Drei Sorten Wind

Der reale Wind: Eine Fahne am Mast, die Zweige eines Baums oder die Rauchpartikel aus einem Schornstein des Hauses werden von nur einer Sorte Wind bewegt, dem realen Wind.

Der Fahrtwind: Sobald man sich bewegt, kommt der Fahrtwind hinzu. Diesen fühlt man beispielsweise auf dem Fahrrad. Je schneller man fährt, desto stärker ist er. Seine Richtung ist immer genau der Fahrtrichtung entgegengesetzt. Und seine Geschwindigkeit ist exakt die Geschwindigkeit des bewegten Fahrzeugs.

Der scheinbare Wind: Dieser setzt sich zusammen aus dem realen Wind und dem Fahrtwind. Nehmen wir an, dass ein Radfahrer Wind mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h genau von der Seite hat und selbst mit der gleichen Geschwindigkeit unterwegs ist. Dann fühlt er den scheinbaren Wind aus einem Winkel von 45 Grad von seitlich vorne. Weht ihm der reale Wind genau entgegen, dann fühlt er den scheinbaren Wind als Gegenwind von 30 km/h. Bläst der reale Wind dagegen direkt von hinten, dann heben sich der reale Wind und der Fahrtwind gegenseitig auf. Der Radfahrer hat den Eindruck, es sei windstill.

Teilweise schneller als der Wind

Gesegelt wird immer mit dem scheinbaren Wind. Hat ein vom Wind angetriebenes Fahrzeug – ein Eis- oder Strandsegler oder ein Schiff – den Wind genau von hinten, dann entspricht die theoretisch maximal erreichbare Geschwindigkeit der halben realen Windgeschwindigkeit, denn dann würde der Fahrtwind den nutzbaren scheinbaren Wind auf die Hälfte des realen Winds reduzieren.

Ganz anders sieht es aus, wenn der reale Wind schräg von hinten oder direkt von der Seite weht: Dann addiert sich der Fahrtwind zum realen Wind. Dieser fällt dann etwas weiter von vorne ein und ist stärker als der reale Wind. Mit anderen Worten: Das Fahrzeug macht einen Teil des als Vortrieb genutzten Winds selber. Auch klassische Segelschiffe, zu denen auch die Segelfrachter zählen, lieben seitliche Winde mehr als den direkten Rückenwind.

Strand- und Eissegler, die sehr wenig Widerstand haben, erreichen dann locker Geschwindigkeiten, die deutlich schneller sind als der reale Wind. Moderne Rennboote, die sich mit Tragflügeln aus dem Wasser heben und so den Wasserwiderstand stark reduzieren, können schneller als der reale Wind segeln. Das Gerät "Vestas Sailrocket" – als Boot kann man das kaum noch bezeichnen, denn das Segel kann nur auf einer Seite gefahren werden und es funktioniert nur in flachem Wasser – legte 2014 vor Namibia bei Windgeschwindigkeiten von etwa 25 Knoten (46 km/h) die 500 Meter lange Messstrecke mit 65,45 Knoten (121,21 km/h) zurück, wobei es eine Höchstgeschwindigkeit von 68,01 Knoten (125,95 km/h) erreichte.

Wie geht das?

Der dynamische Auftrieb

Bläst der Wind direkt von hinten, dann stösst er die Segelfläche und somit das Schiff einfach. Sobald der Wind jedoch die Segel umströmen kann, wirken andere Kräfte, die man als «dynamischen Auftrieb» bezeichnet.

Zwar gibt es Segel schon sehr viel länger als Flugzeuge. Doch lässt sich am Flugzeugflügel die Wirkung des dynamischen Auftriebs am einfachsten erklären: Der Flügel ist oben mehr gewölbt als unten. Und er hat einen Anstellwinkel zur Richtung des Fahrtwinds. Dieser muss wegen der Wölbung auf der Oberseite schneller fliessen, was gemäss der physikalischen Strömungsgesetze einen Unterdruck erzeugt. An der Unterseite gibt es wegen des Anstellwinkels einen Überdruck. Dieser Druckunterschied zwischen unten und oben hält das Flugzeug in der Luft. Entscheidend ist dabei, dass die Strömungs-Schichten an der Oberseite schön parallel – also laminar – zur Wölbung des Flügels verlaufen. Ist der Anstellwinkel zu steil, dann entstehen nur noch Wirbel, die Strömung reisst ab. Dann stürzt das Flugzeug ab.

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Das gleiche Prinzip wirkt auf die Segel. Die klassischen Textilsegel sind zwar nur sehr dünne Profile. Doch sind die Stoffbahnen, aus denen das Segel zusammengenäht ist, so geschnitten, dass eine Wölbung entsteht. Man sagt, das Segel habe einen Bauch. Hat man auf der Leeseite eine optimale Strömung, wird das Schiff vorwärts gesaugt. Wählt man den Anstellwinkel zu steil oder zu flach, oder ist der Bauch schlecht eingestellt, verliert das Schiff an Fahrt.

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Der Auftrieb durch die laminare Strömung zieht nicht direkt in die Fahrtrichtung. Ein Teil der kraft wirkt deshalb auf die Krängung und auf die Abdrift des Schiffs.

Physiker meinen, die dynamischen Vorgänge an den Segeln seien etwas komplexer. Doch für das praktische Verständnis auf dem Schiff reichen die hier präsentierten Erklärungen.

Ein Spezialfall sind die sogenannten "Krebsscheren-Segel", welche die Polynesier für ihre Auslegerkanus entwickelt haben. Da wird der Auftrieb nicht durch den Bauch des umströmten Profils, sondern durch spezielle Wirbel erzeugt, die beim Anströmen an den Rändern entstehen. Diese Form soll, gemessen an der Segelfläche, mehr als anderthalbmal so effizient sein wie die westlichen Segel.

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Ausleger-Kanu mit Krebsscherensegel im Ethnologischen Museum Berlin (Quelle: Wiipedia) 

Die wichtigsten Teile eines Riggs

Wir besprechen hier nur die Elemente einer traditionellen Takelage. Moderne Riggs bekommen einen eigenen Text.

Der Mast ist entweder ein Rundholz oder ein Metallrohr, das mehr oder weniger senkrecht steht und den Rest des Riggs trägt. Auf grossen Schiffen wird er oft nach oben durch Stengen verlängert. Traditionell steht der Mast nur auf kleinen Booten frei. In der Regel wird er aber durch Stehendes Gut gestützt. Das sind in der Regel Stahl-Seile. Stützen sie den Mast seitlich, spricht man von Wanten. Stützen sie den Mast in Längsrichtung, spricht man von Stagen. Viele Schiffe haben mehrere Masten. Je nach Anzahl und wie sie angeordnet sind, hat jede Takelungsart einen eigenen Namen. Masten und Stehendes Gut werden werden während der Fahrt nicht bedient, sie sind starr mit dem Schiff verbunden.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von Segeln.

Rahsegel stehen in Ruheposition quer zu Längsachse des Schiffs. Sie sind oben an der Rah befestigt – angeschlagen – einem Rundholz, dass in der Mitte beweglich am Mast aufgehängt ist. Winkingerschiffe und teilweise antike Galeeren hatten jeweils ein einzelnes grosses Rahsegel. Mit der Zeit unterteilte man die Rahsegel, so dass auf neueren Schiffen mehrere übereinander an den Masten gefahren werden. Ihre Stärke zeigen Rahsegel auf Raumschot- und Vorwind-Kursen.

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Der Nachbau eines Wikingerschiffs mit dem grossen, nicht unterteilten Rahsegel.

Schratsegel stehen in Ruheposition in der Längsrichtung des Schiffs. Stagsegel sind mit ihrem vorderen Rand – dem Vorliek – jeweils an einem Stag angeschlagen, also an jenem Teil des stehenden Guts, das die Masten in Längsrichtung abstützt. Die meistens dreieckigen Stagsegel werden ganz vorne und teilweise zwischen den Masten gefahren. 

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Aus dieser Perspektive sieht man vor allem die dreieckigen Stagsegel der Tres Hombres.

Unzählig sind die Formen jener Segel, die man mit horizontal oder schräg nach oben weisenden Hölzern führt. Mit dem Vorliek sind sie oft am Mast angeschlagen. Eine horizontale Stange am Fuss eines Segels bezeichnet man als Baum. Eine schräg nach oben weisende Spiere am Oberliek des Segels ist eine Gaffel. Baum und Gaffel sind mit dem Vorderende beweglich am Mast gelagert. Es gibt aber auch Schratsegelformen, bei denen das obere Holz vorne über den Mast hinausragt, etwa die Lateiner- oder die Luggersegel. Dann spricht man auch von einer Rah. Heute weit verbreitet sind die dreieckigen Bermudasegel, die vorne am Mast angeschlagen sind und unten mit einem Baum kontrolliert werden, aber oben keine Gaffel haben.

Bedient werden die Segel mit dem Laufenden Gut. Dies sind Leinen aus verschiedenen Materialien, heute in der Regel aus Kunststoff. Mit Fallen zieht man etwas am Mast hoch, vor allem Segel mit den dazugehörigen Spieren, beispielsweise der Gaffel. Mit den Schoten kontrolliert man bei Schratsegeln die Segelstellung. Bei Rahsegeln zieht man mit den Schoten die unteren Ecken des Segels zur darunter liegenden Rah. Die Stellung des Segels wird dann mit den Brassen eingestellt. Hinzu kommen eine Reihe weiterer Leinen, beispielsweise zum Setzen und Bergen von Segeln, zur Kontrolle der Gaffel etc.
 

Wie segelt man gegen den Wind?

Direkt gegen den Wind segeln ist physikalisch unmöglich. Die Segel würden dann nicht vom Wind gewölbt, sondern flattern wie eine Fahne. Kein Bauch – kein Vortrieb… Also braucht man einen Winkel zum Wind, so dass dieser die Segel füllt und sie umströmt, damit das Schiff vorwärts gesaugt wird. Es gibt zwar moderne Yachten, die steiler gegen den Wind segeln können, doch bei vielen Schiffen beträgt dieser Winkel plus-minus 45 Grad.

Allerdings drückt der Wind das Schiff dann auch zur Seite. Das Schiff fährt also nicht exakt in die Richtung, in welche der Bug zeigt, sondern etwas schräg davon in Richtung Lee. Das nennt man Abdrift. Man verliert also etwas Weg in die Richtung, aus der der Wind kommt. In der Seglersprache heisst das: «Man macht weniger Höhe.»

Wie gross die Abdrift ist, hängt von der Form des Rumpfes ab. Um die Abdrift zu verkleinern, haben Yachten einen Kiel, der die seitliche Fläche vergrössert. Da das Boot also nicht genau geradeaus, sondern leicht schräg versetzt fährt, ergibt das für das strömende Wasser einen Anstellwinkel zum Rumpf und zum Kiel. Da spielen sich also im Wasser ähnliche Vorgänge ab wie über dem Wasser in den Segeln. Kleine, leicht Jollen haben zu diesem Zweck ein Schwert, ein Brett, das man durch den Rumpf ins Wasser steckt, um die Abdrift zu verringern. Und die holländischen Flachbodenschiffe haben zu diesem Zweck grosse Seitenschwerter. Bei Mehrrumpfbooten sind teilweise die Rümpfe asymmetrisch gebaut, so dass der Rumpf wie ein Flugzeugflügel umströmt wird wird. Um die Abdrift zu verringern haben sich Seeleute und Bootsbauer im Lauf der Jahrhunderte verschiedene Lösungen einfallen lassen.

Beim Umbau der Tres Hombres vom Kriegsfischkutter zum Segelfrachter hat man über die ganze Länge einen Kiel installiert. Damit beträgt die Abdrift auf einem Am-Wind-Kurs rund 15 Grad. Der real erreichte Winkel zum Wind beträgt also rund 60 Grad. Die Tres Hombres läuft also weniger Höhe als eine Yacht. Die ursprünglich in Holland gebaute Avontuur hat einen flachen Boden. Ein Seemann, der auf ihr als Bootsmann fuhr, schätzt deshalb den realen Kurs der Avontuur auf 80 Grad zur Windrichtung. Sie macht deshalb fast keine Höhe. Damit ist sie nicht allein: Die grossen Segelfrachter der Vergangenheit konnten nur wenig Höhe laufen. Sich bei auflandigem Wind von der Küste frei zu segeln war und ist anspruchsvoll. Deshalb wartet man besser auf Wind aus einer günstigeren Richtung.
 

Die verschiedenen Kurse

• Kommt der Wind von hinten, dann segelt man «vor dem Wind».
• Kommt der Wind schräg von achtern, dann spricht man von einem «Raumwindkurs».
• Kommt der Wind von der Seite, segelt man mit «halbem Wind».

• Segelt man man schräg gegen den Wind, ist man auf einem «Am-Wind-Kurs». Läuft das Schiff auf dem maximal möglich steilen Winkel gegen den Wind, spricht man von einem Kurs «hoch am Wind». Zu hoch am Wind zu segeln bezeichnet man als «kneifen». Das lohnt sich in der Regel nicht, weil man dann weniger Fahrt macht und somit die Abdrift grösser wird.

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Zudem unterscheidet man, auf welcher Seite die Segel stehen. Kommt der Wind von Backbord, stehen die Segel an Steuerbord. Man segelt also auf Steuerbordbug. Im umgekehrten Fall liegt man auf Backbordbug.

Manöver

• Aufschiessen: Bei jeder Fahrt geht es unter anderem auch darum, anhalten zu können. Will man ein Segelschiff stoppen, ist die einfachste Form, den Bug direkt in Windrichtung zu stellen. Das nennt man «aufschiessen». Dann arbeiten die Segel nicht mehr, sondern flattern wie Fahnen. Und der Wind hilft, das Schiff zu bremsen.
• Anluven: Man ändert den Kurs so, dass der Wind stärker von vorne kommt.
• Abfallen: Man ändert den Kurs so, dass Wind stärker von hinten kommt.
• Wenden: Segelt man beispielsweise am Wind auf Backbordbug und will auf Steuerbordbug wechseln dann fährt man in den meisten Fällen eine Wende. Dabei luvt man an, bis das Schiff in die Windrichtung zeigt und auf der anderen Seite wieder abfällt. Man dreht also den Bug durch den Wind. Die Segel stehen nach der Wende auf der anderen Seite des Schiffs.
• Halsen: Auch hier wechseln die Segel die Seite. Doch geht das Schiff mit dem Heck durch den Wind. Man fällt also ab, bis man vor dem Wind läuft und dreht weiter, bis die Segel auf die andere Seite hinüber gehen. Gefürchtet ist die sogenannte «Patenthalse», wenn aufgrund einer Winddrehung oder einer Unachtsamkeit des Rudergängers das Grossegel mit grosser Wucht unkontrolliert die Seite wechselt. Um dies zu vermeiden wird auf grösseren Schiffen der Grossbaum auf einem Kurs vor dem Wind mit einem sogenannten «Bullenstander» nach vorne abgesichert. 
  Bei einer kontrollierten Halse holt man das Grossegel kurz vor dem Kurswechsel so dicht wie möglich, damit der Weg des Grossbaums und des Segels möglichst kurz bleibt, wenn sie die Seite wechseln. Nachdem das Segel die Seite gewechselt hat, fiert man die Grossschot wieder und setzt auf der neuen Seite den Bullenstander.
  Beim Wenden und Halsen kann auch Ungeplantes passieren. So kann sich bei der Wende das Schiff in den Wellen feststampfen und fällt zurück auf den alten Bug. Dann fährt man – Plan B – stattdessen eine Halse. Oder bei starkem Wind will man auf einer Yacht die Risiken einer Halse vermeiden und fährt stattdessen eine Wende.
• Beidrehen: Das könnte man als «Parkieren auf See» bezeichnen. Man stellt bei einer Minimalbesegelung die einen Segel auf Vortrieb und die anderen «back», also auf bremsen. Damit legt man im Idealfall das Schiff so zu den Wellen, dass es ruhig und langsam treibt. Beispielsweise um das Dinghy an Bord zu nehmen. Oder um zu warten, damit man nicht zu früh zum Hafen kommt, bevor man die Erlaubnis zum Einlaufen hat.