Dynamisches Verhalten des Schiffes z. B. bei Kurvenfahrt
    mit hoher Geschwindigkeit
  • freie Oberflächen (Flüssige Ladung / Tankinhalte
    teilweise gefüllter Tanks)
  • Kranlasten

In Betracht zu ziehende Betriebsbedingungen verschiedener
Fahrwasserzonen

  • Wasserdichte (Salzwasser / Süßwasser)
  • Wind
  • Querströmungen
  • Seegang
  • Vereisungsgefahr (Aufbauten, Eislast)
Im Gegensatz zu Schiffen der Berufsschifffahrt und Marine sind
Sportboote einfacher und überschaubarer aufgebaut. Häufig
besteht das Sportboot im wesentlichen aus einem offenen oder
geschlossenen hohlen Rumpf und dem Mast samt Segel. Die
Betrachtung der Stabilität kann sich daher für den praktischen
Gebrauch auf die Betrachtung des mittleren Rumpfquerschnitts und
eines als feststehend angenommenen Schwerpunktes und/oder eines
zusätzlichen Stabilisierungsgewichtes beschränken. Die
Darstellung hat sich mit Varianten und teilweise spezielleren
Unterteilungen etwa in der folgenden Weise verbreitet:Unter
der Stabilität eines Schiffes versteht man seine
Fähigkeit, eine Krängung durch Wind und Seegang auszugleichen
und wieder in die aufrechte Lage zurückzukehren. Das
Krängungsverhalten eines Segelbootes hängt wesentlich von der
Rumpfform und Gewichtsverteilung des Bootes (inklusive der
Besatzung) ab. Es gibt zwei Arten, wie diese Krängung wieder
ausgeglichen werden kann: einerseits durch Formstabilität,
bei der die Rumpfform des Bootes eine Rückkehr in die
Ausgangslage begünstigt, und andererseits durch
Gewichtsstabilität
, bei der ein tief liegender Gewichtskiel
das Boot wieder in die aufrechte Lage zwingt
(Stehaufmännchen-Prinzip).



Formstabilität

Im Unterschied zu
Kielyachten sind die meisten Jollen
formstabil
. Das (meist ausklappbare) Schwert
einer Jolle hat keinen nennenswerten
aufrichtenden Effekt.

Im nebenstehenden Bild sind
der Gewichtsschwerpunkt G und der
Formschwerpunkt
A dargestellt, in denen man
sich die wirkenden Gewichts- bzw.
Auftriebskräfte vereinigt denken kann. Der
Gewichtsschwerpunkt
G ist der Schwerpunkt
des Schiffes, der Formschwerpunkt A ist
der (gedachte) Schwerpunkt der verdrängten
Wassermasse. Wie zu erkennen ist, nimmt mit
zunehmender Krängung das aufrichtende Drehmoment
durch das Auswandern des Formschwerpunktes A
zunächst zu, bei weiterer Krängung jedoch, durch
ein Zusammenwandern der Wirklinien der beiden
Schwerpunkte, wieder ab. Eine leichte Krängung
kann daher leicht durch Verlagerung des
Crewgewichtes nach Luv und durch den
nachlassenden Winddruck im Segel kompensiert
werden, während eine zu starke Krängung zum
Kentern des Bootes führt.

Katamarane haben aufgrund
ihrer Breite eine hohe Formstabilität.


Gewichtsstabilität

Bei gewichtsstabilen Booten, meist Yachten,
setzt der Kiel, der oft etwa 35 – 50% zum Gesamtgewicht des
Bootes beiträgt, der Krängung eine aufrichtende Kraft entgegen,
die eine Kenterung nur unter sehr schweren Wind- und
Seegangsbedingungen möglich macht.

Im nebenstehenden Bild sind der
Gewichtsschwerpunkt
G und der Formschwerpunkt A
dargestellt, in denen man sich die wirkenden Gewichts- bzw.
Auftriebskräfte vereinigt denken kann. Der
Gewichtsschwerpunkt
G ist der Schwerpunkt des Schiffes, der
Formschwerpunkt A ist der (gedachte) Schwerpunkt der
verdrängten Wassermasse. Bei zunehmender Krängung verringert
sich einerseits der Winddruck im Segel, während andererseits
gleichzeitig der Gewichtsschwerpunkt nach außen wandert und
damit das aufrichtende Drehmoment erhöht.

Kenterwinkel

Sowohl bei form- als auch bei gewichtsstabilen Booten gibt es
einen bestimmten Krängungswinkel, den Kenterwinkel, bei
dem das Gewicht des Kiels bzw. der Besatzung eine Verstärkung
der Krängung bewirken, so dass das Boot kentert. Bei
gewichtsstabilen Kielyachten liegt der Kenterwinkel meist
zwischen 110° und 160°, bei Schwertjollen dagegen in der Regel
unter 90°. Je nachdem, wie sich ein bestimmtes Boot bei
verschiedenen Krängungswinkeln verhält, spricht man von hoher
Anfangs-
bzw. Endstabilität. Während bei Kielyachten
die Kieloben-Lage schwer erreichbar ist und in der Regel durch
Seegang schnell wieder beendet wird, kentern Jollen leicht durch
und liegen mit dem Schwert nach oben stabil im Wasser.

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