Querverbände, Spanten, Bodenwrangen

Uwe Baykowski stellt die wesentlichen Bauteile einer Yacht, ihre Beschaffenheit, Aufgaben und damit verbundene Probleme vor.

Querverbände, Spanten, Bodenwrangen

Zu den wichtigsten Querverbänden eines Bootsrumpfes gehören die Spanten und Bodenwrangen in den unteren Bereichen. Im Decksbereich sollen die Deckbalken für die notwendige Querfestigkeit eines Bootes sorgen. Das Zusammenwirken dieser Verbände verleiht den Bootsrumpf die Festigkeit eines “Kastenträgers”.

Spanten und Bodenwrangen treten in unterschiedlichen Erscheinungsformen auf:

Gesägte und gebaute Spanten

Sie werden aus vollem Holz (meist Eichenholz) der Rumpfkontur folgend geschnitten. Der Faserverlauf soll der Bootsform möglichst genau entsprechen, deshalb wird hier ausgesuchtes Krummholz verwendet. Leider lassen sich Bäume nur schwer in Bootsformwuchs züchten, so dass diese Spanten aus mehreren Stücken zusammengesetzt oder auch „gebaut“ werden müssen.
Auf Kuttern, Arbeitsseglern oder auch Colin Archern sind diese Spanten als Doppelspanten, stoßversetzt, verbaut worden. Die Spanten sind mit der Außenhaut vernietet und miteinander vernagelt. Man kann diese Bauweise getrost als „Stückwerk“ bezeichnen, die durchaus ihre Schwächen hat: Eine durchgehender Faserverlauf wird nicht erzielt, die vielen Verbindungen tragen ebenso wenig zu einer optimalen Festigkeit bei. Man hat diese Schwäche durch eine hohe Spantdichte, also geringen Spantabstand, ausgeglichen, was zu einem hohen Gewicht führt.
An den Stößen der Spantteile sind häufig erhebliche Fäulnisschäden zu finden, was zusätzlich durch die Eisennägel der Quervernagelung verschlimmert wird.
Glücklicherweise ist diese Bauweise auf klassischen Yachten nur sehr selten zu finden.

Häufiger ist hier eine Mischung aus gebauten und eingebogenen Spanten vorhanden.
Meist befinden sich zwischen zwei gebauten Spanten zwei eingebogene.
Die gebauten Spanten haben deutlich größere Querschnitte.

Eingebogene Spanten

Ihr Vorteil ist ein nahezu optimaler Faserverlauf, deshalb kann der Querschnitt geringer sein als bei gebauten Spanten, was zu Gewichtsersparnis führt.
Es gibt keine Verbindungen die sich lösen können oder in denen sich Fäulnis ausbreiten kann.
Beim Bau einer Yacht mit eingebogenen Spanten wird der Rumpf in Schalenbauweise hergestellt, das heißt, der Rumpf wird über „Mallen“ (provisorische Quersschablonen), die die Form des Bootes vorgeben, geplankt. Zwischen die Mallen werden dann die Spanten gesetzt. Um die Spanten in die Form eines S- oder U-Spants biegen zu können müssen sie meist gedämpft werden, um sie gefügig zu machen.

Die frisch aus der Dampfkiste genommenen Spanten werden in den Kielbalken in die dafür vorgesehene Spanttasche gesteckt, dann in Form gepresst, bis der Spant eng an der Außenhaut anliegt. Noch in warmem Zustand werden die Kupfernägel durch den Spant, meist ohne vorzubohren, getrieben und vernietet.

Manchmal kann es sein, dass ein Spant auf diese Weise in engen Radien schon einen kleinen Querbruch abbekommt, der bei Auslieferung des Bootes noch unsichtbar ist, aber nach einiger Zeit sichtbar wird. Meist befinden sich diese Brüche in der sogenannten Gillung, dem kleinsten Radius eines Spantes. Folkebootbesitzern werden diese Brüche wohlbekannt sein. Bei klinkerbeplankten Booten besteht hier jedoch noch kein Grund zur Panik, wenn nicht gleich alle Spanten auf der derselben Höhe gebrochen sind.

Natürlich können diese Brüche auch durch Wuchsfehler im Holz oder Überbelastung wie heftiges Einsetzen in die See oder Havarien entstehen.
Einige wenige Brüche in den Spanten kann ein Bootsrumpf sicherlich verkraften, sollten jedoch mehrere Spanten auf der gleichen Höhe gebrochen sein, besteht hier dringender Handlungsbedarf. Hier liegt eine gravierende Beeinträchtigung der Festigkeit vor.

Für eingebogene, gedämpfte Spanten wird bevorzugt Eichen- oder Eschenholz verwendet. Esche ist dabei elastischer als Eiche , ist jedoch nicht so dauerhaft und fäulnisresistent.

Spantquerschnitte für eingebogene (li) und für gebaute Spanten

Gebautes Spant mit Hakenlaschen

Doppelspanten

Einbiegen der Spanten

Lamellierte Spanten

Diese Spanten haben den Vorteil eines optimalen Faserverlaufs. Wuchsfehler im Holz, wie z.B. Äste oder Windrisse treten hier nicht auf. Dadurch wird eine optimale Festigkeit erzielt, die es ermöglicht, die Dimensionierung noch geringer als bei eingebogenen Spanten zu gestalten.

Beim Bau werden die Lamellen über ein Blockmodell, dessen Kontur dem Spantenriss entnommen ist, verleimt.
In den 60er Jahren kamen die ersten Boote mit lamellierten Spanten auf den Markt.

Es wurde sehr gerne der Kauritleim verwendet, der annähernd wasserklar aushärtete, was die Leimfuge nahezu unsichtbar machte.
Weiterhin wurden auch gerne Resorzinharzleime verarbeitet, deren Leimfugen dunkelbraun sichtbar waren. Dieser Leim wird auch heute noch von verschiedenen Yachtwerften verarbeitet.

Leider ist immer wieder festzustellen, dass diese Leime, im Besonderen der Kauritleim, einer Alterung unterliegen, was ganz einfach bedeutet, das sich die Leimverbindungen lösen können.
Daran ist nun nicht allein der verarbeitete Leim schuld, sondern es gibt Holzsorten die sich ausgesprochen schlecht verleimen lassen. Dazu gehört neben Teakholz auch die Eiche. Der alte Bootsbauerspruch “Eiche auf Eiche leimt nicht” hat durchaus seine Berechtigung.
Es gibt Kauritverleimungen, die mit unproblematischen Hölzern wie z.B. Spruce beim Mastenbau noch nach 70 Jahren keine geöffneten Leimnähte zeigen.

Heute wird für die Herstellung formverleimter Bauteile meist Epoxidharz verwendet. Langzeiterkenntnisse sind jedoch noch nicht gesichert.

In den meisten Fällen von sich lösenden Leimverbindungen bei lamellierten Spanten wurde Eichenholz verarbeitet. Es wurde auch häufig Mahagoni für die Lamellen verwendet, was sich im allgemeinen als unproblematischer erwiesen hat. Jedoch auch die verleimten Mahagonispanten sollten einmal kritisch unter die Lupe genommen werden, besonders die Spantfüße im nassen Bilgebereich.

Schon mancher Verkauf einer klassischen Yacht wurde verhindert, weil der Sachverständige offene Leimnähte bei verleimten Spanten entdeckt hat.

Oftmals ist es möglich, in die offenen Leimnähte partiell Epoxidharz zu injezieren, wenn die Holzfeuchte unter 15 % liegt. Sollte jedoch festgestellt werden, dass nahezu jeder Spant an mehreren Stellen offene Leimfugen ausweist, ist das Problem schon ein größeres: Das Boot müsste entkernt und jeder Spant ersetzt werden.

Stahlspanten

Die Verwendung von Stahlspanten sollte gerade bei größeren, schnellen Schiffen wie z. B. 12mR Yachten durch ihre hohe Festigkeit eine Gewichtsminimierung erreichen. Das hat auch durchaus funktioniert, solange die Boote jung waren. Mit zunehmenden Alter treibt jedoch die Korrosion an den Eisenverschraubungen der Planke-Spantverbindungen ihr Unwesen. Durch die Verpfropfungen in der Beplankung dringt mit der Zeit Feuchtigkeit, die zu einer heftigen Korrosionsentwicklung zunächst an dem Schraubenkopf und weiter bis in den Schaft führt. Langfristig setzt diese Rostlösung dem Holz der Beplankung zu, was zu einem gravierenden Fäulnisprozess führen kann, wenn keine Gegenmaßnahmen durchgeführt werden.

Die ersten Anzeichen von korrodierenden Verbindungsmitteln wie Schrauben, Nägel oder Nieten (auch Kupfer!) an der Außenhaut sind heraustretende Pfropfen an farbigen Rümpfen und schwarze, in Faserverlauf oval geformte, schwarze Stellen an naturlackierten Rümpfen.

Diese Verbindungsmittel sollten umgehend durch rostfreie ersetzt und das Holz sorgfältig konserviert werden.

Ein weiteres Problem der Stahlspanten ist die Anlagefläche innen an der Außenhaut. Durch den unterschiedlichen Taupunkt von Stahl und Holz kondensiert ständig Feuchtigkeit an dem kalten Stahl und führt langfristig zu Fäulnis in der Beplankung unter dem Spant.
Hier ist von den Yachtwerften oft versäumt worden, eine wirksame Konservierung zwischen Spant und Außenhaut herzustellen.

Natürlich neigen auch die Stahlspanten innerhalb des Rumpfes selbst zur Korrosion bis hin zur völligen Durchrostung oder blätterteigartigen Aufblühungen. Um dem entgegenzuwirken, sollten die Stahlteile, so gut es geht, konserviert werden. Nicht alle Bereiche sind leicht zugänglich. Ganz gut bewährt hat sich das Owatrol-Öl, welches gute Konservierungs- und Kriecheigenschaften besitzt und hoffentlich auch dort hinkriecht, wo man nicht so gut rankommt. Sind einige Eisenteile im Rumpf gar nicht mehr zu retten, sollten diese erneuert werden.

Bodenwrangen

Die Bodenwrangen sollen die Verbindung Kielbalken-Beplankung herstellen und somit zur Querfestigkeit beitragen. Im Kielbereich müssen sie auch die Hebelkräfte des Ballastkieles aufnehmen und großflächig auf den Rumpf übertragen.

Im Allgemeinen führen die Kielbolzen durch die Bodenwrangen und stellen so die Verbindung Ballast-Rumpf her. Die Bodenwrangen sind mit der Beplankung durch Schrauben oder leider manchmal auch durch Nägel verbunden.
Oft vergessen und vernachlässigt werden die Bodenwrangenbolzen, die seitlich der Kielbolzen durch Kielbalken und Bodenwrange geführt sind. Die meisten Yachtbesitzer sorgen sich zu Recht um ihre Kielbolzen, schenken aber den Bodenwrangenbolzen weniger Beachtung. Diese sind den gleichen Problemen ausgesetzt, nämlich der Zersetzung durch die Gerbsäure des Eichenholzes. Wenn man also daran denkt, die Kielbolzen zu erneuern, sollten die Bodenwrangenbolzen nicht vergessen werden.

Manche hölzernen Bodenwrangen sind wunderbar formschön ausgeschweift, lange dünne Arme (wie bei Folkebooten im Vorschiff) kragen über die Planken sind natürlich an der dünnen Stelle gebrochen. Dies macht für die Querfestigkeit in diesem Bereich wenig Sinn. Hier ist von Fall zu Fall zu entscheiden, ob die Wrange repariert werden kann oder ob sie sinnvoll erneuert werden muss.

Stahlbodenwrangen sind ungleich gefährdeter als Stahlspanten, weil sie in den wesentlich feuchteren Bereichen der Bilge ihrer Aufgabe als Sicherung der Querfestigkeit und Aufnahme der Kielbolzen nachkommen müssen.
Bei starker Durchrostung sollte das Problem nicht zu lange hinausgeschoben werden.

Die Reparatur von Spanten und Bodenwrangen

Je nach Zustand des betroffenen Spants ist zu entscheiden, ob der gesamte Spant erneuert werden muss oder ob eine partielle Reparatur ausreicht.
Meist handelt es um einzelne Brüche in der Kimm oder in der Gillung, die nicht über die ganze Länge erneuert werden müssen.

Es stellt sich die Frage, ob eingebogene, gedämpfte Spanten auch wieder auf die gleiche Weise repariert werden müssen oder ob hier auch lamellierte Teilstücke eingesetzt werden können. Es ist schon anspruchsvoll, in einem geschlossenen Boot eingebogene Spanten, die ursprünglich im offenen Zustand eingesetzt worden sind, einbiegen zu wollen.
Deshalb ist es manchmal vorteilhafter, Teilstücke oder ganze Spanten zu lamellieren.

Es ist möglich, einen „Verstärkungsspant“ neben die Bruchstelle zu setzen oder ein Teilstück in den Spant einzuschäften, wobei die Teilstücke mindestens über zwei Planken reichen sollten.
Der nebengesetzte Spant wirkt jedoch immer „repariert“, während der eingeschäftete sich wesentlich eleganter einfügt.
Nach Vorschrift sollte die Schäftung mindestens 8- bis 10-fache Länge der Spantdicke haben, dies ist in der Praxis jedoch schwer einzuhalten. Hier muss ein vernünftiges Maß der Machbarkeit entscheiden. Die Schäftung wird zusätzlich, je nach Bauart des Bootes, vernietet oder verschraubt.

Bodenwrangen

Herstellung lamellierter Reparaturspanten

Wenn man sich das Abnehmen der Spantkontur ersparen will, ist es möglich, die Lamellen direkt neben dem betroffenen Spant zu verleimen. Hierzu wird der Bereich auf den Planken mit Folie abgedeckt, die Lamellen mit Leim oder Epoxidharz beidseitig bestrichen und Lamelle auf Lamelle getackert. Nach Aushärten der Verklebung behält das Spantstück seine Form und kann weiter angepasst und bearbeitet werden. Oftmals artet diese Methode in einem Epoxydesaster aus, weil doch alles verrutscht, und alles ist verschmiert.
Soll eine Leimform für das Lamellieren hergestellt werden, muss zunächst die Spantkontur abgenommen werden. Dies lässt sich gut mit einem dünnen Sperrholzbrett und einem Zirkel, der Fachmann nennt dieses Gerät „Schreibpasser“, bewerkstellligen. Das Brett wird in Richtung des Spantverlaufs auf die Außenhaut platziert und der Schreibpasser überträgt die Spantkontur auf das Brett. Hier ist zu beachten, dass der Schreibpasser immer im gleichen Winkel zur Außenhaut geführt werden muss, nicht durchgängig winklig zur Außenhaut, sonst passt die Kontur zum Verzweifeln nie!

Es gibt noch verschiedene andere Methoden, die Kontur abzunehmen, diese ist für jedermann jedoch die einfachste.
Wichtig ist, die Kontur auf beiden Seiten mindestens 10 cm länger als das benötigte Spantstück auszuführen.
Die Kontur wird auf eine Platte übertragen, auf denen „Knaggen“ in ausreichender Höhe entlang der Spantkontur befestigt werden. (Spax oder Bolzen).
Auch ein Blockmodell, der Spantkontur entsprechend ausgeschnitten, ist sinnvoll. Die Lamellen dürfen, dem Biegeradius entsprechend, nicht zu dick gewählt werden, damit sie beim Einbiegen nicht brechen, andererseits sollen sie auch nicht zu dünn werden, weil dies unnötig viel Arbeit bereitet und den Leimverbrauch unnötig erhöht.

Es ist sinnvoll, eine „Opferlamelle“ ohne Leim als Erstes gegen die Knaggen zu legen, um Druckstellen zu vermeiden, der Strak wird besser und Brüche in der ersten Spantlamelle können vermieden werden. Bei der Anzahl der Lamellen, die die Höhe der Spanten vorgibt, ist darauf zu achten, dass Spanten in den vorderen und hinteren Rumpfbereichen eine Spantschmiege erhalten, im Querschnitt ist es ein Parallelogramm, ein Schmiegenmaß muss der Höhe zugegeben werden. Für die Herstellung lamellierter Spanten eignet sich Mahagoni sehr gut.

Herstellung eingebogener, gedämpfter Spanten

Eingebogene Spanten müssen in der Regel gedämpft werden, um dem Biegeradius ohne Querbrüche folgen zu können. Eine Dampfkiste ist schnell aus Sperrholz zusammengezimmert, im Querschnitt ca. 10 mal 15 cm, die Länge ergibt sich aus der Länge der Spanten.
Ein feuerfester Topf mit 20 bis 30 Litern Wasser ist ausreichend, die Wärmequelle kann elektrisch (Heizplatte) oder Gas sein (Gasbrenner). Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt, auch ein schräg aufgebocktes Eisenrohr, zu einem Viertel mit Wasser gefüllt, mit einem Lagerfeuer darunter, funktioniert. Hauptsache der Dampf ist reichlich und sehr heiß. Eine Faustregel für die Dämpfdauer sagt: Pro Zoll eine Stunde, ein Spant von 25 mm Dicke sollte ca. 1 Stunde im Dampf bleiben.

Bei einem offenen Boot wird der heiße Spant gegen Distanzhölzer am Kiel gestellt, eingebogen und am Dollbord mit einem Keil und einer Schraub-zwinge fixiert. Erst der Schlag auf den Kopf gibt dem Spant die richtige Passung, er dreht sich jetzt auch in die Schmiegen.

Es ist ratsam immer ein paar Spanten mehr als notwendig zuzuschneiden, man braucht vielleicht erst ein wenig Übung, bis es klappt, oder manchmal sind unentdeckte Wuchsfehler für das Brechen der Spanten verantwortlich.
Für den Laien ist es sinnvoller, den Spant nach Erkalten abzunehmen und zu putzen, vielleicht auch gleich lackieren, und dann erst einzukleben, vernieten oder zu verschrauben. In unseren Breiten wird für gedämpfte Spanten in der Regel Esche oder Eiche verwendet.
Hoffnungslos korrodierte Stahlspanten vor Ort zu ersetzen ist für den Laien fast unmöglich und für den Fachmann eine kostspielige Angelegenheit. Bei manchen Booten sind deshalb ein Großteil der Stahlspanten durch lamellierte Holzspanten ersetzt worden. Auch im Hinblick auf die korrodierenden Schrauben eine sinnvolle Lösung.

Reparatur von Bodenwrangen

Hölzerne Bodenwrangen sind im nordeuropäischen Yachtbau fast ausschließlich aus Eichenholz hergestellt worden. Weil für die Wrangen große Holzbreiten benötigt werden, kann es schon mal sein, das kleine Holzfehler in Kauf genommen werden, die sich nach Jahren als Faulstellen im Holz auswirken, die gegebenenfalls instandgesetzt werden müssen. Sind partielle Mängel vorhanden, die die Struktur der Wrange nicht beeinträchtigen, können örtliche Reparaturen im Form von Ausspunden durchgeführt werden. Kleinere Rissbildungen können auch mit angedicktem Epoxidharz (+ Microfibres) aufgefüllt werden, solange die Holzfeuchte unter 15 % liegt. Ist eine Wrange nicht mehr zu retten, muss sie aus Festigkeitsgründen erneuert werden.

Hilfreich ist es, wenn man die geschädigte Wrange in einem Stück ausbauen kann, Sie ist als Modell für die neue äußerst wertvoll. Wenn die Wrange von außen mit der Beplankung verschraubt ist und Bronzeschrauben verwendet wurden, kann man glücklich sein.
Die Messingschrauben aus den 60er Jahren haben keine Festigkeit mehr, beim Ansetzen des Schraubendrehers platzt meistens eine Hälfte des Kopfes weg. Noch schlimmer ist es, wenn die Wrangen genagelt wurden. Einen verzinkten Nagel aus der Eiche zu bekommen ist fast unmöglich. (Es gibt bei Toplicht einen speziellen Nagelzieher, der gut funktionieren soll.)
Ist die Verschraubung nicht mit normalen Mitteln zu entfernen, bleibt nur noch, die geschädigte Wrange zu zerstören.

Für die Neuanfertigung ist wieder ein Modell anzufertigen, welches auf das Holz der Wrange übertragen wird.
Die verschiedenen Schmiegen werden mittels Schmiegstock auf ein Schmiegenbrett übertragen. Die Wrange kann nun ausgeschnitten werden, je nach Dicke, am besten an einer Bandsäge. Die Schmiegen werden auf der Wrange abgesetzt und ausgehobelt.
Jetzt sollte die Wrange schon grob passen, mit etwas Fleiß und Mühe wird immer mit Hobel und Schinder nachgearbeitet, bis die Wrange passt. Könner bedienen sich heutzutage der Flex mit Schleifscheibe, was auch sehr effizient ist, aber Vorsicht!
Die Bohrungen der vorher entfernten Bolzen werden nun entweder vor Ort von unten durchgebohrt oder nur kurz angebohrt und an der Werkbank vollendet.

Wrangen im Kielbereich sind meist noch mit Bodenwrangenbolzen versehen, will man diese auch erneuern, muss zuvor der Ballast entfernt werden...

Zeichnungen: J. Börms
Fotos: U. Baykowski, Maike Meyer, Fotoarchiv der Werft Abeking & Rasmussen

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