Grundlagen der Windfahnensteuerung auf Yachten – das sollte man wissen.

Die Windfahnensteuerung als Alternative zum elektrischen Autopiloten

Auf den ersten Blick sind Windfahnensteuerungen für viele Segler ein Buch mit sieben Siegeln. Kein Wunder — ihre Bauart mutet nicht unbedingt selbsterklärend an, und an ihrer exakten Einstellung muss sich eine Weile versucht werden, bis die Steuerergebnisse sehr gut sind. Und dennoch ist das ein fantastisches System, und ich verneige mich vor seinen Erfindern.

Auf dem Markt der Windfahnensteuerungen gibt es eine Vielzahl unterschiedlich funktionierender Systeme, die sich im Wesentlichen in drei Punkten unterscheiden. Diese drei Merkmale stellen quasi das Einmaleins der Windfahnen dar und es lohnt sich, sie zu verstehen. Unterschieden wird zwischen:

1. Der Nutzung des Hauptruders der Yacht oder eines Hilfsruders
2. Der Achse der Windfahne (Vertikal oder Horizontal/V- oder H-Fahne)
3. Der Steuerung mit Wind- oder Wasserkraft

Zum Einstieg in die Thematik habe ich das folgende Video erstellt. Der Ausschnitt zeigt das Segeln mit Hilfe einer Windfahnensteuerung. Dabei kann der Kompasskurs digital auf dem Display verfolgt werden. Es wird sichtbar, wie die Windfahne das Schiff auf Kurs hält.

So wie im Video funktioniert das natürlich nur, wenn der Wind konstant aus einer Richtung kommt, da die Windfahne in einem bestimmten Winkel zum Wind eingestellt wird. Dreht der Wind, ändert sich unweigerlich auch der Kurs.

Windfahnensteuerung: Nutzung des Hauptruders oder eines Hilfsruders?

Das ist ein vergleichsweise einfacher Punkt, bei dem es um die Frage geht, ob die Windfahnensteuerung, wenn sie einen Steuerimpuls erzeugt, das Hauptruder des Schiffes nutzen soll, um den Kurs zu korrigieren, oder aber mit einem eigenen Ruderblatt ausgerüstet sein soll — dem Hilfsruder.

Beides hat Vor- und Nachteile. Ist die Yacht kleiner als 50 Fuß, ist eine Windfahnensteuerung mit einem eigenen Ruderblatt wahrscheinlich die beste Lösung. Sie bietet drei wesentliche Vorteile gegenüber einer auf das Hauptruder umgeleiteten Anlage: Erstens arbeitet das System völlig autark. Zweitens bleibt das Leinengewirr im Cockpit erspart, das erforderlich ist, um die Steuerimpulse der Windfahnensteuerung auf die Pinne oder das Steuerrad umzuleiten. Und drittens existiert im Fall eines Ruderschadens am Schiff noch ein weiteres Ruder an Bord, mittels dessen das Schiff gesteuert werden kann — ein nicht zu verachtendes Backup im Notfall.

Dem stehen zwei nachteilige Eigenschaften entgegen: einerseits der Anschaffungspreis und andererseits die Grenzen des Systems. Das in die Windfahnensteueranlage integrierte Hilfsruderblatt ist für sehr große Yachten wahrscheinlich zu klein dimensioniert. Wann diese Grenze erreicht wird, hängt von der Kielform und der Schiffsgröße ab. Grundsätzlich segelt ein Langkieler mit der Windfahne besser als ein Kurzkieler, da er weniger wendig ist.

Letztendlich liegt die Grenze bei etwa 50 Fuß. Wird sie überschritten, muss die Leinenumleitung auf das Hauptruder des Schiffes genutzt werden, weil die Anlage mit Hilfsruder dies nicht mehr sauber steuern kann.

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Windfahnensteuerung: V- oder H-Fahne?

Bevor ich in diese Frage ganz konkret einsteige, muss noch eine wichtige Voraussetzung erwähnt werden. Soll eine Windfahnensteuerung aktiviert werden, muss zuvor die Fahne — auch Flügel genannt — in den Wind gestellt werden. Soll heißen: Kommt der Wind beispielsweise genau von der Seite, wird so lange am Einstellrad der Anlage gedreht, bis auch der Flügel quer zum Schiff und somit im Wind steht. Andernfalls funktioniert das System nicht. Mit anderen Worten: Immer wenn die Windfahnensteuerung aktiviert werden soll, muss vorher ihr Flügel auf die aktuelle Windsituation eingestellt werden.

Grundsätzlich arbeitet die Fahne der Windfahnensteuerung auf zwei Arten: entweder als V-Fahne, was für vertikale Fahne steht, oder als H-Fahne, was wiederum für horizontale Fahne steht. Damit wird auf die Achse, um die sich der Flügel dreht, Bezug genommen.

Die Steueranlage mit V-Fahne ist eine der ältesten Versionen der Windfahnensteuerungen überhaupt. Sie verhält sich wie eine Flagge an einem Flaggenstock. Der Stock ist die Achse und die Flagge die Windfahne beziehungsweise der Flügel. Kommt der Wind von vorn, weht sie logischerweise nach achtern aus. Kommt er von der Seite, weht die Flagge entsprechend zur Seite aus.

Natürlich besteht die V-Fahne nicht aus einer Flagge, sondern aus einem festen Flügel, der nicht zu klein dimensioniert sein darf, um dem Wind ausreichend Angriffsfläche zu bieten. Daher tut sich die V-Fahne bei leichten Winden auch etwas schwer. Meist reicht dann der Druck nicht aus, den Flügel exakt genug zu drehen, worunter die Steuerergebnisse leiden.

Wie der Grafik über die Fahnen-Steuerung zu entnehmen ist, folgt der V-Flügel immer dem Wind, wenn das Schiff vom Kurs abkommt. Der Trick ist nun, dass die vertikale Achse des Flügels vereinfacht gesagt über zwei Zahnräder mit der Achse eines im Wasser befindlichen Hilfsruders verbunden ist. Dreht der Wind die Fahne in die eine Richtung, wird das Hilfsruder im Wasser über die Zahnräder in die andere Richtung bewegt. Durch die so entstehende Ruderlage wird das Schiff wieder auf den Kurs zurückgebracht.

Alternativ zum angesteuerten Hilfsruderblatt im Wasser können — wie vorstehend beschrieben — über Leinen auch Pinne oder Steuerrad und somit das Hauptruder des Schiffes gesteuert werden.

Ein Nachteil der V-Fahne ist die erforderliche große Dimensionierung des Flügels. Dafür wird Platz benötigt. Sowohl im Cockpit oder auf dem Achterdeck als auch dahinter. Schließlich soll sich der Flügel ohne Behinderung um 360 Grad drehen können.

In den 1980er und 1990er Jahren sah man öfter Schiffe mit einem riesigen Flügel am Heck auf dem Wasser. Sie alle hatten eine V-Fahnen-Steuerung. Inzwischen ist das anders, da diese Variante der V-Fahne aus der Mode gekommen ist. Es gibt zwar einige modernere Mittel und Wege, die V-Fahne einzusetzen, aber letztendlich ist in den letzten Jahren die H-Fahne zur Nummer eins am Markt geworden.

Wie eingangs erwähnt, wird auch bei der H-Fahne der Flügel in den Wind gestellt, bevor die Steuerung aktiviert wird. Kommt das Schiff vom Kurs ab, fällt der Wind folglich aus einem anderen Winkel als vorher ein. Bei einer H-Fahne führt dies dazu, dass der Flügel sich nicht wie eine Flagge am Flaggenstock in den Wind dreht, sondern stattdessen einfach seitlich umklappt.

Im Prinzip kann man sich eine Pappe vorstellen, die am unteren Ende mit Klebeband so an einem Tisch fixiert wurde, dass sie von allein steht. Wird nun von einer Seite gegen die Pappe gepustet – egal ob aus einem schrägen Winkel oder seitlich – reagiert diese sehr empfindlich und klappt zur Seite um. Dafür reicht auch eine ganz kleine Pappe.

Und genau das ist der Grund, warum sich die H-Fahne am Markt mittlerweile als Standard durchgesetzt hat. Während die V-Fahne immer nur mit ihrer Achse wie eine Fahne am Flaggenstock im Wind steht, bietet die H-Fahne dem Wind ihre ganze Fläche an. Weht der Wind waagerecht über das Wasser, kann ihm ein System mit senkrechter Achse nur wenig Fläche entgegensetzen. Ein System mit waagerechter Achse hingegen schon. Da steht plötzlich statt einer Achse eine Fläche im Wind. Daher kommt eine Anlage mit H-Fahne mit einem viel kleineren Flügel aus als eine mit V-Fahne, was einzig der um 90 Grad gedrehten Achse geschuldet ist.

Der zweite große Vorteil, der aus der angesprochenen empfindlichen Reaktion resultiert, ist, dass die H-Fahne bei leichten Winden besser funktioniert als die V-Fahne.

Windfahnensteuerung: Nutzung der Wind- oder Wasserkraft?

Bei unseren Blauwasserseminaren gibt es unter den Teilnehmern immer wieder Diskussionen darüber, dass Windfahnensteuerungen bei leichten Winden nicht gut funktionieren. Das stimmt so pauschal nicht. Es hängt von der Anlage ab.

Generell funktionieren alle Anlagen mit mehr Wind besser als mit wenig Wind — das ist unstrittig. Es gibt aber auch Anlagen, die neben der Windkraft zusätzlich die Kraft des Wassers als Verstärker nutzen und dadurch auch bei Leichtwind sehr gute Ergebnisse erzielen.

Diese Windsteueranlagen funktionieren so: Dreht oder kippt der Wind den Flügel, wird mittels einer Mechanik ein anderer kleiner Flügel, der von oben gesehen in Schiffslängsrichtung senkrecht im Kielwasser steht, leicht nach links oder rechts gedreht. Dieser Flügel heißt Pendelruder oder Servoruder.

Nach der leichten Drehung steht das Pendelruder plötzlich wie ein gedrehtes Ruderblatt mit Anschlag in der vorbeilaufenden See. In der Folge entsteht durch das vorbeilaufende Wasser Druck am Pendel, dem es logischerweise auszuweichen versucht (das ist so auf dem Foto nicht zu sehen, da die Yacht nicht in Fahrt ist). Da das Pendelruder am Kopf mit einem Gelenk versehen ist, klappt es einfach zur Seite weg. Und mit genau diesem „Klappen“ setzt es über einen Hebelarm eine weitere Mechanik in Gang, die wahlweise ein Hilfs- oder Hauptruder bewegt.

Der Trick ist, dass der Wind kaum Kraft benötigt, um das Pendelruder im Wasser seitlich zu drehen. Das ist so, als wenn ich neben einem fahrenden Schiff ein Paddel in Flucht mit der Strömung ins Wasser halte. Ich kann dieses Paddel ohne Kraftaufwand ganz bequem mit zwei Fingern halten. Ebenso kann ich es ganz leicht drehen. Nach der Drehung entsteht die eigentliche Kraft. Die Gewalt des vorbeiströmenden Wassers versucht nun plötzlich, mir das Paddel zu entreißen, da es nicht mehr in Flucht, sondern quer im Strom steht! Diese so entstehende viel größere Kraft, die mir plötzlich Mühe abverlangt, das Paddel festzuhalten, steuert am Ende das Schiff. Damit habe ich eine Anlage, die auch bei Leichtwind über den Wasserkraft-Trick sehr gute Steuerergebnisse erzielt.

Das ist der Grund, warum ich mir immer eine Anlage zulegen würde, die mit der Wasserkraft arbeitet. Das Nonplusultra ist dann eine Anlage, die mit H-Fahne ausgestattet ist und mit Wasserkraft arbeitet. Mit ihr wird es bei leichten Winden in der Regel keine Probleme geben.

Windfahnensteuerung: weitere Hinweise

Freies Windfeld am Flügel

Damit das System reibungslos funktioniert, muss darauf geachtet werden, dass der Bereich des Flügels frei von störenden Strömungen ist. Beispielsweise wäre es töricht, direkt neben dem Windfahnenflügel die Nationalflagge wehen zu lassen. Mehr Störung der Luftströmung lässt sich nicht erzeugen. Entsprechend ungenau arbeitet dann der Flügel und entsprechend schlecht sind die Steuerergebnisse. Aber auch Radarmasten, Windgeneratoren, am Heckkorb befestigte Außenborder und andere Anbauten können das Windfeld durcheinanderwirbeln. Je freier der Flügel steht, desto besser steuert die Anlage.

Der Winkel des Flügels

Je nach System kann der Winkel des Flügels beeinflusst werden. Beispielsweise ist die H-Fahne beim Hersteller Windpilot standardmäßig etwa 20 Grad geneigt. Bei sehr leichten Winden würde ich das ändern und den Flügel senkrecht stellen. Das führt dazu, dass mehr Fläche im Wind steht und die Anlage schneller reagiert, also besser steuert.

Ruderdruck vermeiden

Bevor ich die Windfahnensteuerung aktiviere, setze ich mich immer an das Steuer oder die Pinne und fühle, ob mein Boot ausgeglichen — also ohne Ruderdruck — segelt. Falls das nicht der Fall ist, passe ich den Segeltrimm so lange an, bis das Schiff ohne Ruderdruck auf dem Ruder liegt. Dabei kann es durchaus sein, dass ich das Hauptruder des Schiffes ein paar Grad vorhalten lasse. Das macht nichts.

Mehr noch: Dieser Vorhaltewinkel muss beim Aktivieren der Windfahnensteuerung unbedingt gehalten werden. Es wäre falsch, das Hauptruder des Schiffes gerade zu stellen und dann die Fahne zu aktivieren. Dann müsste die Windfahne diesen Vorhaltewinkel ständig ausgleichen und liefe unruhig.

Aktivierung der Windfahnensteuerung

Zur Aktivierung der Windfahnensteuerung wird der Flügel der Windfahne in den Wind gedreht. Anschließend wird die Windfahne aktiviert. Dazu ein kleiner Trick: Die Aktivierung klappt hervorragend, wenn ich das Schiff austrimme und dann den elektrischen Autopiloten aktiviere.

Wenn der elektrische Autopilot ruhig und stabil den Kurs hält, drehe ich den Flügel der Windfahne in den Wind. Dann schalte ich gleichzeitig den elektrischen Autopiloten aus und die Windfahne ein. Damit habe ich den Autopiloten den idealen Ruder-Vorhaltewinkel suchen lassen und die Hände frei, um die Fahne einzustellen.

Regelmäßiges Spülen der Windsteueranlage

Damit die Windfahnensteuerung zuverlässig funktioniert, muss die Anlage gepflegt werden. Hauptfeind ist das überkommende Salz aus dem Seewasser, da es auf Dauer die Mechanik schwergängig macht, was die Anlage unsauber arbeiten lässt. Dies sollte somit immer die erste Quelle bei der Fehlersuche sein. Regelmäßiges Spülen der Anlage mit Süßwasser gehört folglich zum Alltag eines Blauwasserseglers.

Alle paar Jahre zerlege ich unsere Anlage zusätzlich einmal komplett und baue sie anschließend wieder zusammen. Das hat sich bewährt.

Fazit

Unterm Strich ist die Windfahnensteuerung ein geniales System. Dennoch wird es wahrscheinlich ein paar Seemeilen brauchen, bis der Neuling und die Windfahne Freunde sind. Das ist völlig normal und sollte uns nicht daran hindern, sie zu benutzen. Logischerweise ist das Handbuch der Anlage bei der ersten Verwendung ein wertvoller Ratgeber.

Hat man dann erstmal den Dreh raus, ist das System ein Segen, da es keinerlei Energie von außen benötigt, völlig geräuschlos arbeitet und es quasi keinen Verschleiß gibt. Das sind Eigenschaften, die kein anderer Ausrüstungsgegenstand toppen kann.