Ingenieure und Physiker beim Ankern

Diese Artikelserie ist eine lose Sammlung von mehr oder weniger tiefgehenden Philosophien einer noch loseren Gruppe von HSGE-Mitgliedern und ist all jenen gewidmet, die bei mindestens einem Ankermanöver mehr als fünf Anläufe machen mußten.

Die Hauptautoren sind namentlich genannt. Viele dieser Beiträge sind durch Diskussionen entstanden, so daß sich nicht jede Idee zweifelsfrei zurück verfolgen läßt. Andere Autoren haben Korrektur gelesen und somit zur Abrundung und Lesbarkeit entscheidend beigetragen, denn auch Segler neigen mitunter zu Höhenflügen.

Artikel 1: (Werner Frie)

Als Einführung empfehle ich (W. Frie) das Buch ?Besser Ankern?. Es ist ein phantastischer Überblick zum Thema ?Ankern? ? mit Aspekten, die einfach in anderen Büchern nie vorkommen. Phänomenologisch wird nun auch hier die Dynamik des Ankers mit dem Ankergeschirr beschrieben (Seite 43-58).

Bezugsquelle:

Buch ?Besser Ankern?, Autor: Alain Poiraud + Achim Ginsberg-Klemmt, Palstek Verlag Hamburg 2004, ISBN 3-931617-20-3

http://www.palstek.de/bestellungen/anker.php

Gott sei Dank wurde aber nicht alles vorweggenommen, so dass sich weiterlesen trotzdem lohnt! Unser Ziel ist es nicht einen breiten Überblick über das gesamte Thema ?Ankern? zu geben, sondern einzelne Themen aufzuarbeiten. (Wie z.B. unterschiedliche Ankergeschirre auch quantitativ in der Dynamik möglichst gut zu beschreiben/vergleichen.)

Warum hält mein Anker nicht ? Wie beurteilt man ein Ankergeschirr?

"Definition der Kenngrößen des Ankergeschirrs"

Einführung:

Auf so manchem Stammtisch wird die Meinung vertreten, dass es nur darauf ankommt, wie gut der Anker im Boden hält. Einfach gesagt: Es kommt darauf an den richtigen Anker zu verwenden und schwer genug muß er sein. Die Fortgeschrittenen betrachten nicht nur die Zugkraft am Anker, sondern auch den Zugwinkel. Eine Kette(/-vorläufer) statt einer Leine sorgt dafür, dass der Zugwinkel parallel zum Grund läuft. ? War?s das schon?

Schaut man aber z.B. in maritime Versandkataloge hinein, dann kann man auch Reitgewichte kaufen, quasi ein Relikt aus ferner Urzeit, als es noch öligen Zwieback gab und das Rollgroß bei Charterschiffen mit Aufpreis verbunden war. Alles Tinnef, was unsere Altvorderen da von sich gegeben haben?

Und dann sitzt man bei seinem Segelschein im HSGE-Kurs und hört so erstaunliche Dinge wie: ?3x Wassertiefe ist gleich der Mindest-Kettenlänge oder 5x bei Ankerleine?. So nebenbei, bei geringen Wassertiefen, bis 5 m etwa, nimmt mancher Salzbuckel diesen Wert als unterstes Richtmaß.

Anscheinend hat die Auswahl des Ankergeschirrs, also der Verbindung zwischen Anker und Boot etwas damit zu tun, ob der Anker hält oder nicht. Warum bietet man sonst Reitgewichte und mechanisch eher überdimensionierte Kettenvorläufer oder Bleileinen zum Kauf an??

Das Schielen auf den schwersten Anker ("Meiner ist der Größte") berücksichtigt nur die statische Belastung des Ankers. Wenn es kein Gewichtslimit gäbe, könnte die Welt so schön sein. Der Einsatz eines 2500 kg Stockankers gestaltet sich in der Praxis auf einer 12 m Yacht jedoch schwierig, auch wenn dieser aus der Sicht der Haltekraft dem Ideal schon erstaunlich nahe kommt. Die Erfahrung zeigt, ein normal großer Anker bricht sehr leicht aus, wenn er einmal impulsartig zu stark belastet wird ? also ruckartig wie bei Seegang. Gewicht ist daher nicht alles.

Wie wirkt sich das eine schwere Ankerkette oder ein Reitgewicht auf die dynamischen Lasten aus?. Was ist überhaupt die Dynamik eines Ankers oder eines Ankergeschirrs? Wie beurteile ich ein Ankergeschirr bezüglich Ruckdämpfung ? darauf kommt es ja an - und welche Vergleichsmöglichkeiten gibt es?

Zuerst müssen die Kenngrößen, d.h. Vergleichsparameter für die als idealisiert angenommenen Varianten des Ankergeschirrs definiert werden. Idealisierende Annahmen sind z.B, dass der Anker prinzipiell immer gleich gut im Grund hält und auch immer das gleiche Boot im gleichen Wellen- und Windsystem verwendet wird, unabhängig von Kette, Kettenvorläufer oder Trosse . Es wird bei unseren Überlegungen nur das Ankergeschirr betrachtet. Genauer: Wie beeinflussen Ankerleine oder ? kette oder Reitgewicht den zeitlichen Kraftverlauf und den Angriffswinkel der Kraft vom Anker aus gesehen.

Physikalische Sicht der Dinge

Man kann das Ankergeschirr (Leine, Kette, Reitgewicht) als Feder betrachten. Diese Feder kann mechanische Energie speichern. Durch eine Welle oder das Hin- und Herschwojen des Bootes wird, das kann man nicht verhindern, ungleichmäßig am Ankergeschirr gezogen. Diese Energie des Rucks kann jedoch in einem geeigneten Ankergeschirr so gespeichert werden, so dass der Anker gleichmäßiger belastet wird.

Wie genau ist das nun aber mit der Feder?

Kennzeichen einer Feder ist, daß mit zunehmendem Federweg die Kraft zunimmt. Jeder kennt das vom Expander. Der Weg des Schiffes relativ zum Anker und die damit verbundene Streckung des Ankergeschirrs ist der Federweg. Man kann sich richtig vorstellen, wie sich mit dem Weg des Schiffes vor und zurück die Kraft auf den Anker verändert. Es ist nicht so, daß sich z.B. die Kette in der Länge dehnen würde. Durch die Kraft, mit der das Schiff zieht, hebt es die Kette an und spannt sie. Je weiter das Boot sich vom Anker entfernt, desto mehr Kette muß angehoben werden und desto größer wird die erforderliche Kraft. Die Ankerkette kann daher analog zur Schraubenfeder Energie speichern. Aus der Anschauung folgt, daß ein Reitgewicht mit Ankerleine mehr den Kraftverlauf vergleichmäßigt, als eine Ankerleine allein. Da eine gute Ankerleine erstaunliche Dehnfähigkeit hat, könnte die Kombination aus Kettenvorlauf, Reitgewicht und Ankerleine durchaus Vorteile bieten. Ziel ist es jedenfalls, eine möglichst ?weiche? Feder zu haben, wenn man frei vor Anker liegt und zum Schwoien ausreichend Platz ist. Nur in dem Ausnahmefall, dass man (z.B. römisch katholisch) an einer Pier liegt, darf sich das Ankergeschirr nicht zu sehr dehnen, da man sonst gegen die Pier stößt. Nur in diesem Fall möchte man eine ?härtere? Feder haben, deren Dämpfung gerade noch den Schwell im Hafen aufnehmen kann. Man möchte schließlich nicht die ganze Nacht eine rumpelnde Ankerkette oder kurzzeitig ein markantes Döllds hören. Das war dann die Kaimauer.

Heuristisch zusammenfassend ist daher ein weich-federndes Ankergeschirr als optimal zu betrachten, denn man kann in jedem Fall so sehr anziehen (ausreichende Vorspannung), bis das Ankergeschirr straff gestreckt ist und quasi zu einer ?harten? Feder wird. Dies gilt es jetzt wissenschaftlich zu plausibilisieren.

Definition von Kenngrößen

Um eine einigermaßen haltbare These aufstellen und nachweisen zu können, haben die Götter der Physik die Modellbildung an den Anfang gestellt. Man geht im allgemeinen von einer vereinfachten Ausgangssituation aus. Wir starten mit der Voraussetzung, dass der Ankergrund eben ist und das nur der Anker am Grund hält (Kette hat keine Reibung am Grund und wickelt sich auch nicht um das Wrack vom letzten HSGE-Törn).

Die Ausgangssituation ist eine bestimmte Last auf dem Ankergeschirr (Kraft F(a) ). Das Schiff liegt zu diesem Zeitpunkt auf einer Wassertiefe WT(a) in einer Entfernung X(a) vom Anker entfernt. (Siehe hierzu Zeichnung 1.) Hierbei ist zu beachten, dass man als Wassertiefe eine ?effektive? Wassertiefe ansetzen muss, die gemessen wird bis zur Höhe des Bugbeschlages!!

Es gibt Tabellen, aus denen man sinnvolle Startwerte entnehmen kann. So definiert aus Ausgangssituation ein bestimmte Schiffsgröße mit einer angenommenen Zugkraft auf die Kette wie z.B. bei 4 Beaufort, sowie einer typischen Ankersituation und einem richtig dimensioniertes Ankergeschirr. Ausgehend von einer solchen Situation mit vordefinierten Kenngrößen als Beurteilungsmaßstab können dann Vergleiche zwischen verschiedenen Ankergeschirren angestellt werden.

Kenngröße 1:
Um wie viel Prozent ändert sich die Kraft, wenn das Schiff um B Meter nach hinten gezogen wird?
(Empfehlung: B Meter = 30% Wassertiefe, oder = zwei Meter)

Kenngröße 2:
Um wie viele Meter kann man das Schiff nach hinten ziehen so dass die Kraft am Anker um C (z.B. = 50%) Prozent ansteigt? Wie viel Energie (Kraft mal Weg) wurde bis dahin im Ankergeschirr gespeichert?
(Empfehlung: 50 % Prozent oder 100% Prozent)

Kenngröße 3:
Mit welcher Kraft darf ich am Ankergeschirr ziehen, so dass der Zugwinkel am Anker D Grad beträgt? Wie viel Energie (Kraft mal Weg) wurde bis dahin im Ankergeschirr gespeichert? (Empfehlung: D≤=5°)

Um einen sinnvollen Vergleich herzubekommen, werden in der Simulation A oder B oder C oder D möglichst konstant bleiben und nur die unterschiedlichen Verhältnisse des Ankergeschirrs betrachtet werden. Man geht von einer Standardkonfigurationen aus, vergleicht die jeweiligen Kenngrößen und diskutiert sie. Ggf. kann man noch die Ankergeschirre variieren:

• Wie viel Meter Kette? (Gewicht/Länge)
• Wie viel Meter Leine? (Gewicht/Länge)
• Welche Dehnfähigkeit hat die Leine?
• Wo sitzt das Reitgewicht? Wie weit weg vom Schiff? (Gewicht)

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wurde die grundsätzliche Fragestellung und die Kenngrößen definiert, nach denen in den Folgeartikeln nach Herzenslust simuliert, gemessen und geankert werden kann. Es ging dem Physiker darum welche Parameter in der Theorie betrachtet werden müssen (Theoretiker = Physiker = Werner Frie). Was wie gut tatsächlich ist - wird im Folgeartikel betrachtet, hoffe ich. Wir planen als erstes eine Simulation mit einer professionellen Software. Diese Simulation gilt es dann, in der Praxis zu überprüfen (Praxis = Ingenieure = Thomas Reichmann und Stephan Zenglein). Fortsetzung, d.h. Simulation und Praxis folgen !!

© Dr. Werner Frie

Zum Thema auch zu lesen: (Achtung persönliche Meinung und Empfehlung des Autors und nicht vollständig!)

• Buch: ?Seemanschaft?, Delius Klasing Verlag, Kapitel, ?Ankermanöver? Seite 185-915 in 22. Auflage
• Buch: ?Ankerplätze in Dänemark?, Autor: Jan Ebert, Edition Maritim,
• Kapitel ?Das Ankern? Seite 5-13
• Zeitschrift: ?Yacht? 16/2004 vom 28.07.04, Seite 78-101
• Verkaufskatalog von Fa. Plastimo, Jahr 2004, Seite 228-229 (vor den einzelnen Ankern) ? Schöne Tabellen!

PS: Anmerkung der Ingenieure: Da die Feldversuche nach bisherigem Budget und Projektplanung Jahre in Anspruch nehmen werden, stellen wir Euch zuerst die Simulation vor. Man könnte allerdings die Dauer der Feldversuche in Grenzen halten, wenn wir Berichte aus der Praxis von Euch erhalten. Geht denn also hin und ankert, ankert, ankert ...

Zum Bügelanker siehe: www.bluewater.de/b_anker.htm
Zum Spade-Anker siehe: www.bluewater.de/spade.htm