Der
foiler F1
Die Zukunft liegt über dem Wasser", sagt Enzmann, der seit Ende der 60er-Jahre erfolgreich A-Cats und später die schwertlosen Modelle der Marke TOPCAT gezeichnet hat, "die nächste Generation segelt auf Tragflächen." Ähnlich spektakulär wie schon die Moth-Jollen auf einer Mittelflosse soll auch der F1 eher fliegen, denn fahren. Spätestens seit dem Geschwindigkeitsweltrekord 2009 des dreimal so großen Trimarans "Hydroptère", der auf einer 500-Meter-Strecke durchschnittlich 51,36 Knoten (fast 95 km/h) und in der Spitze mehr als 100 km/h schnell war, sorgen Tragflächenkonstruktionen im Wassersport weltweit für Aufsehen. Die Catlift GmbH & Co. Entwicklungs KG von Enzmann beschäftigt sich schon seit mehr als 20 Jahren mit diesem Prinzip und bringt nun mit dem foiler F1 eine schon an den ersten Messetagen viel beachtete Weltneuheit auf den Markt, deren bahnbrechende Technologien zum Patent angemeldet wurden.
Sein Potential verdankt das Boot konsequenter Leichtbauweise aller Komponenten in Epoxid-Karbon-Technologie bei gleichzeitig höchster Festigkeit. Komplett ausgerüstet mit Instrumenten und Lithium-Ionen-Akku, der vier bis sechs Stunden hält, wiegt der Tragflächen-Kat weniger als 140 Kilogramm. Wegen der hohen Fahrtgeschwindigkeiten wurde auch der Aerodynamik große Bedeutung beigemessen. Das Design ist schnittig und sieht schlicht gut aus. Das Cockpit wurde ergonomisch gestaltet und verspricht trockenes, komfortables Segeln. Angetrieben wird der Kat allein von einem 14-Quadratmeter-Folien-Großsegel. Auf den weiteren Turbo eines Flügelriggs verzichtete der Projektinitiator wegen zu aufwändiger Handhabung. Sein Boot soll in wenigen Minuten zusammengebaut und segelklar sein.
Der Clou des foiler F1 sind seine T-förmigen Tragflächenschwerter, die seitlich hochgeklappt werden können, damit der Vorteil eines Kats, das Ablegen und Anlegen im flachen Wasser, erhalten bleibt. Die beiden Seitenschwerter sind nicht starr senkrecht angeordnet, sondern zur Seite nach außen gespreizt. Dadurch entsteht an der Lee-Tragfläche nicht nur der erforderliche Auftrieb, um die "Flughöhe" zu gewährleisten, sondern gleichzeitig Druck nach Luv, was die Abdrift mehr als halbiert. Den "Luff-Push-Effekt" unterstützt die Luv-Tragfläche, die automatisch negativ angestellt wird, wenn die Flughöhe nach oben zunimmt, und dann nicht nur Sog nach unten sondern auch nach Luv erzeugt. Durch das enorme aufrichtende Moment wird der Kat hoch am Wind noch schneller und kreuzt mit wenig Abdrift besonders gut.
Das technische Herzstück an Bord ist die digitale Steuerung der "Flughöhe" über den Wellen bei allen Bedingungen. Sie sollte sowohl bei Beschleunigung und Abbremsen des Kats immer gleich sein, aber auch in einer Bö und einem Flautenloch, bei hoher Querkraft auf Kreuzkurs genauso wie bei schädlichen Nickbewegungen vor dem Wind, - und das alles in unterschiedlichem Wellengang. Enzmann löst das Problem mittels einer Software, die sein Sohn Christian geschrieben hat. Ein Stab mit einem digitalen Winkelsensor gibt die Höhe über der Wasseroberfläche an den Bordcomputer weiter. Dieser filtert die Wellenbewegung heraus und gibt das erforderliche Signal zur Stabilisierung an einen schnellen und starken Schrittmotor zur Tragflächensteuerung weiter. Der Wirkungsgrad ist deutlicher höher als bei mechanischen Trimmklappen an der Hinterkante der Tragflächen. Enzmann: "Unsere Foils flattern nicht. Die Steuerbewegungen, die über verstellbare Pedale und Schubstangen auf das Tragflächenruder erfolgen, können viel geringer ausfallen, was die Bedienung erheblich erleichtert. Der F1 ist überhaupt nicht schwierig zu segeln."
Beweisen will der "bayerische Katamaran-Papst", wie er in der Multihullszene oft genannt wird, das alles ab März in Praxistests auf dem Walchensee. Gesegelt wird dank doppelter Großschotführung wahlweise allein aus dem hinteren Cockpit, wo die Instrumente mit Touchscreen-Bildschirm ins Armaturenbrett eingelassen sind, oder zu zweit. Die Liegesitze sind herausnehmbar, ebenso wie die gesamte Instrumententafel mit Computer und der Akku gegen Diebstahl gesichert werden können. Zwei Anschnallgurte sind optional, das Tragen eines Helms empfohlen, auch wenn das Gerät als vergleichsweise kentersicher eingestuft wird.
Ab Mai könnte der erste foiler F1 ausgeliefert werden und soll dann in Serie gehen. Lizenznehmer und Vertriebspartner werden bereits gesucht. Auf den fünfstelligen Preis hat sich der Urheber noch nicht festgelegt, nur so weit: "Es wird ab Windstärke drei das schnellste Segelboot überhaupt sein, das käuflich erworben werden kann." Und eine größere, noch schnellere Variante hat Dipl. Ing. Enzmann auch schon in der "Schublade". Sobald sich ein Sponsor für den Bau findet, will er den Kitesurfern, die derzeit in den Rekordbüchern stehen, den Geschwindigkeitstitel wieder abjagen.
Technische
Informationen
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Man löste dieses Problem in den letzten Jahren dadurch,
dass jede Tragfläche an der Hinterkante eine Klappe erhielt, die durch
eine mechanische Steuerung (Skizze 1) nach Bedarf den Auftrieb erhöhte.
Das funktioniert bei relativ glattem Wasser recht gut, bei Wellengang
und höherer Geschwindigkeit jedoch nicht mehr, weil die angehängte Klappe
leicht ins flattern kommt. Mit diesem System ist auch nur die Steuerung
von Auftrieb möglich, Abtrieb ist nicht vorgesehen. Download Fig.1 (PDF) Die mechanische Tragflügelsteuerung nach "Hook" |
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| Die
digitale Tragflächensteuerung*) Bei der Firma Catlift in München beschäftigt man sich schon seit fast 20 Jahren mit der Steuerung von Tragflächen. Jetzt hat Klaus Enzmann dieses Problem auf elegante Weise damit gelöst, dass die Steuerung der Tragflächen von einem Computer übernommen wird, der die gesamte Tragfläche über schnelle und starke Schrittmotoren steuert (Skizze 2). Der Wirkungsgrad dieser Tragfläche ist ungleich günstiger, die Steuerbewegungen fallen deutlich geringer aus. Über die Software kann die störende Wellenbewegung aus der Steuerung ausgefiltert werden. Das Ergebnis ist beeindruckend: Der neue foiler F1 fliegt deutlich schneller als jeder vergleichbare Catamaran, dabei segelt er sich sehr sicher, komfortabel und unkompliziert. Download Fig.2 (PDF) Die digitale Tragflügelsteuerung |
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Die Flughöhensteuerung
Die Steuerung der "Flughöhe" erfolgt beim foiler
F1
über einen Stab mit einem digitalen Winkelsensor, der die Höhe über der
Wasseroberfläche an einen Computer weitergibt. Dieser filtert über eine von
Christian Enzmann entwickelte Software*) die Wellenbewegung heraus und gibt
dann an den Schrittmotor der Tragflächensteuerung das erforderliche Signal
zur Stabilisierung.
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| Der
"Luff-push" Effekt*) Die beiden Seitenschwerter mit den gesteuerten Tragflächen am unteren Ende (sog. T-Foils) sind nicht senkrecht angeordnet, sondern zur Seite nach aussen gespreizt. Dadurch entsteht an der Lee-Tragfläche nicht nur der erforderliche Auftrieb um die Flughöhe zu gewährleisten, sondern auch eine erfreuliche Komponente nach Luv, die die Abdrift mehr als halbiert ("luff-push" Effekt). Die Luv-Tragfläche wird automatisch negativ angestellt (Sog nach unten), wenn die Flughöhe nach oben zunimmt. Das hat zur Folge, dass beim Kreuzen hoch am Wind ein beachtliches Potential an aufrichtendem Moment zur Verfügung steht (im Wirkungsgrad zum Gewicht mehr als mit jeder anderenTechnik). Durch die negative Anstellung der Luv-Tragfläche entsteht neben dem Sog nach unten auch eine Sog-Komponente nach Luv. Das bedeutet für den "Enzmann-hydro": Trotz höherer Geschwindigkeit weniger Abdrift beim Kreuzen gegen den Wind. Download Fig.3 (PDF) Der "luff-push" Effect |
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| Schneller segeln als
der Wind Wie beim Eissegeln auch, ist das fliegen auf Hydrofoils nach dem Abheben ein permanentes Segeln am eigenen Fahrtwind. Was passiert da? Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt auch der Fahrtwind von vorne zu und lenkt den wahren Wind nach schräg von vorne um. Und an diesem starken Wind kann man sehr schnell werden, wenn es durch das Segeln auf Tragflächen gelingt den Wasserwiderstand zu verringern. Download Fig.4 (PDF) Segeln am Fahrtwind ist möglich |
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| Der Luftwiderstand Dass Fahrtwind viel Energie kostet, weiss jeder vom Fahrradfahren. Beim foiler F1 wurde deshalb viel Sorgfalt auf eine gute Aerodynamik gelegt. Schließlich ist mit Wind-geschwindigkeiten von jenseits der 100 km/h zu rechnen. Alle Teile wurden einer konsequenten Prüfung auf geringsten Luftwiderstand unterzogen. Das ist nicht nur äusserst effektiv, sondern auch attraktiv. Man kann es sofort sehen. Download Bild (300dpi) Konsequente Aerodynamik |
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| Das Duo-Cockpit Der foiler F1 kann wahlweise allein oder zu zweit gesegelt werden. Alle zum "fliegen" erforderlichen Instrumente sind im Armaturenbrett im hinteren Cockpit eingelassen. Dahinter verbirgt sich in einer Schublade auch der Computer und der Li-Ionen Accu. Der Accu und das Accu-Ladegerät sind handelsübliche Teile wie sie auch bei den Elektro-Fahrrädern (Pedelecs) verwendet werden.
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Bild (300dpi)
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Die Steuerung
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Bild (300dpi) |
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| Die erforderliche Wassertiefe?
Ein foiler F1 segelt sich wie jeder andere Catamaran auch. Das heisst, man legt vom Strand ab mit seitlich hochgeschwenkten Tragflächen und hochgezogenem Ruderblatt, segelt ins tiefere Wasser, schwenkt die Tragflächen nach unten und verriegelt sie. Man schiebt die Ruder-Tragfläche nach unten, und ist "ready for take off". Download Bild (300dpi) Die Steuerbordfläche ist noch abgesenkt, die auf der Backbordseite bereits hochgeschwenkt Der foiler F1 bietet zusätzliche Sicherheit, da eine plötzliche Starkwind-Böe nicht wie beim herkömmlichen Catamaran die Gefahr einer Kenterung birgt. Beim Anlanden werden die seitlichen Schwerter wieder nach oben geschwenkt und vorne neben dem Flügel in der Tasche gelagert. Die Tasche wird bei abgesenkten Tragflächen im Cockpit verstaut. |
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| Sicherheit
eingebaut Unter Wasser werden die Tragflächen über Stossstangen verstellt, die jeweils über einen Schrittmotor mit eigenem Controller bewegt werden. Über eine CAN-Bus Leitung sind alle drei Motoren miteinander und mit dem Computer verbunden. Download Picture (300dpi) Die Tragflächen werden über einen Schrittmotor gesteuert |
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| Das Rigg Aus Carbon-Mast und Folien-Segel. Auf einen Flügelmast wurde bewusst verzichtet, die Alltagstauglichkeit lässt bei einem solchen Rigg doch sehr zu wünschen übrig. Es muss jeden Abend umgelegt werden um zu verhindern dass der Cat nachts lossegelt. Beim AC ist das gut zu beobachten. Download Picture (300dpi) Unverkennbares Design des Folien-Segels |
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*) World Pat. pend. Reg. Design
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