Revolution im Segelschiffbau? - Kett-Rigg und Kett-Ship

Eure Meinung zu dieser Erfindung interessiert. Sie wird auf dieser Seite veröffentlicht. Hier könnt Ihr sie äußern!

Am Ende der Seite die Meinung von:
1) Markus Hoffmann
2) Leo W.Foltz
3) Harald Lampl

Die Idee

Die Entwicklung eines modernen, automatisierbaren Segelantriebes für die gewerbliche Schiffahrt und den Wassersport

Die bisher eingesetzte Technik in der "modernen" Segelei ist von der Grundlage her seit Jahrhunderten bekannt. So scheint es unvermeidlich zu sein, daß ein Segelboot, groß oder klein sich mit zunehmendem Wind neigt, manchmal bis zum Kentern. Es wäre doch sicherlich für Bootsfahrer erstrebenswert, ein Boot zu fahren, das diese unangenehme Eigenschaft nicht aufweist, wenn also die Handhabung leichter, das Risiko des Kenterns wegfällt und dieses Boot am Ende auch noch schneller ist.

Dem Erfinder des hier vorgestellten neuartigen Segelsystems, dem Kett-System, ist es gelungen, die Kräfte, die ein Boot zum "Krängen" bringt zu neutralisieren und gleichzeitig eine leichte Bedienbarkeit zu erreichen, gepaart mit erhöhter Effizienz. Dies gilt gleichzeitig für die gewerbliche Schiffahrt, hier gepaart mit höherer Wirtschaftlichkeit.

Es gilt, ein neues Verfahren des Segelantriebes zu entwickeln und ein neues System zur Durchführung des Verfahrens zu bauen und zu erproben. Dieses neue Verfahren muß einerseits dafür sorgen, daß trotz vergrößerter Segelkräfte kein resultierendes Drehmoment auf den Schiffskörper einwirkt und es muß ermöglichen, daß die Segel und die Lateralflächen funktional und interaktiv zusammenarbeiten.

Die Lateralplanflächen des Unterwasserschiffes (Kiel, Schwerter, Ruder, Firmen) haben gleichermaßen wichtige Aufgaben, ohne deren Erfüllung die Segelschiffe und Boote trotz großer Segel nicht fahren könnten. So ist der Segelantrieb als komplexes System von über Wasser aerodynamisch arbeitenden "Tragflächen" (Segeln) und von unter Wasser hydrodynamisch arbeitenden "Tragflächen" (Lateralflächen) zu sehen. Die Lateralflächen erzeugen die notwendigen hydrodynamischen Gegenkräfte zu den aerodynamischen Segelkräften. Es ist also keineswegs so, daß der unter Wasser liegende Teil eines Segelschiffes nur unerwünschten Widerstand erzeugt. Ohne die von den Lateralflächen erzeugten Kräfte könnten die Segel nicht arbeiten.

Das neue System beseitigt durch schräge Anordnung eines Drachensegels (oder mehrerer solcher Segel) außerhalb der Mittschiffsebene die Hebelarme und macht damit das resultierende Drehmoment zu Null. Dadurch kann das Schiff nicht mehr krängen - es wird sich also nicht mehr auf die Seite legen. Dies wird möglich, wenn die Segelkraft auf einer Linie mit der Unterwasserkraft liegt, die am Lateraldruckpunkt angreift, wie es die Zeichnung zeigt. Hierzu ist es erforderlich, daß der Segeldruckpunkt um alle drei Achsen des Raumes drehbar, auf allen drei Achsen lateral verschiebbar und in der jeweiligen Position und Stellung fixierbar ist.

Dies ist dem Prinzip nach ein Drachensegel. Drachensegel sind schon wiederholt auch in der Segelschiffahrt eingesetzt worden, wie aus der Literatur und der Patentliteratur hervorgeht. Auch frei fliegende (nur an Leinen gehaltene) Drachen sind verwendet worden, um Segelboote über den Atlantik zu ziehen. Auf der Bootsmesse in Düsseldorf im Januar 1998 zeigte ein Niederländer einen Katamaran mit einer starren Drachensegelfläche, mit dem er einen Geschwindigkeitswettbewerb gewonnen hatte.

Mit dem neuen Verfahren können alle Drehmomente aerodynamisch neutralisiert werde. Ohne krängendes Drehmoment bleibt das Schiff auch bei starkem seitlich einfallendem Wind aufrecht. Es braucht hierzu zukünftig weder große Breite noch Ballast tief unten am Kiel.

Als Folge dieser Tatsache kann nun auf Ballast (fast) völlig verzichtet werden, womit die Schiffe sehr viel leichter sein werden und weniger Wasserverdrängung aufweisen.

Die von den großen Ballastgewichten befreiten Kiel- oder Schwertflossen können nun beweglich gestaltet werden und (auf Wunsch) elektronisch gesteuert interaktiv mit dem Segel (oder den Segeln) zusammenarbeiten, was eine ganz anders geartete Schiffskonstruktion ermöglichen wird, die viele weitere Vorteile aufweist.

Das Schiff wird auch bei starkem seitlichem Wind immer aufrecht segeln und nicht mehr unter dem Winddruck kentern - und das ohne Ballast. Die Schiffe aber sind ohne Ballast viel leichter und können auch deshalb schneller fahren. Das neue Verfahren löst also die althergebrachte funktionale Abhängigkeit zwischen der maximal möglichen Segelfläche und der Stabilität des Schiffsrumpfes erstmals auf, indem es dem Segel die Aufgabe gibt, die Stabilisierung des Schiffsrumpfes aerodynamisch zu bewirken! Das Segeltragevermögen ist nicht mehr von der Stabilität des Schiffes abhängig! Das Segelschiff "vermag" also zukünftig sehr viel größere Segelflächen zu tragen (deren Größe im Wesentlichen nur noch von der Festigkeit der Materialien und Bauteile abhängen wird) und wird demzufolge sehr viel schneller segeln.

Mit dem neuen Verfahren werden die Segelschiffe aber nicht nur schneller werden. Es ergeben sich abgeleitet sehr viele weitere Vorteile: 

• Die Rumpfgeschwindigkeit wird durch die geringere Wasserverdrängung und die größere Segelfläche schon bei Schwachwind erreicht und bildet auch bei Kielyachten nicht mehr die absolute Grenzgeschwindigkeit, da das schräg liegende Drachensegel eine Hubkraft entwickelt, die das (soviel leichter bauende) Schiff anhebt und so das "Gleiten" ermöglicht. 

• Wenn die Kielflosse keinen Ballast mehr tragen muß, weil dieser nicht mehr benötigt wird, ist sie mit unvergleichlich geringerem Aufwand verstellbar zu gestalten. Der Schiffsrumpf kann nun genau in seiner Fahrtrichtung stehen. Der Anstellwinkel und die Eintauchtiefe der Flosse können gemäß der Anströmung optimiert werden. Der Widerstand ist geringer, das Schiff ist schneller. Vor dem Wind und in Gewässern geringer Tiefe kann die Flosse hochgezogen werden.

• Das neue Verfahren erlaubt kleine Crews! Das Rigg verlangt nur wenige Handgriffe. Es kann mit vergleichbar geringem Aufwand mechanisiert und sogar automatisiert werden, was für den einen oder anderen sportlich orientierten Segler wohl eine unschöne Vorstellung sein kann, ist aber für Einhandsegler (selbst für die sogenannten "Extremsegler") und für Skipper mit kleiner Familiencrew sehr vorteilhaft. Vor allem aber für die gewerbliche Schiffahrt ist dieser Vorteil entscheidend.

• Das System kann vollmechanisch bedient werden. Es kann sogar automatisiert werden, so daß es sich immer selbsttätig optimal an den Wind anstellt je nach dem Kurs zum Wind. Dies kann so schnell und sicher erfolgen, daß das Schiff sogar allein mit dem Segel gesteuert werden kann und keines der Manöver einen Handgriff erfordert.

• Die Schiffsgröße kann ohne Abhängigkeit von einer Crewgröße gewählt werden. Da kann viel Raum für jeden zur Verfügung stehen. Und das Schiff segelt aufrecht, das steigert die Wohnlichkeit.

• Mit dem neuen System kann die Form des Rumpfes ohne Berücksichtigung des Segeltragevermögens und damit der Stabilität so gestaltet werden, daß Seetüchtigkeit und Seefreundlichkeit optimiert werden.

• Das Rigg kann mit wenigen Handgriffen in 30 Sekunden auf eine Höhe von weniger als 1m über Deck reduziert werden. Die schwenkbaren und hebbaren Kielflossen des neuen Systems erlauben in wenigen Sekunden eine Verringerung des Tiefgangs auf 1 m.

• Auf Booten und Schiffen, die nach diesem neuen System gebaut sind, braucht niemand mehr auf ein nasses, schräg liegendes und "bockendes" Vorschiff. Das erhöht die Sicherheit!

• Das Drachensegel des neuen Systems schwebt hoch über dem Schiff und erlaubt somit 360º freien Rundblick. Das erhöht die Sicherheit!

• Vor dem Wind werden nach dem neuen System gebaute Boote nicht mehr rollen, da das Drachensegel aerodynamisch Eigendämpfung entwickelt, da es das Schiff vorne nicht mehr ins Wasser drückt, sondern anhebt, da das Segel nicht mehr als Windfänger, sondern als Tragfläche arbeitet.

• Kielflosse und Ruder werden mehrachsig beweglich gestaltet werden können, so daß sie unter Überlast (Kollisionen) auch schlagartig wegklappen können (Überlastschutz). Das erhöht die Sicherheit!

• Die nach dem neuen System gebauten Boote sind viel leichter und zeigen beim Transport keinen sperrigen Kiel. Das Rigg muß nicht demontiert werden. Transport und Lagerung sind weniger umständlich und damit letztlich billiger.

• Mit Wegfall der Ballastbombe entfällt viel an konstruktivem und baulichem Aufwand für deren Befestigung.

• Der "Mast" oder besser Tragarm des neuen Riggs wird überwiegend auf Zug, nur geringfügig auf Biegung und überhaupt nicht auf Knickung beansprucht. Dies ist konstruktiv und baulich einfacher.

• Ein nach dem neuen System gebautes Segelboot hat nur ein großes Drachensegel, das keinen eingenähten Bauch hat. Die Profilwölbung stellt sich aufgrund der Rechteckform des Segels durch den Wind und unterschiedliche Vorspannung von selbst ein. Die Zahl der Leinen ist sehr gering. Winschen auf dem Deck und die vielen Rollen, Klampen und Klemmen werden für die Bedienung der Segel nicht mehr benötigt. Die statt dessen benötigten Einrichtungen sind den eingesparten preisgleich.

Die Summe der Vorteile des nach dem neuen Verfahren arbeitenden Systems umfassen also das gesamte Nutzungsspektrum des Segelantriebs. Damit ist gemeint, daß sowohl kleine, als auch große Boote und Schiffe, auch segelbetriebene Landfahrzeuge (Strandsegler, Eissegler) damit ausgerüstet, bzw. danach gebaut werden können. Es können sowohl manuell bediente als auch durch motorische oder hydraulische Hilfsmittel bedienbare und vollautomatisch arbeitende Systeme entwickelt werden.

Es kann bei den nach diesem Verfahren arbeitenden Segelantrieben und den dafür gebauten Booten und Schiffen auf unterschiedlichste Schwerpunkte hin konstruiert werden. So kann einmal eine hohe Geschwindigkeit (Rekordsegler), ein andermal hohe Tragfähigkeit bei einfachster Bedienung (Frachtsegler) im Vordergrund stehen, wobei gleichzeitig alle anderen damit verbundenen Vorteile, wie Sicherheit und geringe Betriebskosten zusätzlich genutzt werden können.

 Seit Beginn der Segelschiffahrt vor einigen tausend Jahren krängen Segelschiffe unter seitlichem Winddruck, d.h. sie neigen sich zur Seite. Damit die Schräglage nicht zu groß wird und die Schiffe nicht kentern, müssen die Schiffsrümpfe "Stabilität" in Form eines wiederaufrichtenden Drehmomentes besitzen, wie man es von den mit kleinen Bleigewichten stabilisierten "Stehaufmännchen" kennt.

 Diese Stabilität wird sowohl durch ein möglichst großes Gewicht bei tief liegendem Schwerpunkt, als auch durch große Breite, also eine möglichst weit außen liegende "Kippkante" erreicht. Bei Segelschiffen sind diese Bleigewichte, der Ballast, sehr groß.

 Um für eine schnelle Fahrt möglichst große Segelflächen auch bei starkem Wind tragen zu können ohne umzukippen:

 - tragen heutige Regattaschiffe bis zu 80% ihres Gesamtgewichtes in Form einer schweren Bleibombe möglichst tief unten am Kiel.

- wird beweglicher Ballast zur Stabilisierung der Schiffe verwendet, indem schwere Gegenstände innerhalb des Schiffes auf der Luvseite gelagert werden. Die Crew sitzt geschlossen auf der Luvkante oder gar auf dort herausragenden Auslegern. Wasserballast wird in speziell hierfür vorgesehene Tanks auf die jeweilige Luvseite gepumpt. Bleiballastbomben werden an beweglichen Armen unter Wasser zur Luvseite geschwenkt.

- besteht eine weitere Lösung darin, Segelschiffen eine sogenannte Form- oder Spreizstabilität zu geben, indem man sie möglichst breit baut (z.B. Mehrrumpfboote). Diese brauchen zwar weniger oder keinen Ballast mehr, doch hat auch ihre Stabilität Grenzen, auch diese Schiffe können kentern, wobei die negativen Auswirkungen dramatischer sind, weil sie sich nicht wieder aufrichten können.

Seit Anfang der Segelschiffahrt hat also immer eine funktionale Abhängigkeit bestanden zwischen der Stabilität eines Segelschiffes und seinem Segeltragevermögen. Damit Segelschiffe möglichst schnell fahren können, muß ihr "Windmotor" - also die Segelfläche - bei jeder Windstärke möglichst groß sein.

Die größte Gefahr bestand und besteht für ein Segelschiff aber immer noch darin, bei zu großer Segelfläche unter dem Winddruck zu kentern. Reicht die Stabilität nicht mehr aus, um das zu verhindern, wird also das eingebaute Segeltragevermögen überschritten, muß die Segelfläche verkleinert es muß gerefft werden.

Der Nachteil des Standes der herkömmlichen Segeltechnik beruht darauf, daß die Segelflächen senkrecht zum Schiffskörper angeordnet sind. Der Abstand des Segeldruckpunktes von der Drehachse des Schiffes bietet der Segelkraft einen Hebelarm und in Multiplikation mit der Segelkraft folglich ein Drehmoment, mit dem das Schiff in Schräglage gedrückt wird. Verstärkt wird dieser Effekt durch den Lateralplan (im wesentlichen Kiel oder Schwert), dessen hydrodynamischer Druckpunkt ebenfalls einen Hebelarm zur Drehachse des Schiffes ausweist und damit ebenfalls aus Multiplikation der hydrodynamischen Seitenkraft mit diesem Hebelarm ein zusätzlich krängendes Moment erzeugt.

Schädlich im Hinblick auf die Krängung bzw. das Segeltragevermögen sind nicht die Kräfte (die wir ja zum Antrieb auch weiterhin brauchen), sondern die Drehmomente. Diese Abhängigkeit des Segeltragevermögens von der in Form von Ballast und/oder großer Schiffsbreite "eingebauten" Stabilität ist die vorgenannte systemimmanente Beschränkung der herkömmlichen Segeltechnik, die bis heute für alle Segelschiffe gilt.

Bei allen Planungen einer erneuten Verwendung von Segeln in der Frachtschiffahrt muß bedacht werden, daß mit Schüttgut oder Containern beladene Frachtschiffe in Gefahr geraten können, wenn sie - zumal in starkem Seegang - unter dem Druck der Segel Schräglage bekommen und dabei die Ladung verrutscht (Untergang der "Pamir").

Auch ist es einleuchtend, daß Schiffe, die mehr als 5º schräg liegen, unsicher und als Arbeitsplatz und Wohnraum nur eingeschränkt nutzbar sind. Das mag von sportlich orientierten Seglern noch als angeblich unabänderliche Eigenschaft von Segelbooten hingenommen oder gar genossen werden. Doch die Passagiere von Großseglern (z.B. Kreuzfahrtschiff des "Club Med") und ein wachsender Anteil der Freizeitsegler, ganz sicher aber die gewerbliche Frachtschiffahrt sehen das anders.

Zu den vorgenannten Nachteilen der herkömmlichen Segeltechnik kommt hinzu, daß die Kiele und Schwerter heutiger Segelboote starre Gebilde sind, die lediglich passiv auf die von außen einwirkenden Kräfte reagieren. Diese Lateralflächen sind nicht beweglich und arbeiten nicht aktiv mit den Segelflächen zusammen, was den Wirkungsgrad verschlechtert.

Es hat in den letzten Jahrzehnten viele Verbesserungen in der Segeltechnik gegeben. Aufwendige Strömungs- und Windkanaluntersuchungen haben Verbesserungen an den Segeln und den Schiffsrümpfen gebracht. Eine große Zahl von Entwicklungen in der Ausrüstung der Segelboote und schiffe hat die Gewichte und den Materialverschleiß verringert und die Bedienungsfreundlichkeit und Sicherheit verbessert. Doch handelte es sich immer nur um Verbesserungen innerhalb des bestehenden Systems, also um Optimierungen, die mit immer größerem Aufwand immer kleiner ausfallende Verbesserungen erbringen. Das herkömmliche System kann folglich als ausgereizt angesehen werden.

Doch stecken im Segelantrieb prinzipiell noch erhebliche Möglichkeiten der Steigerung von Leistung, Sicherheit und Komfort, wenn man sich aus dem herkömmlichen Verfahren und den heutigen Systemen löst. Das neue Verfahren bietet diese Möglichkeit durch außerhalb der Mittschiffsebene schräg gehaltene Drachensegel in interaktivem Zusammenwirken mit beweglich gestalteten hydrodynamisch wirkenden Flächen des Lateralplans.

Dieses Verfahren und danach arbeitende Systeme bieten viele Vorteile, die sowohl in der Freizeitschiffahrt als auch in der gewerblichen Schiffahrt dem Segelantrieb ganz neue Möglichkeiten eröffnen werden.

Wirklich vergleichbare Produkte werden bisher von keinem Konkurrenten angeboten. Nur Teillösungen werden bisher auf dem Markt gezeigt und in der Fachpresse meist als besonders innovativ herausgestellt, obwohl der jeweils damit erzielte Nutzen gering ist. So wurde auf der Düsseldorfer "boot" 1998 ein Katamaran der holländischen Firma Tom's Speed Sail mit einem Drachensegel gezeigt, der schon ab Windstärke 3 doppelte Windgeschwindigkeit erreichen kann. Doch ist der Segeldruckpunkt über dem Schiff fixiert, womit immer noch ein erhebliches Krängungsmoment verbleibt, das die Segeltragfähigkeit begrenzt und Schiffsstabilität verlangt.

In den USA wird der DynaFlyer 40 gebaut mit einem hydraulisch schwenkbaren Kiel und zwei anstellbaren "Ruderblättern". Das Rigg jedoch ist konventionell. Der schwenkbare Kiel wurde schon in früheren Fällen mehrfach verwendet, so auch bewegliche Lateralflächen. Doch ohne aerodynamische Drehmomentenkompensation verstärken diese "Ruderblätter" noch das krängende Moment und es kann nur in beschränktem Umfang Ballast gespart werden. Trotzdem ist diese Variante schon deutlich schneller als Schiffe vergleichbarer Größe. Ein Prototyp eines Seglers mit schwenkbarem Kiel und gegen den Wind um 20º schwenkbarem Mast ist in Frankreich unter dem Namen Petit Navire gebaut worden. Auch hier wird von einem Geschwindigkeitszuwachs von 25% gesprochen.

Schon seit einigen Jahren wird in Norwegen ein Boot gebaut mit einer als "Sailmatic" bezeichneten Schwenkvorrichtung für den Mast. Dieser Mast schwenkt bei zunehmendem Wind nach Lee weg und zögert somit die Notwendigkeit des Reffens bei zunehmendem Wind hinaus. Auch hierbei ist der zu erzielende Vorteil zu gering, als daß sich ein größerer Kreis von Seglern für das System begeistern ließe.

Insgesamt ist festzustellen, daß weltweit an vielen möglichen Detaillösungen gearbeitet wird, sich aber bisher kein Konstrukteur und keine Bootswerft mit einer umfassenden Lösung beschäftigt. Demzufolge bleiben die erreichbaren Vorteile bisher vergleichsweise geringfügig und wenig attraktiv im Verhältnis zu dem damit verbundenen Aufwand und der notwendigen Inkaufnahme ungewöhnlichen Designs.

Bei einer Markteinführung nach dem neuen Prinzip des KLATT-Riggs und KETT-Ships arbeitender Produkte ist wegen der damit verbundenen Vorteile für fast die gesamte Breite des Marktes eine starke Reaktion der Wettbewerber (die etablierten Bootsbauer und Konstrukteure) zu erwarten.

Es ist deshalb schon in sehr frühen Entwicklungsphasen vorgesehen, mit mindestens einem marktführenden Unternehmen in Europa und den USA sowie Australiens und Neuseelands Kooperationsverträge abzuschließen und diese Firmen gleichzeitig zur Mithilfe bei der Verteidigung der Schutzrechte und beim Ausbau des Knowhows zu gewinnen.

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Markus Hoffmann schreibt hierzu:

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Leo W.Foltz schreibt hierzu:

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Harald Lampl schreibt hierzu:

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