Kiel und Ballast

Der Kiel eines Holzschiffes ist der wichtigste Mittellängsverband, an dessen Enden die Vor- und Achtersteven befestigt sind und in dessen Sponung die Kielplanken des Rumpfes ruhen.

Dieses Bauteil ist damit das Rückgrat eines Schiffes, an dessen Unterseite (Kielsohle) der Außenballast befestigt wird - und das auf seiner Oberseite innerhalb des Rumpfes mit Spanten und Bodenwrangen zur Aufnahme der Querkräfte verbunden wird. Kann aus bautechnischen Gründen der Kiel nicht stark genug ausgeführt werden, lässt sich dessen Längsfestigkeit erhöhen, indem man ein Kielschwein (oder einen Innenkiel) auf die Bodenwrangen setzt.

Aus Gründen der Stabilität ist es für Segelschiffe meistens notwendig, Ballast unter dem Kiel zu fahren. Je tiefer der Ballast reicht, desto höher ist die Stabilität des Schiffes.

Stabilität meint im Schiffbau die Fähigkeit, sich aus einer geneigten Lage wieder aufzurichten (Stehaufmännchen). Festigkeit ist der Widerstand, den der Körper einer Beanspruchung wie Biegung, Streckung oder Stauchung entgegensetzt. Da der Außenballast für die Stabilität von Schiffen sehr wichtig ist, ist ebenfalls seine Festigkeit und Befestigung von besonderer Wichtigkeit.

Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, Außenballast herzustellen. Bei klassischen und modernen Kielyachten wurde und wird der Ballast meist in Negativformen aus Blei gegossen und dann mit dem Kiel verbolzt. Die dafür nötigen Bolzen werden vorher an ein Platte aus rostfreiem Stahl geschweißt, die mit eingegossen wird. Diese „Stehbolzen“ werden dann durch den Kiel geführt und über den Bodenwrangen mit Muttern verschraubt.

Es ist relativ einfach, Bleiballast selbst herzustellen: Eine Gußformhälfte dazu lässt sich aus Fichtenholzschichten als Positivform verleimen, hierbei ist das Schwindmaß des Bleis von 20,5 mm auf 1m zu berücksichtigen. Zwei Abdrücke der Positivform ergeben die Negativform, die mit Blei gefüllt wird. Beim Gießen des Bleis ist darauf zu achten, dass keine Unterbrechungen eintreten, da sonst einzelne, von einander getrennte Schichten entstehen.

Bleiballast ist vom Material her natürlich teuerer als ein Gusseisenballast, die Vorteile des Bleis überwiegen jedoch: Durch das hohe spezifische Gewicht des Bleis von 11 spart man Volumen, der Gewichtsschwerpunkt läßt sich leichter nach unten verlegen. Blei ist fast oxidationsfrei - man spart den Ärger eines ewig rostigen Ballastkiels.


Wenn man ein Segelschiff konzipiert, sollte der Ballastanteil nicht unter 50% der Gesamtverdrängung liegen. Es hat sich immer wieder gezeigt, daß steifere Schiffe im Vorteil sind. Soll z.B. der Ballastanteil eines alten Schiffes erhöht oder verbessert werden, wurde in der Praxis schon oft ein Stahl-Doppel-T-Träger unter den vorhandenen Ballast geschraubt oder geschweißt. In das Profil kann man Blei- oder Eisen- (oder Gold-, wer´s hat!)- barren einlegen, und das Profil mit einer Platte zuschweißen. Dadurch erreicht man zusätzlich eine Erhöhung der Längsfestigkeit des gesamten Schiffes. Ein weiterer Vorteil ist die Erhöhung der Lateralfläche, die die Segeleigenschaften eines alten Schiffes verbessern können (z.B. beim Dreimast-Topsegelschoner THOR HEYER-DAHL).

Interessant ist auch, dass ein Rumpf besonderen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt ist. Statische Belastungen entstehen z.B. durch falsches Aufpallen an Land oder durch extreme Gewichtsbelastungen. Dynamische Belastungen entstehen durch Wellenbewegungen und Winddruck. Ein Schiffskonstrukteur hat solche Ereignisse natürlich in seinen Entwurf eingearbeitet, dennoch wird ein Schiff alt und „weich“. Diese „Haltungsschäden“ werden mit dem Fachbegriff „hogging und sagging“ treffend beschrieben (Beispiele: Fregatte JYLLAND, Schoner ATALANTA). Schiffe mit langen Überhängen, wie z.B. Schärenkreuzer, sind besonders gefährdet. Auch in solchen Fällen hat ein Doppel-T-Träger geholfen.

Um ein gewünschtes aufrichtendes Moment des Schiffes sowie Lateralfläche zu erzielen, muß der Außenballast in dem richtigen Abstand zum Kiel angebracht sein. Die Distanzhölzer zwischen Kielsohle und Ballast nennt der Bootsbauer Totholz. Bei besseren Schiffen wird dafür Eichenholz verwendet, da diese Hölzer aber nichts zu halten haben, lassen sich auch Nadelhölzer wie Kiefer oder Lärche verwenden.

Unten: Altes Totholz auf dem Bleiballast, noch steht der alte Kielbolzen, doch der neue liegt schon bereit. (Foto: Ziermann)



Bei Eddis UNENTWEGT sind alle Kielbolzen wegoxidiert und das Totholz vollständig verrottet. Daher ist es notwendig, neue Bolzen zu setzen und das Totholz auszuwechseln.

Nach Entfernen des eichenen Totholzes sind die alten Kielbolzen sichtbar, wobei besonders anschaulich wird, welche Wechselwirkung Eichenholz auf schwarzen Stahl hat: Die Gerbsäure des Eichenholzes bringt den Stahl zum oxydieren, worauf der Rost wiederum die Zersetzung des Eichenholzes begünstigt.

Die Vorarbeiten dafür sind nicht problematisch, doch dann zeigt sich, dass die Kielbolzen im Ballast unlösbar festgerottet sind. Um den Ballast überhaupt weiter bearbeiten zu können, sägt Eddi die alten Bolzen ab und hebt den Schiffsrumpf mit einem Kran vom Ballast ab.

Das neue Totholz verleimt Eddi aus mehreren Schichten 60 mm starken Kambalaholzes zu einem Block und bringt es nach Modell mit einem Elektrohobel in die richtige Form, so dass es bündig mit dem Gußeisenballast und der Kielsohle abschließt.

Eddi passt das Totholz unter die Kielsohle und bohrt sechs neue 24 mm- Kielbolzenlöcher von innen durch Kiel und Totholz. Keine Schwierigkeit ist es, den Holzbock auf den Eisenballast zu passen, die Bohrlöcher zu übertragen und acht Zentimeter tief in Kernstärke der M24 Löcher zu bohren sowie das Innengewinde für die neuen Kielbolzen zu schneiden. Auch hier kommt es fast nur auf die exakte Führung des Bohrers an, damit die Bolzen fluchten. Einen versierten Handwerker wie Eddi können solche Arbeiten nicht schrecken, für den „Laien“ kann eine Bohrhilfe jedoch sehr nützlich sein:

In zwei Holzböcke gewünschter Länge werden mit der Kreissäge je eine Nut geschnitten. Beide werden mit den Nuten zueinander exakt aufeinanderliegend verbunden. Senkrecht oder mit Schmiege über der Bohrstelle angebracht, dienen sie der Bohrerspitze des Spiralbohrers als Vorführung, die so exakt auf das Werkstück übertragen werden kann. Trotzdem sollte man vor einer wichtigen oder langen Bohrung lieber einmal üben.

Die neuen Stehbolzen können nun in den Ballast gedreht und das Totholz aufgesetzt werden. Dabei ist die klassische Verbindung zwischen Holz und Eisen ein 3 mm starker Teerfilz, mehr nicht! Per Kran wird jetzt das Schiff auf das Totholz mit dem Ballast gesetzt – alle Löcher passen! Statt Unterlegscheiben verwendet Eddi eine 5-mm-Stahlplatte in der Größe der Kielbreite, um den Druck auf den alten Kiel besser zu verteilen. Um die Hebelkräfte des Ballast auf den Rumpf zu verteilen, werden die Kielbolzen in der Regel durch Bodenwrangen geführt, die mit der Außenhaut verschraubt sind. Durch den Versatz der Kielbolzen ist dies bei der UNENTWEGT leider nicht überall möglich.

Um eine bessere Druckverteilung bei Ballast-Kielverbindungen zu erreichen, empfiehlt es sich bei breiten Kielen, die Bolzen doppelreihig anzuordnen oder aus der Mitte seitlich zu versetzen. Früher war es auch üblich, statt der heutigen Gewindemethode den Ballastkiel gänzlich in voller Höhe zu durchbohren und durchgehende Kielbolzen zu verwenden. Der Bolzenkopf war dabei im Ballast eingelassen. Solche Bolzen heute zu wechseln, erfordert einen enormen Aufwand, es sei denn, man hat das Glück, daß sie aus Bronze in einem Bleiballast stecken, wie z.B. bei einem 100-Seefahrtskreuzer von Abeking & Rasmussen aus dem Jahre 1936, dessen Bolzen sich bei einer Überprüfung als neuwertig erwiesen. Um Leckagen vorzubeugen, ist allen Holzschiffeignern zu empfehlen, die Muttern der Kielbolzen etwa alle zwei Jahre nachzuziehen. Der richtige Zeitpunkt dafür ist das Frühjahr, wenn die Schiffe an Land stehen, weil dann das Rumpfgewicht auf den Ballast drückt und Kiel und Tothölzer ausgetrocknet sind.

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