Te weinig spanning op de verstaging gaat niet alleen ten koste van de balans en de aan-de-windse prestaties van je boot: ook de stagen, de terminals, de mast en de romp zullen te lijden hebben onder overbelasting door onderbelasting. Ernstige schade en zelfs mastbreuk kunnen het gevolg zijn.
Wantspanning negen van de tien keer te laag
Een van de dingen die ik het eerst doe als ik de eerste keer bij iemand aan boord kom is even voelen hoeveel spanning er op de verstaging staat. Negen van de tien keer is die te laag. ‘Ik wil schade voorkomen’ is gewoonlijk de uitleg van de eigenaar, een uitleg die me ertoe aanzet om te opperen dat het wat meer aandraaien van de wantspanners een verstandiger voorzorgsmaatregel zou zijn. Door een te slappe verstaging kan je je boot met zachtheid om zeep helpen. Zoals sommige hondenliefhebbers hun troeteldier volstoppen met lekkere hapjes.
Het stagdraad gedraagt zich voor een groot deel elastisch: een bepaalde spanning heeft een bepaalde rek tot gevolg. Een twee maal zo grote spanning veroorzaakt een twee keer zo grote rek: Tot een bepaalde grens is dit een lineair verband.
Een schuine kracht F kan worden ontbonden in een horizontale kracht Fhor en een verticale kracht Fver.
Ik wil benadrukken dat mijn aandrang om de spanning te verhogen niets te maken heeft met wedstrijdzeilen. Een juist gespannen verstaging is sneller, dat is waar, maar het is ook heel wat veiliger. Eenvoudig gezegd: een rondwiebelende verstaging veroorzaakt enorme piek-belastingen. Stel je even voor wat er gebeurt als je boot van een steile golf afvalt en in het golfdal klapt. Alles wat los zit gaat aan de haal om plotsklaps gestopt te worden door wat er ook in de weg zit. Dat geldt evenzeer voor de mast (waarvan de hoogte een grote massa-traagheid meebrengt) als voor de fles ketchup in de kombuis en voor je hoofd. Een verstandige statische belasting op het staande want daarentegen minimaliseert beweging en veroorzaakt geen spanningen op de romp waarvoor deze niet is ontworpen. Het principe van de veiligheidsgordel in de auto geldt ook voor de verstaging van je boot: dat wat niet kan rondslingeren verkleint de kans op schade. Het is geen hogere wetenschap. Jammer dus dat op maar weinig boten de verstaging strak genoeg staat. Ik kwam zelfs eens een eigenaar tegen die weigerde gebruik te maken van gereedschap bij het aandraaien van de wantspanners. Als hij ze niet verder met de hand aan kon draaien, stopte hij. Dat zijn mast nog overeind staat heeft hij uitsluitend te danken aan de forse doorsnede ervan en de overbemeten verstaging!
Gelukkig is in de meeste gevallen het gebrek aan spanning minder extreem. Aan de andere kant, als je te zachtaardig bent zijn de gevolgen bij sommige types verstaging ingewikkelder dan bij andere.
Neem bijvoorbeeld een fractionele tuigage met gepijlde zalingen (zalingen die een achterwaartse hoek maken zoals bij de IF/M26). Hierbij ondersteunen de topwanten de mast zowel naar voren en naar achteren als zijwaarts en doen daarmee feitelijk het werk van de topwanten inclusief het achterstag bij een conventionele masttoptuigage (zoals bij de M32).
Bij de masttoptuigage gaan de voor- en het achterstag beide tot de top van de mast en trekken ze direct tegen elkaar in. Maar dankzij de grotere hoek van het achterstag zal deze minder belast worden dan het voorstag. Doordat het achterstag de achterwaartse trek verzorgt hoeven bovendien de topwanten alleen de zijwaartse ondersteuning te verzorgen. Bij een masttoptuigage heeft elke draad zijn eigen afzonderlijke duidelijk bepaalde taak.
Bekijk nu eens de topwanten van een fractionele tuigage, waarvan de belasting drie tot vijf keer die van het voorstag is omdat ze -heel kenmerkend- via de zalingen minder dan 30 graden (plm. 25 % bij IF/ M26) achterwaarts gepijld staan. Een eenvoudige rekensom leert dat hoe kleiner de hoek tussen stag of want en de mast is, hoe groter de benodigde spanning om de zelfde effectieve (horizontale) trekkracht te bewerkstelligen (zie ook figuur 1 en 2).
Als je een paar haken uit de lucht zou kunnen toveren om de wanten in een hoek van 90 graden vast te maken, zou je bijna geen enkele spanning hoeven gebruiken. Het is dus bij fractionele tuigages essentieel om de topwanten strak te houden. Staan ze te los dan hangt het voorstag teveel door, het voorzeil wordt te vol, het achterlijk zal te dicht staan, de boot raakt uit balans, je krijgt teveel helling, je verliest snelheid en je komt niet hoog aan de wind. En dat is alleen nog maar het begin.
Laat ze niet rondslingeren. Door de kleine hoek die de topwanten maken met de mast zouden beide topwanten samen ruim 9x zoveel kracht moeten leveren om de horizontale component van het voorstag in evenwicht te houden.
De onderwanten dragen echter ook bij aan het horizontale evenwicht van de mast.
Voordat we de mogelijke problemen bij het afstellen van de fractionele verstaging onder de loep nemen (we beperken onszelf tot het type met gepijlde zalingen zonder losse bakstagen), wil ik even memoreren waarom het zo populair is. Sommige critici van dit type verstaging herinneren ons er graag aan dat de bouwer alleen maar hoeft te voorzien in een voorstag, een verstelbare achterstag, een paar topwanten en een enkel paar onderwanten – terwijl de top- en de onderwanten (meestal) op dezelfde wandputtingen aangrijpen. Je kunt dus stellen dat het goedkoper is dan een masttop-tuigage met zijn voorstag, achterstag, dubbele onderwanten plus soms een babystag. Bovendien heb je bij een masttop-tuigage, afgezien van de extra draden en spanners, nog drie of vier extra wandputtingen nodig die de kosten verhogen en zich benedendeks aan je opdringen.
Toch kan je ondanks deze financiële discussie moeilijk ontkennen dat de kleinere voordriehoek van een fractioneel tuig leidt tot kleinere, makkelijker te hanteren voorzeilen. Een ander voordeel is een grootzeil dat je meer mogelijkheden geeft om het vlakker te maken zodat het de wind beter loslaat als die toeneemt (dankzij de relatief buigzame mast) en je minder snel hoeft te reven.
En de negatieve kanten? Tja, elke voordeel heeft zijn nadeel. Niettemin vinden vele booteigenaren dat de voordelen van een fractionele tuigage opwegen tegen de nadelen. Waar ze de neiging hebben om in de fout te gaan, is bij het te weinig op spanning brengen van de topwanten. Bij een masttoptuigage is het acceptabel om aan de wind zeilend in een stevige bries in het lijwaartse topwant een speling te hebben van een paar centimeter, maar een mastenmaker zou niet vrolijk worden van zoveel speling in een fractionele tuigage.
In een notendop is dit wat er gebeurt: de wind neemt toe, de druk op het voorzeil leidt tot extra belasting op het voorstag die de mast naar voren wil trekken daar waar het voorstag aan de mast bevestigd is (dit bevestigingspunt van want of stag op de mast wordt ankerplaat genoemd). Deze voorwaartsgerichte kracht wordt alleen maar tegengegaan door de achterwaartse component van de topwanten die, omdat ze slechts een kleine hoek met de mast maken, onderhevig zijn aan een aanzienlijk grotere belasting, zoals we al vastgesteld hebben.
Aangezien de gebruikelijke 1×19 draad tamelijk elastisch is, komt het erop neer dat de topwanten rekken en het voorstag erin slaagt de mast bij de ankerplaten naar voren te trekken. De rek in het loefwaartse topwant maakt het ook mogelijk dat de mast een beetje naar lij valt, zodat de ankerplaat niet alleen voorwaarts maar ook zijdelings beweegt. De voorwaartse beweging leidt onvermijdelijk tot een doorhangende voorstag, je kunt er maar weinig aan doen bij dit type fractionele verstaging, alhoewel je het doorhangen onder controle kunt houden met een goede trim.
De echte moeilijkheden beginnen als de spanning op het lijwaartse topwant helemaal wegvalt en dit los komt. Bij het aan de wind zeilen in een stevige bries hangt de mast feitelijk aan de loefwaarste verstaging en de voorstag, wat de reden is dat de spanning op het lijwaartse topwant zo kritisch is. Als het lijwaartse topwant de gelegenheid krijgt om los te komen, kan de mast voorwaarts draaien met het bevestigingspunt van het loefwant als spil. Zie figuur 4.
Figuur 4:
Door de windbelasting zal het loefwant meer kracht op moeten nemen en hierdoor rekken. Het lijwant verkort hierdoor, waardoor de (voor)spanning hierin afneemt. Indien de spanning in het lijwant afneemt tot nul kan het ook niet meer bijdragen aan de voorwaartse stabiliteit van de mast. De mast zal hierdoor ook naar voren bewegen.
Niet alleen veroorzaakt overmatige voorwaartse beweging van eerder genoemde ankerplaten nog meer doorhangen van het voorstag (meer helling en loefgierigheid, minder hoog aan de wind, etc) maar ook geeft het slappe lijwaartse topwant geen enkele steun meer aan de mast.
Dat is cruciaal omdat onder spanning het lijwaartse topwant druk uitoefent op de lijwaartse zaling terwijl het lijwaartse onderwant het midden van de mast in bedwang houdt. Zonder dit stabiliserende effect kan de middensectie bij zeegang gaan ‘pompen’. Dat leidt tot extra spanningen, moeilijkheden bij het handhaven van een constante vorm van de zeilen en ten slotte zelfs tot mastbreuk.
Volgens Loos & Co – de Amerikaanse fabrikant van wantspanningmeters, neemt de zijdelingse stijfheid van de mast af met 50% als de lijwaartse wanten loskomen. Zelfs zonder het ‘pompen’ heb je te maken met een draaiend moment waaraan de mast onderhevig is als die de kans krijgt om voorwaarts te draaien om de loefwaartse zaling, en bij samendrukkende krachten die uitsluitend van de loefzijde komen, zonder tegenkrachten om de mast in kolom te houden.
De boodschap is dus helder: zorg ervoor dat het lijwaartse topwant niet los komt onder normale zeilomstandigheden. Mastenfabrikant Seldén adviseert dat de wanten tot een helling van 22 graden niet mogen loskomen.
Wat ik om me heen zie is dat de overgrote meerderheid van fractionele verstagingen op toerjachten te weinig spanning hebben en alleen maar overleven omdat de fabrikanten ervan een enorme reserve hebben ingebouwd.
Aanspannen achterstag vermindert spanning op de topwanten
In deze fase van mijn verhandeling vraag je je misschien af wanneer ik met het achterstag op de proppen kom? Helpt die dan niet de voorstag op spanning te brengen? Tot op zekere hoogte doet hij dat, alhoewel het effect afhangt van verschillende factoren; de lengte van het ongestaagde topgedeelte van de mast, de stijfheid van de mast en van de spanning op de onderwanten.
Bij de meeste fractionele tuigages – daar waar voorstag en topwanten meer dan 10% van de totale mastlengte onder de masttop zijn bevestigd (zoals ook bij IF/M26) – wordt de spanning op het voorstag hoofdzakelijk bepaald door de topwanten, terwijl het achterstag de mast buigt waardoor het grootzeil vlakker wordt en het achterlijk zich opent als de wind toeneemt
Even belangrijk (maar niet algemeen bekend) is dat het aanspannen van het achterstag de spanning op de topwanten vermindert omdat het voorwaarts buigen van het midden van de mast tot gevolg heeft dat de mast (verticaal gezien) korter wordt en de hoek afvlakt tussen de ankerplaten bovenin de mast en de wantputtings op het dek. Bij een gebogen mast kan de zaling het topwant immers minder naar achter drukken.
Bij een wat stijvere mast zal het aanspannen van het achterstag de ankerplaat een beetje naar achteren trekken en het effect een strakkere voorstag zijn, maar dit effect is alleen duidelijk als de boot stil ligt.
Bij een stevige wind en golven zal zelfs de kleinste speling in het lijwaartse topwant het bevestigingspunt op de mast naar voren brengen en zo het spanningseffect teniet doen. Elke toename van spanning op het voorstag zal minder zal zijn dan je constateerde toen je in de jachthaven aan het experimenteren was. Je zult hoe dan ook een punt bereiken waarbij meer spanning op het achterstag geen effect meer heeft op het voorstag. Ook volgt hieruit dat hoe minder de zalingen gepijld zijn, hoe minder de hoofdwanten losser zullen komen als je het achterstag aanspant. En als de topwanten in lijn staan, dus zonder achterwaartse hoek (zoals bij sommige wedstrijdboten met fractionele tuigage), zal meer spanning op het achterstag geen enkele invloed hebben op de spanning op de topwanten.
Toch even een korte waarschuwing voor het geval dat je je zorgen maakt om een doorhangende voorstag en je in de verleiding bent om losse bakstagen te monteren om dat tegen te gaan. Het strak doorzetten daarvan kan je een snaarstrakke voorstag opleveren, maar de vermindering in spanning op de topwanten kan leiden tot een ernstig onstabiele mast. Mastenmaker Seldén bijvoorbeeld adviseert ten stelligste af te zien van losse bakstagen bij meer dan 20° gepijlde zalingen (zoals bij IF/M26).
De juiste combinatie van topwant- en onderwantspanning zal het doorhangen van het voorstag tot een minimum beperken. En als er nog steeds te veel rek in de topwanten zit, moeten die misschien een grotere diameter hebben.
Figuur 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 3c: Illustraties uit de triminstructies van Seldén
Maar hoe strak is strak genoeg?
Het hoofdwant (4mm op positie 7 van de wantspanningsmeter), het topwant (6mm op positie 5 van de wantspanningsmeter) is het uitgangspunt.
Er komen grote krachten te staan op de wantputtingen. De constructie daarvan is bij de oudere IF/M26 een aandachtspunt. Het monteren van ruim gedimensioneerde wantputtingen en het aanbrengen van verstevigingen onderdeks is sterk aan te raden.
De fractionele verstaging met behulp van Seldén versie iab20040320
De aanpak die in het Seldén boekje wordt beschreven gaat er van uit dat je de wantspanning meet bij het afstellen van de verstaging. De meting kan eenvoudig met een wandspanningsmeter (voor 4, 5 en 6 mm. draaddikte) uitgevoerd worden, of, wat bewerkelijker, de rek van de draad meten. Een lengte van 2 meter draad 1×19 RVS wordt 1 mm. langer door een spanning op die draad van 5% van de breeksterkte. De meting kan gedaan worden door op een nagenoeg onbelaste draad een lengte van exact 2 meter af te tapen en dit stuk telkens wanneer vereist weer nauwkeurig op te meten. Voor de diverse diameters RVS 1×19 draad (4, 5, 6 mm, etc) wordt 1 mm. verlenging op 2 meter draad altijd veroorzaakt door een trekkrachtverhoging op de draad van 5% van de breekspanning.
Breekspanningen voor Ainsa 1×19 RVS: (aangegeven door leveranciers en o.a. Harken
Diameter 3 mm. breekkracht is 720 kg (Hekstag)
Diameter 4 mm. breekkracht is 1280 kg. (Hoofdwant)
Diameter 5 mm. breekkracht is 2000 kg. (Voorstag)
Diameter 6 mm. breekkracht is 2880 kg. (Topwant)
Verder meldt Seldén dat een fractionele mastverstaging altijd meer spanning nodig heeft dan een verstaging met in-line zalingen om de mast te stabiliseren. Seldén adviseert in het boekje volgens een methodiek die hieronder beschreven is uiteindelijk naar een voorspanning van 20%, maximaal 25% toe te werken. Zo had ik het verhaal eerst ook geschreven. Gelijktijdig was ik ook bezig de krachten op het want van de IF/M26 uit te rekenen en daaruit blijkt dat een voorspanning van 20 %, met daarop de werkbelasting onder zeil leidt tot te hoge spanningen in de wantputtingen.
Seldén laat zich helaas niet uit over de pre-bend, de kromming van de mast. Wel is het zo, dat bij aangehaalde hekstag, op 20% van breeksterkte (bij harde wind!), onder 20 graden helling bij zeilen het hoofdwant aan lijzijde net niet los mag komen. En dit laatste sprak mij aan, de methode Seldén betrekt het hekstag bij het voorspannen van het want. De uitgangspositie is dat het voorstag op lengte is, dus de mastval correct is (15-25 cm) en dat de stagen de mast fixeren, zonder aangehaald zijn.
Masttrim
1. Breng 13-15% spanning op SB en BB hoofdwant (is ~370-400 kg) (Seldén) Via de zalingen wordt de mast nu naar voren gedrukt.
2. Zet de mast in dwarsrichting verticaal door BB of SB want iets losser/vaster te zetten (m.b.v. waterpas, 1 op een vlak stuk dek, 1 tegen de mast (Windstille dag!) Daarna de terminals bij het aanspannen verder gelijk behandelen.
3. Breng de kromming van de mast terug door het binnenwant aan te spannen (er wordt aangegeven dat de mast “straight” moet zijn. (Seldén) Echter wij moeten de mast voorkrommen:
Bij de IF en 26, tot 3 – 5 cm mast kromming. De mast hierbij niet naar SB of BB trekken. Met de spanningsmeter zal ik ook de spanning in het hoofdwant meten met het oog op de volgende stappen.
4. Trek de hekstag aan tot 15 – 20% van zijn breeksterkte. (Seldén).
Bij de 3 mm stag is dit 100 – 130 kg. Bij een 1 op 4 takel is dit met 25 kg trekken, bij een 1 op 6 takel 20 kg. (meten m.b.v. een unster?). De mastbuiging neemt nu toe, de spanning in het hoofdwant neemt hierdoor af. Merk deze stand van het hekstag voor later (zeil)gebruik.
5. Span het hoofdwant weer aan tot 13-15% van zijn breekkracht (Seldén). (om ook bij aangetrokken hekstag het lijwant tot 20° gespannen te houden)
6. Span/los het hoofdwant zodanig dat de mast een buiging heeft van 5 – 6 cm (buiging van de mast tijdens het zeilen bij harde wind) (Seldén).
7. Zet het hekstag los. Meet en check de spanning in het top- en hoofdwant, dit mag niet veel meer dan 15% zijn. (is 430, resp. 200 kg).
Tijdens het zeilen moet gecheckt worden of het want aan lijzijde niet loskomt bij een helling van 20 graden of minder is, ook niet bij aangetrokken hekstag. Eventueel bijstellen, maar niet meer voorspanning op het hoofdwant dan een 430 kg. (i.v.m. totale belastingen op de wantputtingen)
Buiging mast tijdens het zeilen
Het Seldén verhaal maakt niet duidelijk hoe de juiste kromming van de mast te bereiken. North Sails zegt dat hun zeilen gesneden zijn op 2 cm pre-bend. Dit zou de stand kunnen zijn bij een voorzichtig aangehaalde hekstag. Bij aantrekkende wind kan het hekstag aangetrokken worden en kan de buiging van de mast tot 5 a 6 cm (ter plaatse van de zalingen) toenemen en wordt het zeil vlakker. Ik weet niet of bij een basis instelling van 2 -3 cm kromming zoals genoemd, bij een doorgehaalde hekstag de kromming gaat toenemen tot 5 – 6 cm.
Tuning guide
De echte liefhebbers en wedstrijdzeilers kunnen de North Sails tuning guide raadplegen.
Op de webside van onze Duitse zustervereniging (www.if-boot.de/aa/technik.htm) staat in een “rundschreiben” uit 1988 een interessant verhaal hierover. Een trimtip voor “alte Hasen”. Voor (wedstrijd)zeilen in binnenwater gaat men uit van een mastkromming van 5 cm. bij een losstaand hoofdwant. Deze binnenstagen zijn dan voorzien van snelspanners. De kromming wordt tot 0 teruggebracht door het binnenwant te spannen. De aanbeveling voor het zeilen is dan:
0 – 3 Bf: binnenwant vast, geen kromming van de mast, zeil rond
3 – 4 Bf: binnenwant wat losser, kleine kromming, zeil wat vlakker
4 – 5 Bf: nog wat losser, grotere kromming van de mast, zeil vlak
Bij 5 Bf of meer wordt niet aan bevolen het binnenwant helemaal los te zetten. Bij toenemde wind gaat men bij deze trimtip met een los(ser) binnenwant varen.
Op zee moet het binnenwant toch vast staan om de mast te stabiliseren volgens dit schrijven.
Overigens is ook op deze webside de afstelmethode “Janiec” (van een latere datum) te vinden
Meer wetenswaardigheden uit het Seldén boekje
– De hekstag moet altijd iets aangetrokken zijn bij een fractionele verstaging, om pompen van de mast te voorkomen. De mast gaat anders te veel trekken op de puttingen. Vooral de oogputtingen van het hoofdwant kunnen hier op de duur niet tegen. Dus een knoopstop in de lijn van de talie van het hekstag om dit niet te vergeten.
– Voor de stabiliteit van de mast en verstaging is het erg belangrijk dat het want aan lijzijde niet vrijkomt.
– Indien het schip op de wal overwintert met staande mast beveelt Seldén aan een deel van de voorspanning van de mastverstaging te lossen. Maar zeker niet zoveel dan mast en tuig gaan slingeren.
– Er wordt gewaarschuwd voor de hoge voorspanning. De voorspanning zal een polyester romp deformeren, maar de romp kan de krachten opnemen. De deformatie doet de spanning afnemen, zodat er elk jaar opnieuw afgesteld moet worden (Seldén). Dit bevestigt mijn gevoel dat een polyester constructie “kruip” vertoond. Vervormd dus langzaam onder belasting (mast op dak kajuit, dek-rompverbinding). Het staat in het Selden boekje zwart op wit. 1mm indrukking op het kajuitdak is 5% ofwel 140 kg minder voorspanning. Het boekje zegt eenvoudig dat je hieraan weinig kunt doen, behalve weer opnieuw afstellen.
– haal de hekstag aan voordat de genua of fok gehesen wordt. Hierbij komt eerst de voorstag onder grotere spanning. Anders komt bij het strak doorhalen van het genua-val (op de mastwinch!) te grote trek op voorlijk zeil, val, valschijf (druk) en bij een rolfok installatie op de lagers hiervan.
– Voorzichtig motoren of zeilen bij grotere korte deining. De mast wil door zijn gewicht en lengte door en nazetten. Dus het hekstag aanhalen ook bij motoren tegen de golven in.
– Hetzelfde geldt ook bij het reven. Zeker als het 2e rif ingestoken is en de tophoek van het zeil ver onder het verbindingspunt van mast en voorstag zit. De buiging van de mast moet naar voren blijven. Hekstag aanhalen dus.
Een laatste opmerking
Als bij een grotere helling het hoofdwant aan lij toch vrij komt te staan betekent dit dat de voorspanning van zo’n 375 – 400 kg verdwenen is. Dit kan alleen als het want aan loef navenant opgerekt is en wellicht het kajuitdak iets inveerd door de druk van de mastvoet. In het hoofdwant aan loef treedt in zo’n geval een spanning van 800 en meer kg op. Dit is 30 % of meer van de breekspaning. De toegestane maximale gebruiksbelasting van het stag is 50% van de breekspanning (1450 kg). De oogputtingen in het dek moeten ook deze krachten overbrengen in de romp van het schip. Deze puttingen hebben meer moeite hiermee dan het draad van het want.
Informatie:
-“Hints and advice on rigging and tuning of your Seldén mast” © Seldén Mast AB. Webside www.seldenmast.com
Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.
Geef een reactie
Je moet ingelogd zijn om een reactie te geven.