Yacht-Konstruktion: So entsteht ein Serienboot – Welche Kompromisse der Designer eingeht

Form und Funktion

Die Art und Weise, wie Konstruktionen von Booten entstehen, ist so vielfältig wie die Boote und ihre Einsatzzwecke unterschiedlich sind. Wir haben einem Konstrukteur über die Schulter geblickt.

Ob die Konstruktion dabei von einem einzelnen Konstrukteur oder von einem großen, vielköpfigen Konstruktionsbüro erstellt wird, spielt, außer für den zeitlichen Faktor, kaum eine Rolle. Möchte man die Herangehensweise eines Konstrukteurs an den Entwurf eines Serienbootes verstehen, muss zuallererst zwischen Einzelbauten und Serienbooten unterschieden werden, denn die Unterschiede sind gravierend.

Schalen und Formen

Der Hauptunterschied ist, dass ein Serienboot fast immer aus Formen gebaut wird. Es gibt nicht nur eine Rumpfform und eine Decksform, sondern es gibt auch Formen für den kompletten Boden und meistens auch für die Deckenverkleidung. Das sind die sogenannten Innenschalen. Das aufwendige Herstellen von Bauformen macht für Einzelbauten hingegen keinen Sinn.

Hier werden Schotten und Träger direkt auf den Rumpf laminiert, wohingegen bei einem Serienboot die Baugruppen beziehungsweise Schalen miteinander verklebt werden. Durch diese fertigungsoptimierte Bauweise kann die Bauzeit gegenüber einem Einzelbau erheblich gesenkt werden, was sich für den Käufer vor allem im niedrigeren Preis niederschlägt.

Einen kleinen Performancenachteil hat die Serienyacht jedoch gegenüber einem Einzelbau. Er ist steifer und kann dadurch mit mehr Riggspannung gesegelt werden, was letztlich mehr Höhe am Wind bedeutet. Einen Festigkeitsnachteil gibt es hingegen nicht. Konstruiert werden die Boote schließlich nach denselben Regeln, sei es ISO-Norm oder zum Beispiel nach den Klassifikationsregeln des Germanischen Lloyds. Das heißt, am Ende sind der Einzelbau und das Serienboot gleich sicher, der Einzelbau segelt etwas besser und ist deutlich teurer.

Ideen für neue Boote und Details werden auch gelegentlich auf Schmierzetteln festgehalten © Jan Maas

Die Innenschalen haben unterschiedliche Aufgaben innerhalb der Konstruktion. Sie sind Strukturbauteile, die dem Rumpf Festigkeit verleihen, andererseits erfüllen sie aber auch zahlreiche Nebenaufgaben. Sie sind Fundament für Motor, Tanks und verschiedene Aggregate, sind Möbelsockel und dort, wo sichtbar, sogar selbst Möbel. Hinzu kommen Aufnahmen für Fußbodenbretter oder Kojenauflagen, um nur einige wenige Aufgaben zu nennen. Bei kleineren Booten ist dies eine einzige Schale, die ins Schiff eingeklebt wird und fast den gesamten Schiffsboden bis ungefähr zur Wasserlinie abdeckt.

Vorgaben

Aber wie verläuft der Weg, von der Idee für ein neues Boot bis zur Fertigstellung der Konstruktion? Meist steht bei einer Serienbootswerft nicht ein einzelner Kunde hinter einem Auftrag, sondern eine gewinnorientierte Firma, sprich die Werft, die ein Produkt sucht, dass sie möglichst oft verkaufen kann.

Zuerst steht natürlich eine Größe im Raum. Vielleicht möchte die Werft ein neues Boot der zehn Meter-Klasse in das Programm aufnehmen. Dann folgt ein Briefing mit Forderungen an den Konstrukteur: Anzahl der Kabinen, Kojen, Nasszellen, Stehhöhen im Innenraum, Tankvolumina, welche Motorisierung, Aussagen zur Segelleistung. Die Angaben über die großen Bauteile sind für die Konstrukteure besonders wichtig, da sie den Platz dafür frühzeitig berücksichtigen müssen.

Die geforderten Rahmenbedingungen sind Eckpunkte, um die die Konstrukteure die Geometrie des Bootes herum entwickeln müssen. Die Werften erarbeiten sich diese Vorgaben entsprechend ihrer eigenen Produktpalette und aus der Analyse der Konkurrenz. Wenn mehr Performance gefordert wird, dann muss überlegt werden, was an anderer Stelle dafür hergegeben werden kann.

Hergeben kann bedeuten, der Auftraggeber muss einen höheren Preis akzeptieren, der Konstrukteur  kann dafür aber bessere Materialien einplanen. Oft wird dann ein wenig Platz hergegeben, damit ein schlankerer Rumpf erreicht werden kann. In diesen passt aber wiederum nicht mehr so viel Einrichtung. Von diesem verlorengegangenen Platz kann ein wenig gerettet werden, indem teurere Materialien verwendet werden, mit denen zum Beispiel niedrigere Träger gebaut werden können. Der Einsatz von Kohlefaser ist so ein Mittel.

Generalplanskizze

Mit der Liste von Vorgaben beginnt der Konstrukteur dann, eine erste Generalplanskizze zu zeichnen. Dies kann klassisch auf dem Papier geschehen, wird aber heutzutage üblicherweise am Computer erstellt. Der Generalplan besteht aus einer Seitenansicht und einer Draufsicht des Schiffes von außen sowie Seitenansicht und Draufsicht vom Innenleben. Oft wird dieser Generalplan von vorangegangen Modellen abgeleitet. Bei Serienbooten handelt es sich schließlich selten um vollständige Neuentwicklungen, vielmehr sind es meist Weiterentwicklungen bestehender Boote.

Zu diesem frühen Zeitpunkt ist das Deck noch nicht entworfen. Der Konstrukteur verwendet deswegen meist das skalierte Deck eines anderen ähnlichen Bootes, um grob eine Idee von den Proportionen zu bekommen. Relativ schnell kommt der Entwickler aber an die Grenze, wo heutzutage eine Zeichnung nicht mehr ausreicht. Hier kommt dann die 3D-Software zum Tragen. Mit ihrer Hilfe geschieht frühzeitig eine Bauraumuntersuchung: Passen die großen Bauteile wie Tanks, Maschine und Batterien überhaupt ins Boot? Wie ist das mit den geforderten Schrankvolumina?

Ein scheinbar triviales Problem, das Konstrukteure immer wieder beschäftigt, ist zum Beispiel der Kocher in der Pantry. Der soll auf einem Segelboot natürlich in seiner Kardanik schwingen können, aber den Freiraum dafür zu schaffen ist gar nicht so einfach, wenn jeder Zentimeter zählt. Die Möbelfronten sollen so weit wie möglich nach außen geschoben werden, um so viel Platz wie möglich im Innenraum zu erhalten, aber genau der Kocher schiebt die Pantryfront viel weiter nach innen, als es der Konstrukteur eigentlich möchte.

Deswegen ist der Kocher zum Beispiel ein Bauteil, speziell bei kleinen Booten, das gleich am Anfang berücksichtigt werden muss, damit der Konstrukteur nicht mit Phantasieplatz arbeitet. Und so hangeln sich die Konstrukteure von Detail zu Detail. Parallel dazu läuft von Beginn an eine Gewichtsrechnung, die immer weiter verfeinert wird. Alles, was von den Konstrukteuren in die Konstruktion aufgenommen wird, findet Eingang in die Gewichtsrechnung: Maschine, Möbel, Winschen, Kabel und vieles mehr. Bei einem 20 Meter Boot liegt alleine das Gewicht der verlegten Kabel bei knapp einer Tonne.

Die Ausarbeitung der Konstruktion geschieht heutzutage überwiegend am Computer und kaum noch auf Papier Bild: Jan Maas

Ein Geben und Nehmen

Während der Entwurfsphase findet ein konstanter Austausch zwischen Werft und Konstrukteuren statt. Die Hanse-Werft zum Beispiel hat ein eigenes Konstruktionsbüro, in dem unter anderem die Möbel für ihre Boote selbst entwickelt werden. Da die Innenschalen einer Hanse die strukturellen Aufgaben übernehmen, sind die Designer sehr frei bei den Möbeln. Aber gerade dadurch wird die enge Zusammenarbeit der Konstrukteure und der Werft noch wichtiger.

Wenn die Bodengruppe entwickelt wird, muss bekannt sein, an welchen Stellen später welche Möbel vorgesehen sind, damit sie nachher genug Platz haben. Also werden die Konstrukteure von der Werft gebrieft, was an Sockeln und Flächen an welchen Stellen benötigt wird. Das ist oft ein sehr zeitaufwendiger Prozess, da die Forderungen der Werft nicht immer leicht mit der Konstruktion der Bodengruppe zu vereinbaren ist.

Wenn zum Beispiel eine bestimmte Stehhöhe im Salon gefordert ist, kann es unter Umständen notwendig sein, den Aufbau um ein paar Zentimeter zu erhöhen. Darüber muss dann geredet werden. Die Konstrukteure erläutern die Schwierigkeiten, die die Forderungen aus ihrer Sicht nach sich ziehen, und die Werft erläutert ihre vertriebsbedingten Notwendigkeiten. Anschließend wird versucht, einen Kompromiss zu finden. Bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Konstruktion final abgegeben wird und die Fräsen beginnen, die Formen für die Schalen zu erstellen, ist alles in Bearbeitung und in Bewegung.

Das Entweder-Oder

In den großen Konstruktionsbüros arbeiten meist keine einzelnen Konstrukteure an einem Entwurf, sondern Teams aus Konstrukteuren und Designern. Die für eine Konstruktion erforderliche Zeit variiert sehr stark, je nach Größe des zu entwerfenden Bootes, und kann von einigen wenigen Monaten für ein kleines Boot, bis zu über einem Jahr für einen 60-Füßer reichen. Wie kommt es zu diesem großen zeitlichen Unterschied? Ist ein großes Boot nicht die hochskalierte Version des Kleinen?

Nicht ganz. Für den Linienriss und einige Bauteile mag dies gelten, aber allein das Deck des großen Bootes ist ungleich komplizierter und detaillierter. So hat es mehr Staufächer, mehr Ausrüstung, mehr Luken und mehr Aufbaufenster, um nur ein paar Dinge zu nennen. Zu jeder Luke und zu jedem Fenster gehört ein Rezess und eine Entwässerung. Wenn nun das große Boot 20 Luken an Deck hat, dauert es entsprechend länger diese Dinge zu berücksichtigen als bei einem kleineren Boot mit fünf Luken.

Hinzu kommen die vielen unterschiedlichen wählbaren Optionen. Je größer das Boot, desto mehr unterschiedliche Ausrüstungsvarianten müssen eingeplant werden. Entscheidend dabei ist, das eine Werft es sich nicht leisten wird, für all die verschiedenen Varianten eigene Formen zu bauen. Diese ganzen Optionen, das Entweder-Oder, ist ein mühsames Geschäft. Kommen zusätzliche Winschen an Deck, muss überlegt werden, wie die Schotführung funktioniert, wenn die zusätzlichen Winschen nicht geordert werden.

Und dabei muss es natürlich immer auch gut aussehen. Einfach einen Sockel hinzubauen, der dann nachher nicht genutzt wird, geht nicht. Eine Stelle, an der sich dies kaum vermeiden lässt, sind die Schottenspuren in den Deckeninnenschalen. In diese Fugen werden später die Schotten eingesetzt. Bei unterschiedlichen Ausbauvarianten – zum Beispiel mit oder ohne Toilette im Vorschiff –  kann es sein, dass dann, in der Deckeninnenschale, die leeren Schottenspuren zu sehen sind. Um dies zu verhindern müsste alternativ für jede Ausbauvariante eine eigene Form hergestellt werden, was nicht in Frage kommt.

Tradition und Fortschritt

Generell folgen die Konstrukteure bei der Konstruktion auch solch elementaren Regeln oder Grundgedanken, die sich aus der langen Tradition der Segelei ableiten und weswegen einige Anordnungen an Bord von Booten werftübergreifend meist gleich aussehen. Zum Beispiel die Platzierung der Nasszelle möglichst nah am Stampfzentrum, um den Gang auf die Toilette während des Segelns zu erleichtern.

Auch die Pantry findet man auf Segelbooten nahe des Stampfzentrums, um die Bewegungen des Kochers auf See möglichst gering zu halten. Trotzdem versuchen Konstrukteure bestehende Regeln zu beugen, denn wenn dann doch funktioniert, was vorher als unmöglich galt, kann dieses Fortschritt bedeuten und damit unter Umständen einen Marktvorteil, was aus Werftsicht immer wünschenswert ist.

Fortschritt kann auch den Einsatz von neuen Materialien bedeuten. Lange Zeit war Karbon ein Werkstoff, der im Bereich der Serienboote kaum bis gar nicht Verwendung fand. Dank sinkender Preise und durch kreative Konstrukteure, findet man es heute immer häufiger auch an Bord von Serienyachten. Die erheblich besseren Festigkeitseigenschaften gegenüber GFK machen es möglich, einzelne Baugruppen leichter oder auch kompakter bauen zu können.

Interessant dabei ist, dass es nicht die Regattasegler waren, die Karbon im Segeln etablierten, sondern die sehr teuren Einzelbauten zum Fahrtensegeln, bei denen es nicht so stark auf das Geld ankam und die sich mit Masten aus Karbon Gewichtsersparnis erkaufen konnten. Erst später nahmen die Regelwächter der Regattaszene den Werkstoff in die Liste der erlaubten Materialien auf, da man sich der Entwicklung nicht verschließen konnte und die Preise für Kohlefaser sanken.

Der Segelplan

Wenn der Rumpf soweit fertig beschrieben und das Gewicht bekannt ist, kann begonnen werden, den Segelplan zu entwerfen. Prinzipiell hängt die Entscheidung darüber, wie das Rigg aussehen wird, natürlich vom Boot ab. Einem Cruiser-Racer wird kein Rollmast verpasst werden, einem gemütlichen Fahrtensegler wahrscheinlich kein Carbon-Mast. Es gibt für jedes Boot eine erwartete Performance. Fragen, die sich der Konstrukteur stellt, sind: Wie kann ich diese Performance erreichen? Wie viel Segelfläche brauche ich dafür? Wie viel Segelfläche kann ich maximal an Bord unterbringen?

Und genau da gibt es oft eine Diskrepanz: Es kann nicht so viel Segelfläche untergebracht werden, wie eigentlich erforderlich. Verschiedene Aspekte begrenzen die maximale Segelfläche. Einer davon ist die Stabilität. Mehr Segelfläche bedeutet mehr Winddruck und führt zu einem größeren krängenden Moment, dem das aufrichtende Moment, erzeugt durch den Ballastkiel, entgegen wirken muss.

Außerdem: Je höher ein Mast wird, desto mehr Stabilität kostet er das Boot, weil er den Gewichtsschwerpunkt nach oben verschiebt. Und natürlich gibt es auch Grenzen bei der Festigkeit des Mastes selbst. Wenn das Unterliek vom Vorsegel nur fünf Meter lang sein kann, dann kann kein 30 Meter Vorliek vorgesehen werden. Das Rigg würde viel zu schlank, der Mast zu hoch werden. Hinzu kommt, dass extrem hohe, spitze Segel Segelmacher vor Probleme stellen. Also begrenzt die Länge des zur Verfügung stehenden Decks die Segelfläche.

Wird die gewünschte Performance nicht erreicht, hat der Konstrukteur letztlich drei Möglichkeiten: Er sorgt für mehr Decks- beziehungsweise Unterliekslänge. Dies könnte beispielsweise durch einen Klüverbaum erreicht werden, oder indem das Boot länger wird. Die zweite Möglichkeit ist zu akzeptieren, dass das Boot eben nur so gut segelt wie die maximale Segelfläche erlaubt. Und die dritte Option ist eine Möglichkeit, auf die heutzutage nur noch ungern zurück gegriffen wird: die weit überlappende Genua, die umständlich zu wenden ist.

Zeitgeist

Gestaltungsfragen spielen, heutzutage wahrscheinlich mehr denn je, auch eine Rolle, um ein Boot für den Markt attraktiv zu machen und potenzielle Kunden für eine Marke zu interessieren. Vorbei sind die Zeiten, in denen das Aussehen einer Yacht ausschließlich vom Konstrukteur bestimmt wurde. Designer toben sich in der Entwurfs­phase aus, mischen sich ein, schlagen neue Einrichtungs- oder Deckskonzepte vor, und nehmen so auch Einfluss auf Aspekte der Rumpfform. Möbel- und Produktdesigner beschäftigen sich mit Farben, Einrichtung, Fenstern und optischen Gimmicks am Rumpf.

So haben auch die heute vielfach zu findenden Chines ihren Weg in den Markt der Serienboote gefunden. Ursprünglich aus dem Regattasegeln, verleihen sie heute auch der Serienyacht ein sportlicheres Antlitz. Dabei muss immer die Frage nach dem Nutzen gestellt werden, schließlich gilt auch beim Entwurf eines Bootes: ‚Form follows function’ – die Form folgt der Funktion.

Und so bieten die Chines bei vielen Booten weder einen Stabilitätsvorteil noch vergrößern sie das Innenraumvolumen. Einen funktionellen Zweck können sie allerdings sehr wohl erfüllen: Sie können die Außenhaut aussteifen und damit bekommt dieses Designelement einen praktischen Nutzen. Also ist das Zusammenspiel von Designer und Konstrukteur ebenfalls ein Geben und Nehmen. Der Designer hat eine Idee, wie einzelne Elemente aussehen könnten, und der Konstrukteur versucht sie in das große Ganze der Konstruktion einzuarbeiten, muss dabei aber die aus seiner Sicht wichtigen Fragen nach Funktionalität im Hinterkopf behalten. Für den Konstrukteur gilt: Über einen optischen Nachteil kann man nachdenken, über einen funktionalen eher nicht.

Gestern, heute, morgen

Schaut man zurück auf Boote, die heute als Klassiker gelten, stellt man fest, dass vieles von dem, was diese Boote gerade nach heutiger Sicht so elegant macht, aus ‚Regelschinderei’ entstanden ist. Die langen Überhänge der Meterklassen oder die schräg verlaufenden Ruderschäfte entstanden, weil Konstrukteure in die Regeln der jeweiligen Klassen hinein konstruierten.

Und wo geht die Reise hin? Wie werden sich Serienboote in Zukunft verändern? Eine schon lange zu beobachtende Entwicklung ist, dass die Systemtechnik an Bord immer komplexer wird. Immer mehr Geräte für immer mehr verschiedene Zwecke müssen an Bord untergebracht werden, was zu immer voluminöseren Booten führt. Finden wir also bald auch auf einem 10 Meter Boot serienmäßig Waschmaschine und Mikrowelle? Möglich. Wenn der Markt, sprich der Kunde, es wünscht, werden die Werften es umsetzen.

Aktuell haben viele Serienboote einen sehr steilen Steven und wenig Deckssprung. Senkrechte Steven gab es bereits vielfach in der Vergangenheit. Prominente Beispiele sind Jollenkreuzer oder auch die Lotsenschoner des 19. Jahrhunderts. Es zeichnet sich ab, dass sich auch im Serienbootsbau die Form vom senkrechten Steven weiter zum negativen Steven entwickeln wird. Der sogenannte Wavepiercer-Bug bietet den Vorteil der im Vergleich zur klassischen Form längeren Wasserlinienlänge.

Auch vorstellbar, dass sich der negative Deckssprung, wie er auf manchen Regattayachten heute zu sehen ist, in den Serienbootsmarkt fortsetzt. Das Auge wird sich daran gewöhnen. Und so werden uns neue Hightech-Werkstoffe und verbesserte Produktionsverfahren leichter werdende Boote und neue Dinge bescheren, über die wir jetzt noch gar nicht nachdenken.

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