Ein
Segel
(von
althochdeutsch
segal,
wohl ursprunglich: abgeschnittenes Tuchstuck
[1]
) ist ein
Tuch
, das dem
Antrieb
von
Fahrzeugen
durch den
Wind
dient.
Je nach Konstruktion und Funktion werden Segel in verschiedene Gruppen eingeteilt. Die beiden Hauptgruppen heißen
Rahsegel
und
Schratsegel
. Segel bewegen ein Fahrzeug durch Ausnutzen des
Winddrucks
. Er wirkt als Druck auf der dem Wind zugewandten Seite und als Zug oder Sog auf der dem Wind abgewandten Seite. Die Krafte der beiden Seiten wirken zusammen. Segelfahrzeuge konnen mittels entsprechender Segelstellung auch schrag gegen den Wind fahren.
[2]
Beim Material der
Segeltuche
gab es markante Entwicklungsschritte. Wahrend Segel fruher aus pflanzlichen Geweben und spater aus gewebten Kunstfasern gefertigt wurden, kommen gegenwartig auch
Laminatsegel
auf der Basis von
Kunststofffolien
zum Einsatz.
Agyptisches Segelschiff mit einem
Rahsegel
(Wandbild um 1422?1411 v. Chr.)
Ein stetes Hauptmotiv in der langen
Entwicklungsgeschichte des Segelschiffs
war das Bemuhen, das
Segeln
nicht nur sicherer und zuverlassiger zu gestalten, sondern auch die Naturkrafte effektiver auszunutzen und dadurch schneller voranzukommen. Die zunehmenden Anforderungen an die Beherrschung von Wasser und Wind auch unter ungunstigen Bedingungen und die Spezialisierung der Schifffahrt zu Zwecken des Fischfangs, des Transports oder der militarischen Expansion erforderten dabei nicht nur neuartige Konstruktionen von Booten und Schiffen, sondern auch die standige Entwicklung und Verbesserung ihres Antriebs. Die Ausnutzung der Windenergie durch Segel erwies sich dabei gegenuber dem nur durch
Rudern
vorangetriebenen Schiff als vorteilhaft, auch wenn es dieses uber lange Zeit nicht vollstandig ersetzen konnte. Die zumeist empirisch gewonnenen Erkenntnisse uber die Verwendung von Segeln und ihre Verbesserung brachten den Beruf des
Segelmachers
hervor, der sich auf die Verarbeitung der jeweils verfugbaren Rohstoffe zu geeigneten Tuchen spezialisierte. Erst in den letzten rund einhundert Jahren gelang es, die Physik des Segelns auf wissenschaftlicher Grundlage zu klaren und, zusammen mit der Entwicklung und Verwendung von Kunststoffen, erneut wesentliche technologische Fortschritte zu erzielen. Zwischenzeitlich haben sich jedoch kulturubergreifend eine Reihe von Segelmaterialien und -formen bewahrt, die bis heute im Einsatz sind.
Die erste bekannte Darstellung eines Segels ist auf einer agyptischen Totenurne aus
Luxor
aus der Zeit 5000 v. Chr. zu finden. Vornehmlich fur die Fahrt auf dem
Nil
, aber auch fur Fahrten uber das
Mittelmeer
und das
Rote Meer
nutzten die Agypter Schiffe mit einem Mast und einem großen
Rahsegel
.
Die Entwicklung der
Segelformen
war mit der Entwicklung der
Schiffsrumpfe
eng verknupft. In fruhen Zeiten, in denen der unter Wasser liegende Teil des Schiffsrumpfs noch flach (der
Lateralplan
also klein) war, wurden Schiffe durch seitlich wirkende Krafte leicht
abgetrieben
. Daher konnte der Wind nur genutzt werden, wenn er moglichst von achtern (hinten) auf das Schiff einfiel.
Lateinersegel
gehoren zu den ersten
Schratsegeln
Mit der Vergroßerung des Lateralplans durch
Kiel
und
Schwert
, die ein seitliches Abtreiben des Schiffs wirksam verringerten, war es moglich, auch andere Segelformen zu verwenden. Im 2. Jahrhundert v. Chr. kamen in der
griechisch
-
romischen
Schifffahrt mit den
Sprietsegeln
die ersten
Schratsegel
auf.
[3]
In der
Spatantike
(2.?4. Jahrhundert n. Chr.) folgte das
Lateinersegel
, das ? zunachst auf kleineren romischen Wasserfahrzeugen eingesetzt ? bis zum Ubergang zum
Mittelalter
das Rahsegel fast vollstandig aus dem
Mittelmeer
verdrangte.
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
Sprietsegel und Lateinersegel waren die ersten Segel, die nicht mehr quer, sondern in Richtung der Schiffslangsachse gefuhrt wurden (Schratsegel). Damit war es erstmals moglich, schrag
gegen
den Wind zu segeln und Raum nach
Luv
zu gewinnen.
Aus dem Lateinersegel entwickelte sich uber das
Luggersegel
im 17. Jahrhundert das
Gaffelsegel
. Aus diesem wiederum entstand im 19. Jahrhundert das bis heute ubliche, dreieckige
Hochsegel
, das gunstige
Am-Wind-Kurse
ermoglicht.
Weiterentwicklungen in Bezug auf
Typenvielfalt
und Material der Segeltuche erfuhren die Segel ab Mitte des 19. Jahrhunderts durch prestigetrachtige
Segelregatten
, wie etwa den
America’s Cup
. Heute stehen nicht nur Rennyachten, sondern auch
Fahrtenyachten
und -booten eine Vielzahl von Segeltypen und -materialien fur alle Windrichtungen und
Windstarken
zur Verfugung.
Segel werden ? je nach Konstruktion und Verwendung ? verschiedenen Segelgruppen zugeordnet. So fallt beispielsweise die
Fock
einer
Jolle
in die Gruppen
Schratsegel
,
Stagsegel
,
Hauptsegel
und
Vorsegel
. Die Zugehorigkeit zu einer Gruppe (beispielsweise
Hauptsegel
) schließt die Zugehorigkeit zu anderen Gruppen (wie
Vorsegel
) nicht aus.
- Rahsegel
sind viereckige Segel, die an einer waagrechten, am Schiffsmast quer zur Schiffslangsrichtung angeschlagenen Stange (der
Rah
), befestigt sind. Sie sind die altesten bekannten Segel. Man sieht sie heute praktisch nur noch auf traditionell
geriggten
Schiffen. Der Vorteil dieser Segel liegt in ihrer einfachen Herstellbarkeit und in ihren guten Eigenschaften auf
Vor- und Raumwind-Kursen
.
Stagsegel
- Schratsegel
sind drei- oder viereckige Segel, die in Schiffslangsrichtung gesetzt werden. Die modernen Schratsegel sind mit ihrem
Vorliek
(der Vorderkante) in der Mittschiffsebene am
Mast
oder einem
Stag
befestigt. In letzterem Fall werden sie auch als
Stagsegel
bezeichnet. Der große Vorteil dieser Segel ist, dass mit ihnen schrag
gegen
den Wind gesegelt werden kann. Die Befestigung am Stag erfolgt heute zumeist uber
Stagreiter
oder uber ein im Segel eingenahtes Liektau, welches in die Nut eines Profilstags eingefuhrt wird.
- Hauptsegel
oder
Arbeitssegel
werden die normalerweise am Wind gesetzten Segel genannt, die zur Grundausstattung des jeweiligen Boots bzw. Schiffs gehoren. Bei einer
Ketsch
oder
Yawl
sind dies beispielsweise
Fock
,
Groß-
und
Besansegel
.
- Beisegel
werden jene Segel genannt, die anstatt oder zusatzlich zu den
Hauptsegeln
gefahren werden. Sie werden bei besonderen Windbedingungen (Leichtwind oder Sturm) oder bei bestimmten
Kursen zum Wind
gesetzt. Eines der bekanntesten Beisegel ist der
Spinnaker
.
- Als
Vorsegel
werden bei mehrmastigen
Segelschiffen
alle Segel bezeichnet, die sich vor dem
Großmast
oder am
Bugspriet
befinden. Bei einer
slupgetakelten
Segelyacht sind dies beispielsweise Fock,
Genua
und Spinnaker.
Es gibt eine nicht unerhebliche Anzahl von verschiedenen Segeltypen, wobei gleiche Segeltypen teilweise verschieden bezeichnet werden. Eine erklarende Aufstellung befindet sich im Hauptartikel.
Ausrustung eines Hochsegels (Großsegel)
Als
Kopf
wird bei dreieckigen Segeln die obere Ecke des Segels bezeichnet. Er ist auf modernen Booten durch das
Kopfbrett
(auch
Kopfplatte
), aus
Holz
,
Leichtmetall
oder Kunststoff, verstarkt. Am Kopf ist das Fall angeschlagen (befestigt), das zum Hochziehen des Segels dient. Bei den viereckigen Rah- und Gaffelsegeln wird die
obere Kante
des Segels als Kopf bezeichnet.
Hals
heißt bei dreieckigen Segeln die vordere untere Ecke des Segels. Er ist bei diesen Segeln durch den
Stoßlappen
verstarkt. Beim Spinnaker gilt jene Ecke des Segels als Hals, in welcher der Spinnakerbaum eingepickt (mittels einer Vorrichtung eingehangt) ist. Nicht zu verwechseln ist damit der Hals von Untersegeln (
Rahsegeln
), der aber nicht ein Teil des Segels, sondern Tauwerk ist.
[13]
Das
Schothorn
ist bei Schratsegeln die hintere, untere Ecke des Segels. Bei Rahsegeln sind die Schothorner die unteren Ecken, an denen die
Schoten
? und bei
Untersegeln
zusatzlich die Halse ? befestigt sind.
[13]
[14]
Segel sind an dieser Ecke in der Regel besonders verstarkt, da dort große Krafte auftreten.
Gaffeltoppsegel
(Schratsegel) werden oft am
Neck
, das heißt etwa mittig zwischen Kopf und Hals, mit dem
Neckfall
noch zusatzlich an Mast bzw.
Stenge
befestigt, sofern traditionell keine Stagreiter o. A. benutzt werden.
Die Rander der Segel werden als
Lieken
bezeichnet. Beim dreieckigen Segel werden drei Lieken unterschieden: das
Vorliek
(beim Großsegel am Mast, daher auch
Mastliek
genannt), das
Unterliek
(beim Großsegel auch als
Baumliek
, beim Vorsegel als
Fußliek
bezeichnet) und das
Achterliek
. Beim Großsegel sind Vor- und Unterliek oft durch ein Liektau oder einen Liekdraht verstarkt, um ein Ausreißen und Ausrecken des Segels zu verhindern. Oft ist im Achterliek eine Leine vorhanden, mit der die Achterliekspannung verandert und damit das Segel
getrimmt
werden kann. Das Vorsegel hat nur im Vorliek ein eingenahtes Liektau, das heute aus Stahldraht besteht.
Beim
Gaffelsegel
heißt das Liek an der Gaffel
Oberliek
oder
Gaffelliek
. Beim Rahsegel wird das an der Rah befindliche Liek
Rahliek
genannt, die beiden seitlichen Lieken werden als
Steuerbord-
oder
Backbordliek
oder als
Seitenlieken
bezeichnet.
Die
Segelbahnen
(beim Segelmacher als
Kleider
bezeichnet) sind Tuchstreifen, aus denen das Segel zusammengenaht oder -geklebt ist. Durch entsprechenden Zuschnitt der einzelnen Bahnen wird die notwendige Segelwolbung (bei Schratsegeln) erreicht. Bei rechteckig geschnittenen Rahsegeln verlaufen die Bahnen senkrecht zur Rah. Bei Dreiecksegeln von Jollen und Yachten verlaufen sie ublicherweise senkrecht zur Sehne des Achterlieks (Horizontalschnitt) oder entlang der Lastlinien (Bi- oder Triradialschnitt), siehe
Segelschnitte
.
Cunningham-Kausch (zweite Offnung von unten)
Die
Cunningham-Kausch
befindet sich in der Nahe des Vorlieks im unteren Bereich des Segels und dient zum
Trimmen
des Segels. Durch Strecken des Vorlieks (Hinunterziehen in Richtung des Halses) wandert die Wolbung (der
Bauch
) des Segels nach vorne und das Segelprofil wird insgesamt flacher.
Die
Segellatten
sind schmale, biegsame, aus Eschenholz oder Kunststoff hergestellte Latten, die in die dafur vorgesehenen
Lattentaschen
eingefuhrt werden. Sie dienen der Formgebung des Segels und sollen das Achterliek ausstutzen, damit der hintere Teil des Segels nicht
killt
(flattert). Beim Lattensegel verlaufen die Segellatten durchgehend vom Mast- bis zum Achterliek.
Zum
Reffen
eines Lattengroßsegels mittels Bindereffs werden die in der jeweiligen Reffreihe vorhandene
Reffkausch
sowie die
Reffgattchen
und
Reffbandsel
verwendet. Ein Großsegel mit
Rollreffanlage
, das zum Reffen in den Mast oder Baum eingerollt wird, hat dagegen keine Reffreihen.
An das Material von Segeln wird eine Reihe von Anforderungen gestellt: Es soll luftundurchlassig, reißfest, formstabil, bestandig gegen die
UV-Strahlung
und gegen Seewasser sein, es soll eine geringe Wasseraufnahme aufweisen und leicht sein. Segeltuche sollten auch leicht verarbeitbar und moglichst kostengunstig sein. Je nach Verwendungszweck treten dabei unterschiedliche Auswahlkriterien in den Vordergrund. Fur den Antrieb eines kleinen Kustenfischerbootes ist etwa die Kostenfrage wichtiger als fur ein Hochleistungs-Regattasegel.
In der Vergangenheit bestanden Segel uberwiegend aus pflanzlichen Geweben, aber auch aus Tierhauten wie bei den Segeln der Eskimos. Heute werden Segel uberwiegend aus Kunstfasern gefertigt.
Auslegerboot mit Rahsegel aus
Pandanus
-Blattstreifengeflecht
Als Material fur Segel dienten fruher
Gewebe
,
Tuch
aus fast jeder verfugbaren
Naturfaser
. Auch heute sind fur kleine Boote in armeren Weltgegenden Segel aus allen moglichen lokal verfugbaren Materialien in Gebrauch. Selten werden dabei jedoch tierische Fasern verwendet.
Aus dem ?
Alten China
“ ist bekannt, dass im fruhen 15. Jahrhundert die Segel der sogenannten
Schatzschiffe
aus roter
Seide
gefertigt waren. Nordische
Langschiffe
wurden oft mit
Wollsegeln
gefahren, wobei der naturliche Fettgehalt der Wolle einer speziellen langhaarigen
Schafrasse
verhindert haben soll, dass die Segel zu viel Wasser aufnahmen. In
Skandinavien
wurde auch haufig
Nesselstoff
fur Segel verwendet.
[15]
In sudlichen Gebieten, wie zum Beispiel in
Polynesien
, wurden bis ins 20. Jahrhundert Segel aus geflochtenen
Palmblatt-
oder
Pandanusblattstreifen
fur die traditionellen
Auslegerboote
verwendet.
In der Vergangenheit wurde
Segeltuch
aber uberwiegend aus
Hanf
oder
Leinen
hergestellt, sofern diese Materialien verfugbar waren. Am Anfang des 19. Jahrhunderts wurde Hanf und Leinen als Segeltuchmaterial langsam durch die billigere
Baumwolle
verdrangt, auch dadurch dass die Segel großer wurden und Baumwollsegel leichter sind (Baumwolle kann viel feiner verzwirnt und fester gewebt werden) als Leinen- oder Hanfsegel. Die Baumwollsegel sind auch weniger poros, dadurch halten diese Segel den Wind besser und sie halten ihre Form besser.
[16]
Sportsegler verwendeten fur ihre
Boote
bis zur Einfuhrung synthetischer Segeltuche fest gewebte Baumwollsegel. Neben der geringeren Formstabilitat haben Baumwollsegel den Nachteil, dass sie nicht feucht zusammengelegt gelagert werden durfen, da sie sonst durch Schimmelpilze
verstocken
. Auch die aus Naturfasern bestehenden
Liektaue
quollen bei Feuchtigkeit auf und ließen sich in der jeweiligen
Keep
nur noch schwer bewegen.
Segel aus Naturfasern werden heute noch bei einigen Traditionsseglern benutzt. Ansonsten wurden diese Materialien durch
Chemiefasern
ersetzt, da diese nicht verrotten, langsamer verschleißen und eine bessere Formstabilitat (geringeres
Reck
) aufweisen.
Moderne Segel lassen sich grob in drei Arten aufteilen:
- Segel aus gewobenem
Segeltuch
, zum Beispiel aus Polyester (Markenname:
Dacron
), in unterschiedlichsten Qualitaten und Ausfuhrungen;
- Laminatsegel
(manchmal als Sandwichsegel bezeichnet), bei welchen Fasern, sogenannte Gelege, mit Folien oder Polyestergewebe verklebt werden;
- Membransegel
? das sind Laminatsegel, bei welchen verstarkende Fasern bereits bei der Produktion des Segels gemaß der zu erwartenden Lastlinien eingeschweißt werden.
In der Folge eine Aufstellung verschiedener, heute verwendeter Chemiefasern zur Herstellung von Segeln:
Farbiger Nylon Spinnaker
Polyamid
(Markenname: Nylon)
Die Starken des Materials liegen im geringen Gewicht bei relativ hoher Festigkeit. Als Schwache kann die große Elastizitat angesehen werden.
Zielgruppe: Tuch fur Spinnaker und Cruising-Gennaker
Polyester
(Markennamen:
Dacron
, Diolen, Trevira, Terylene, Tetoron, Pentex, Mylar)
Die großen Vorteile des Materials liegen in seiner Robustheit und Haltbarkeit. Es gibt eine große Auswahl an Tuchgewichten und Qualitaten. Nachteile sind die geringe Formstabilitat und der relativ hohe Reck.
Zielgruppe: Regatta- und Fahrtensegler
Polyethylennaphthalat
(PEN, Markenname: PenTex)
Das Material ist doppelt so reckfest wie Polyester und liegt preislich zwischen Polyester und Aramid. Es ist nicht als gewebtes Tuch, sondern nur als Gelege im Laminat erhaltlich.
Zielgruppe: Vielsegler im Fahrten- und Regattabereich
Carbon Hauptsegel mit typischer grauer und schwarzer Farbe
Thermotropisches
Flussigkristallpolymer
(TLCP, Markenname:
Vectran
)
Vectran hat ahnlich gunstige mechanische Eigenschaften wie Aramid, ist aber langlebiger. Es ist allerdings empfindlich gegen UV-Strahlen.
Zielgruppe: Fahrten- und Fahrtenregattasegler auf hochstem Niveau
Aramid
(Markennamen: Kevlar 29, Twaron, Technora Black)
Kevlar hat eine hohere Zugfestigkeit als Stahl und ist die erste Hightech-Faser im Segelbereich. Schwachen sind die Knick- und UV-Empfindlichkeit.
Zielgruppe: Regattasegler
Kevlar-Carbon-Segel
Hochmodul-Aramid
(Markennamen: Kevlar 49, Kevlar Edge, Twaron HM)
Das Material ist extrem dehnungsarm, jedoch knick- und UV-empfindlich.
Zielgruppe: Top-Regattasegler
Ultra-Hochmolekulares Polyethylen
(PE-UHMW, Markennamen: Spectra,
Dyneema
)
Die Starken des Materials liegen in dessen hoher Bruchlast, dem leichten Handling und der guten UV-Bestandigkeit. Es weist einen geringen, profilverandernden Langzeitreck auf.
Zielgruppe: Langfahrtsegler
Kohlenstofffaser
(Carbon)
Das Material ist leicht, weist eine geringe Dehnung auf und ist resistent gegenuber UV-Strahlung. Es gibt aber große Qualitatsunterschiede, Segel aus Kohlenstofffasern sind sehr knickempfindlich und teuer.
Zielgruppe: Top-Regattasegler
Zylonfaser
(PPBO)
Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)
Zylon-Fasern besitzen ausgesprochen gute Eigenschaften. Wenig Reck und hohe Formbestandigkeit aufgrund hoher Festigkeit. Jedoch wenig UV-bestandig, teurer als Aramid, mit kurzerer Lebensdauer.
Hinweise zu den Angaben in der Tabelle:
Die Einheit g/den bedeutet Gramm pro
Denier
. Eine 1-denier Polyester-Faser hat einen Durchmesser von zirka 10 Mikrometer (0,01 mm).
Elastizitatswert: Ein hoherer Zahlenwert bedeutet eine geringere Elastizitat. Segel mit geringer Elastizitat haben den Vorteil, dass sie auch bei hoher Belastung die Form behalten.
UV-Bestandigkeit: Nach der angegebenen Monatszahl hat sich die Bruchlast auf die Halfte des Neuwertes verringert (gilt fur subtropische Gewasser, beispielsweise das Mittelmeer).
Knickverlust: Die Prozentangabe ist der Bruchlastverlust nach 60 Knickbewegungen.
Material
|
Elastizitatswert
|
Bruchlast
|
UV-Bestandigkeit
|
Knickverlust
|
Polyamid
|
45 g/den
|
9,5 g/den
|
3?4 Monate
|
0 %
|
Polyester
|
80?120 g/den
|
8 g/den
|
uber 7 Monate
|
0 %
|
Polyethylennaphthalat (PEN)
|
250 g/den
|
10 g/den
|
6 Monate
|
4 %
|
Polyester hochfest
|
510 g/den
|
23 g/den
|
1?2 Monate
|
15 %
|
Aramid
|
540 g/den
|
28 g/den
|
3?4 Monate
|
7 %
|
Standard-Aramid
|
600 g/den
|
23 g/den
|
2?3 Monate
|
25 %
|
Hochmodul-Aramid
|
940 g/den
|
24 g/den
|
2?3 Monate
|
27 %
|
Polyethylen hochfest
|
1250 g/den
|
33 g/den
|
6?7 Monate
|
0 %
|
Kohlenstofffaser, Carbon
|
1200?2400 g/den
|
20?40 g/den
|
kein Einfluss
|
30?100 %
|
Quelle: Fachmagazin
Yachtrevue
, Ausgabe 4/2006
Großsegel mit Horizontalschnitt, Vorsegel mit Radialschnitt (siehe helle Streifen (Nahte) im Segel)
Segel sind aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von Tuchstreifen, den sogenannten Segelbahnen, gefertigt. Je nach Form dieser Segelbahnen und dem entsprechenden Verlauf der Nahte, mit denen sie zusammengehalten werden, wird von unterschiedlichen
Segelschnitten
gesprochen. Der Segelschnitt hat Einfluss auf die Haltbarkeit und Leistungsfahigkeit des Segels.
Segel sollten unter hoher Belastung moglichst formstabil sein. Einen wesentlichen Einfluss auf die Formstabilitat hat das
Reck
(die Dehnbarkeit) des Segeltuchs. Das Reck soll moglichst gering sein. Polyestertuche beispielsweise haben in
Kett
- und
Schussrichtung
(in Richtung der Langs- und Querfaden) ein geringes Reck, diagonal dazu ist das Reck jedoch groß. Durch verschiedene Schnitte wird versucht, dieser Tatsache Rechnung zu tragen, damit das Gewebe beim Segeln moglichst nicht diagonal belastet wird.
Der
Horizontalschnitt
oder
Cross-Cut
ist der meistgefahrene und bewahrteste Segelschnitt bei Großsegeln. Bei diesem Schnitt laufen die Nahte etwa parallel, rechtwinklig zur Sehne des Achterlieks, bei Rahsegeln rechtwinkelig zum Rahliek. Dieser Schnitt ist preiswert in der Herstellung, robust in der Handhabung und im Allgemeinen am langlebigsten.
Der
Laschenschnitt
ist ein oft verwendeter Segelschnitt bei Vor- oder Stagsegeln (Fock). Dabei verlauft eine Diagonalnaht, Lasching genannt, vom Schothorn, in Richtung des Schotzuges, zum Vorliek des Segels. Von der Lasching aus verlaufen die Bahnen annahernd senkrecht zum Unterliek und zum Achterliek.
Beim
Radialschnitt
(Tri- oder Vollradialschnitt) verlaufen die Nahte sternformig etwa aus der Mitte des unteren Segeldrittels zu den drei Ecken des Segels beziehungsweise strahlenformig von diesen weg. Dieser Schnitt wird vor allem bei Vorsegeln verwendet, da die Krafteinleitung ins Segel beim Schothorn in diagonaler Richtung erfolgt.
Die Konstruktion von Segeln wird durch die Gesetze der
Aerodynamik
bestimmt. Sie sind aeroelastische
Tragflachen
.
Das vom
Wind
angestromte Segel nimmt eine gewolbte Form (
Bauch
) an und entwickelt eine
Kraft
, die proportional zum Produkt aus der Segelflache und dem Quadrat der sogenannten
scheinbaren Windgeschwindigkeit
ist, das ist die auf dem Schiff wahrgenommene (und somit auf ihm messbare) Windgeschwindigkeit, welche mathematisch dem Ergebnis einer
vektoriellen Addition
der wahren
Windgeschwindigkeit
und der Geschwindigkeit des Schiffes entspricht. Die Kraft wirkt senkrecht zur Flache des Segels in Richtung
Lee
. Einfluss auf die Große der Kraft hat neben Form und Große des Segels und der Windgeschwindigkeit auch der
Anstrom
winkel
des Windes auf das Segel. Je nach Anstromwinkel uberwiegt entweder die Komponente
Antrieb durch Widerstand
oder die Komponente
Antrieb durch Auftrieb
.
Beim Antrieb durch
Widerstand
entsteht eine Kraft auf das Segel, wenn dieses die Luftstromung abbremst oder unterbricht. Die Große der Kraft ist abhangig von der Große der
Segelflache
und von deren
Stromungswiderstandskoeffizienten
(c
w
-Wert). Der Stromungswiderstandskoeffizient ist am großten, wenn das Segel die Form einer hohlen Halbkugel hat (c
w
-Wert?1,4). Deshalb sind auch spezielle Segel fur
Vorwindkurse
, wie
Spinnaker
, sehr bauchig geschnitten und haben eine große Segelflache.
1 Luftstrom
2 umgel. Luftstrom
3 Kraft auf das Segel
Werden Segel in einem bestimmten Winkel (
Anstellwinkel
etwa 5° bis 30°) angestromt, funktionieren sie nach den gleichen Prinzipien wie die
Tragflache
eines Flugzeugs oder der Flugel eines
Hangegleiters
. Wird der Anstellwinkel großer,
reißt die Stromung ab
und es uberwiegt der Anteil
Antrieb durch Widerstand
(siehe oben).
Die am Segel entlang streichende Luft bewirkt eine Kraft, die etwa am ersten Drittel angreift und im Wesentlichen senkrecht zum Tuch steht. Sie ist das Resultat unterschiedlicher aerodynamischer Vorgange:
Durch die Umlenkung des Luftstromes auf der Luvseite des Segels entsteht nach dem
dritten Newtonschen Gesetz
(Kraft = Gegenkraft) eine Kraft auf das Segel. Die Große dieser Kraft entspricht der
Impulsanderung
der mittels des Segels umgelenkten Luftmasse pro Zeitspanne (siehe stark vereinfachte Skizze rechts).
Die Leeseite des Segels beschleunigt sehr effektiv die benachbarte Luft nach hinten. Wenn sich nach Umstromung des Segels die beschleunigte Luft der Leeseite mit der weniger beschleunigten Luft der Luvseite des Segels vereinigt, ergibt sich eine Umlenkung der Stromung mit einer vektoriellen Beschleunigungskomponente senkrecht zum Segel in Richtung Luv. Daraus ergibt sich eine gleich große Gegenkraft auf das Segel in Richtung Lee, aufgrund des dritten Newtonschen Gesetzes.
Wird die Luftstromung um das Segel im Detail betrachtet, ist festzustellen, dass die Luft auf der
Leeseite
des Segels schneller fließt als auf der
Luvseite
. Dies fuhrt gemaß dem
Bernoulli-Effekt
zu erhohtem Druck auf der Luvseite und verringertem Druck auf der Leeseite des Segels. Auch dieser Druckunterschied erklart die Kraft auf das Segel.
Wenn Segel nahe beieinander angeordnet sind, konnen sie sich positiv beeinflussen. Ein Beispiel ist die langgestreckte
Duse
, die sich bei
Sluptakelung
im Raum zwischen Vorsegel und Großsegel ausbildet. In dieser Duse herrscht auf Grund des
Venturi-Effektes
eine hohere Stromungsgeschwindigkeit als in der Umgebung. Dadurch entsteht zusatzlicher Auftrieb am Großsegel.
[17]
Die Ansicht, dass es zwischen Vor- und Großsegel zu einer
Dusenwirkung
kommt, ist allerdings umstritten.
[18]
Ein großer Teil der heute hergestellten Segel wird auf
Segelschiffen
,
Segelyachten
und
Segelbooten
verwendet. Aber auch beim
Windsurfen
,
Eis
- und
Strandsegeln
kommen spezielle Segel zum Einsatz. Da diese Fahrzeuge auf bestimmten
Kursen
sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen, mussen die Segel aus aerodynamischen Grunden sehr flach (mit wenig Bauch) geschnitten sein.
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Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft. Bitte prufe Original- und Archivlink gemaß
Anleitung
und entferne dann diesen Hinweis.
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- ↑
Joachim Schult:
Segler-Lexikon.
13. Auflage. Delius Klasing, Bielefeld 2008,
ISBN 978-3-87412-103-3
, S. 132, mit Abbildung.
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Segel/Aerodynamik
(
Memento
vom 7. September 2011 im
Internet Archive
).