Krängung

Krängung eines Segelbootes durch Winddruck auf die Segel

Krängung – auch Schlagseite – bezeichnet die Neigung von Wasserfahrzeugen zur Seite, also eine Drehung um die Längsachse.

Ursachen

Sehr starke Krängung bei einem Segelboot mit lateralem Einsinken in das Wasser in Lee

Der Flugzeugträger Ronald Reagan krängt während Rudertests.

„Ausreiten“, um Krängung zu vermindern

Kleine Katamarane können bei Krängung auf einem Rumpf gesegelt werden.

Krängende Drehmomente (auch kurz Momente genannt) am Schiff werden verursacht durch:

• Winddruck, besonders bei Segelschiffen. Beim Segeln am Wind ist eine gewisse Krängung bei Segelschiffen unvermeidlich.
• Seegang
• Fliehkräfte im Drehkreis
• Ladung:
  • Verrutschen der Ladung (siehe Pamir)
  • ungünstigen Gewichtstrimm; fehlender Ballast z. B. in den Ballasttanks
  • Vereisung der Decksladung
  • Laden und Löschen von Schwergut
• asymmetrische Wasseraufnahme; u. a.:
  • eindringendes Wasser durch Beschädigung des Schiffes
  • eingesetztes Löschwasser bei der Brandbekämpfung (siehe z. B. Normandie und Forrestal)
• seitlicher Trossenzug

Messung der Krängung

In der heutigen Zeit wird der Krängungswinkel mit einem elektronischen oder mechanischen Neigungsmesser gemessen, der starr mit dem Schiffskörper verbunden ist.

Die Krängungsmessung kann auch mit einem oder mehreren Loten erfolgen, die über die Länge des Schiffs verteilt werden. Die Lotlänge muss mind. 3 m und sollte nicht mehr als 10 m betragen, denn bei größeren Lotlängen kann durch Eigenschwingungen der Lote die Ablesegenauigkeit abnehmen. Die Lote sollten in Wasserkästen hängen. Um die Eigenschwingung der Lote zu verhindern, sind an den Loten Dämpfungsflächen anzubringen. Den Krängungswinkel bestimmt man aus der Lotlänge und dem Lotausschlag, der an einer Messlatte abgelesen wird, die über den Wasserkasten gelegt ist.

Gefahren

Eine starke Krängung kann zum Kentern des Schiffes führen. Entweder führt die Krängung zum Wassereinbruch oder Verrutschen der Ladung, oder die angreifenden Kräfte sind so groß, dass die aufrichtenden Kräfte des Schiffskörpers nicht mehr ausreichen und das Schiff auf die Seite legen.

Segelschiffe

Bei Segelschiffen und Segelyachten wirkt der Kiel als Gegengewicht der Krängung entgegen. Dieser enthält bis zu 50 % der Masse des Schiffes und bewirkt so ein aufrichtendes Moment. Eine gewisse Krängung – je nach Bauart des Schiffes und Windstärke von 20 bis 45° – ist bei diesen Schiffen völlig normal und stellt keinerlei Gefahr für das Schiff dar.

Je stärker die Krängung, desto stärker wird aufgrund des Hebelgesetzes auch das aufrichtende Moment des Kiels (Prinzip des Stehaufmännchens). Einrumpf-Segelschiffe richten sich bis zu einer Krängung von 120° oder mehr wieder selbstständig auf, können also faktisch nur bei sehr hohem Wellengang kentern, also mit dem Kiel nach oben liegen bleiben. Kielboote gelten daher als kentersicher.

Bei Katamaranen oder Trimaranen ermöglichen die außermittigen Schwimmkörper einen größeren Wert für die Verlagerung des Auftriebsmittelpunktes und erzeugen dadurch ein aufrichtendes Moment. Katamarane kentern, wenn die Krängung 90° erreicht. Jollen haben keinen Kiel, sondern nur ein Schwert, das so gut wie keine Masse hat. Daher muss bei ihnen die Crew durch ausreiten nach Luv der Krängung entgegenwirken.

Sowohl bei Kielbooten als auch bei Katamaranen oder Jollen kann die Krängung reduziert werden, indem sich die Crew „auf die hohe Kante setzt“, das heißt sich im Luv an die Reling setzt, oder die Segelfläche reduziert wird (Reffen).

Mechanische Betrachtung

Ein schwimmendes Schiff nimmt bei konstanten Kräften von selbst immer eine Ruhelage ein. Gegen die Gewichtskraft des Schiffes ${\vec {G}}=m\cdot {\vec {g}}$ stellt sich immer eine entsprechend große Auftriebskraft ${\vec {A}}$ durch verdrängtes Wasser entgegen, wobei diese Auftriebskraft immer lotrecht (in z-Richtung, entsprechend der Erdbeschleunigung ${\vec {g}}$) steht:

${\vec {G}}=-{\vec {A}}$

Betrachtet man ein Schiff, das in Ruhe liegt, so kann an drei Achsen eines lokalen Orthogonalsystems gedacht werden:

• Nullpunkt: Der Punkt, an dem die Auftriebskraft angreift
• x-Achse: Die Längsachse
• y-Achse: Die Querachse
• z-Achse: Die Vertikale, entsprechend der Richtung der Auftriebskraft

Rollen um Längsachse (x)
Stampfen um Querachse (y)
Gieren um die Hochachse (z)

Greifen Kräfte an, die nicht lotrecht sind, so gerät das Schiff in Bewegung; das schwimmende Schiff ist ein frei beweglicher Körper mit sechs Freiheitsgraden, daher kann es sechs verschiedene Bewegungen einzeln oder kombiniert ausführen:

• translatorische Bewegungen:
  • in Richtung der x-Achse   (vorwärts, rückwärts fahren)
  • in Richtung der y-Achse   (seitwärts driften)
  • in Richtung der z-Achse   (tauchen, sowohl statisch wie auch als Schwingung)
• rotatorische Bewegungen:
  • Drehung um die x-Achse   (Statisch: krängen – Schwingung: rollen)
  • Drehung um die y-Achse   (Statisch: trimmen – Schwingung: stampfen)
  • Drehung um die z-Achse   (Kurswechsel: drehen – Schwingung: gieren)

Einfaches Beispiel, die Bewegung vorwärts: Übt ein Antrieb - Schiffschraube oder Riemenpaar - Motor eine Kraft F in x-Richtung auf das Schiff aus, so wird es vorwärts bewegt.

Die Krängung (Drehung um die x-Längsachse) entsteht, wenn eine zusätzliche Kraft ${\vec {K}}$ (durch Ladung oder Wind) in y- oder z-Richtung nicht durch den Auftriebsmittelpunkt A geht und dadurch ein Moment ${\vec {M}}_{x}$ um die x-Achse erzeugt. Dieses Moment bewirkt eine Drehung des Schiffes um die x-Achse.

Beispiel Ladung

Ein Schiff wird auf einer Seite mit einem Container außermittig beladen, der Container erzeugt durch sein Gewicht eine Kraft ${\vec {K}}$ in z-Richtung, deren Wirkungslinie um die Strecke ${\vec {r}}_{k}$ vom Auftriebsmittelpunkt bzw. Schwerpunkt verschoben ist. Der seitliche Abstand (Projektion auf die y-Achse) vom Schwerpunkt sei $y_{k}$. Damit ergibt sich ein Moment um die x-Achse:

${\vec {M}}={\vec {r}}_{k}\times {\vec {K}}$

$M_{x}=y_{k}\cdot K_{z}$

Dieses Moment dreht das Schiff um die x-Achse. Dadurch verlagern sich der Auftriebspunkt A und der Gewichtskraftpunkt G des Schiffes um die Strecke $y_{a}$ und $y_{g}$. Daraus ergeben sich zwei neue Momente, die entgegen dem Moment ${\vec {M}}_{x}$ wirken können und damit das Schiff in ein neues Gleichgewicht bringen. Für einen Gleichgewichtszustand muss gelten, dass die Summe der Momente gleich Null ist:

$\sum {\vec {M}}_{i}=0$

Dann muss für das Schiff mit dem Container

${\vec {M}}_{x}={\vec {r}}_{k}\times {\vec {K}}+{\vec {r}}_{g}\times {\vec {G}}+{\vec {r}}_{a}\times {\vec {A}}=0$

gelten. ($r_{a}$ und $r_{g}$ ergeben sich in Abhängigkeit von der Konstruktion des Schiffes)

Entsteht die veränderte Schwimmlage auf glattem Wasser durch eine konstante Kraft oder durch die Ladungsverteilung, werden die statischen Begriffe verwendet (hier: Krängung). Durch Einwirkung von Wellen und Windböen kommt es zu Schwingungen (hier: Rollschwingung).

Siehe auch

• Schiffsstabilität
• Krängungsschiff
• Chinewalking

Weblinks

Wiktionary: Krängung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Literatur

• Seemannschaft. Handbuch für den Yachtsport. Delius Klasing Verlag, Bielefeld 2008, ISBN 978-3-7688-0523-0 (28. Auflage).