Gardasee, Italien

Unbekanntes Flugobjekt

e-tron erobert Wasserfahrzeuge: Audi Ingenieur Franz Hofmann entwickelt ein Hydrofoil-Surfboard mit Elektro-Jetantrieb.

08.01.2019 Text: Bernd Zerelles — Fotografie/Film: Richard Walch Lesezeit: 5 min

Und dann wird es ruhig und erhaben. Das Gurgeln und Plätschern des Wassers weicht Stille, als sich das Board aus dem Wasser hebt und einen Meter über der Wasseroberfläche schwebt, einem fliegenden Teppich gleich – gestützt nur von einem Carbonmast, an dessen Ende unter der Wasseroberfläche ein Flügel für den Auftrieb dieses Schauspiels sorgt. Franz Hofmann balanciert gekonnt auf dem Board, eine Fernbedienung in der Hand, wie man sie von elektrisch angetriebenen Skateboards kennt. Die Konstruktion unter seinen Füßen ist ein sogenanntes Foil (für Flügel), von einem Elektroantrieb beschleunigt, den Hofmann mit dem rechten Zeigefinger an der Fernbedienung regelt. Ist das das Surfen der Zukunft? Lautlos über dem Wasser eines Binnensees, der glasklar und ohne jegliche Wellenbewegung in sich ruht, seine Kurven ziehen? Für Hofmann, dessen jugendliches Gesicht immer eine gewisse Verschmitztheit ausstrahlt, ist das keine Frage: „Das wird DIE Revolution an den Seen und Meeren.“

 

In der Tat infiziert das Foiling-Fieber im Wassersport Disziplin um Disziplin: Der America’s Cup, Königsklasse des Segelsports und technologische Speerspitze, vollzog schon 2013 den Wechsel von behäbigen Einrumpfbooten zu foilenden Riesenkatamaranen. Auch die olympische Katamaran-Bootsklasse Nacra 17, in der die Audi Segler Polgar/Werner starten, segelt auf Foils. Windsurfer lassen sich von den Flügeln ebenso aus dem Wasser heben wie Kitesurfer. Denn der ganz besondere Vorteil der windgetriebenen Wasserfahrzeuge mit Foils: Sobald das Boot oder Board eine gewisse Geschwindigkeit erreicht, produziert der Flügel so viel Auftrieb, dass er den Rumpf aus dem Wasser hebt. Das sorgt für eine enorme Reduzierung des Strömungswiderstandes, was schon bei sehr wenig Wind hohe Geschwindigkeiten ermöglicht. So erlag auch Franz Hofmann, 33, bei seinem Hobby Kitesurfen der Faszination des Fliegens mit dem Foil. Allerdings befasst sich der Ingenieur bei Audi während der Entwicklung von Wasserstofftanks auch beruflich mit genau jenem Kohlefasermaterial, aus dem Mast und Flügel eines Surf-Foils bestehen. „Als die ersten Hydrofoils auf den Markt kamen, fielen diese in meinem Urteil durch: zu teuer und schwer zu beschaffen. Aber ich kannte ja Chris …“, sagt der Ingolstädter grinsend. Chris ist Christian Rößler, der Bruder eines Jugendfreundes aus der gemeinsamen Heimat bei Hof im bayerischen Oberfranken und nicht nur mehrfacher Deutscher Meister, Weltmeister des Jahres 2006 und Weltrekordhalter im Pylon Racing der elektrisch angetriebenen Modellflugzeugklasse F5D, sondern vor allem Luft- und Raumfahrtingenieur. Tätig ist er als akademischer Rat am Lehrstuhl für Luftfahrtsysteme der Technischen Universität (TU) München und dort zuständig für die Sparte Unbemannte Fluggeräte. „Wir bauen Demonstratoren, also Drohnen, und erproben darauf neue Technologien.“ Ein Mann also, der sich mit Strömungstechnologie auskennt. 

Franz Hofmann bei Testfahrten auf dem Gardasee mit dem Prototyp des Audi e-foil

Franz Hofmann bei Testfahrten auf dem Gardasee mit dem Prototyp des Audi e-foil. Die Batterie ist ins Board integriert, der Jetantrieb sitzt am Flügel im Wasser, über eine Fernbedienung in der rechten Hand regelt Hofmann die Geschwindigkeit.

„Ich wollte mir ein eigenes Foil zum Kiten bauen. Ein Foil ist am Ende ja nur ein Flugzeug unter Wasser, und wer kann Flugzeuge besser bauen als Chris?“, so Hofmann. Christian Rößler beachtete die relevanten Unterschiede zwischen Luft und Wasser, stellte erste Berechnungen an, simulierte die Strömungen für den Wasserflügel – und fand seine ganz eigene Konstruktion. Die beiden frästen Formen an der TU, schliffen diese im heimischen Wohnzimmer zurecht und laminierten anschließend im Keller den ersten Carbonflügel ihres Foils. Das war im Jahr 2015. Seitdem platziert Hofmann dieses Foil unter seinem Kiteboard bei Urlauben in Revieren auf der ganzen Welt: Kuba, Vietnam, Sri Lanka oder deutsche Ostsee.

Nach ein paar Tagen Übung fliegt damit fast jeder Laie übers Wasser. Es ist leichter, als auf einem Balance-Board im Fitnessstudio zu stehen.

Franz Hofmann

So weit, so gut. Doch fragten sich die beiden Freunde: Was jetzt tun mit ihrer Entwicklung oder, wie Hofmann nicht unbescheiden sagt, „strömungstechnisch einem der besten und effizientesten Foils, wie wir aus Datenvergleichen wissen“? Beide sind leidenschaftlich in ihren Alltagsjobs verwurzelt. „Wir hatten keinerlei Ambitionen, unser Produkt im Kite-, Surf- oder Windsurfmarkt zu vertreiben“, so Hofmann. Doch genau seine Tätigkeit im Mobilitätskonzern Audi inspirierte den Ingenieur Hofmann zu der Innovation, mit der er heute über dem Wasser schwebt: „Der Antrieb der Zukunft? Wie in der E-Bike-Entwicklung im Fahrradsegment wird auch zu Wasser flächendeckend Elektroantrieb kommen. Und ein Hydrofoil ist nun einmal enorm effizient. Was liegt also näher, als beides zu kombinieren?“ So begann Hofmann, das Thema unterschiedlichsten Kollegen bei Audi zu präsentieren: dem Innovationsmanagement, der Abteilung Design, den Kollegen im 3D-Druck und mehreren Werkstätten. Das einhellige Feedback aller Abteilungen: faszinierend, lass uns daraus ein Audi Produkt machen. 

Franz Hofmann

Zu Beginn des Jahres wasserte Hofmann den ersten Prototyp: ein Kitesurfboard, auf das ein Batteriepack in einem wasserdichten Koffer geschnallt war. Die nächste Evolutionsstufe im Frühjahr verfügte schon über ein ins Brett versenktes Batteriefach. Zur Kieler Woche im Sommer lagen die ersten Vorserien-Boards am Strand, gezeichnet von einem Kollegen des Audi Designs. Die Dynamik der Entwicklung ist beachtlich, Hofmann muss sich gelegentlich verwundert die Augen reiben: „Viele Kollegen sind mittlerweile involviert. Mit der Unterstützung von Audi finden unzählige Produkte Einzug in Foil und Board, von Steckverbindungen für die Elektronik bis hin zum Jetantriebsgehäuse, das die Kollegen aus dem 3D-Druck nach unserer Konstruktion fertigen.“ Denn das ist eine der Besonderheiten des Audi e-foil: „Wir haben das e-foil nicht erfunden, es gibt Hunderte Do-it-yourself-Projekte auf der Welt. Aber wir kombinieren unseren leistungsfähigen Flügel mit Jetantrieb. Das ist enorm effizient und besonders sicher.“ Manche Elektrofoils auf dem Markt werden mit einem ummantelten Propeller angetrieben – was am Ende nichts anderes ist als ein rotierendes Messer, mit einer hohen Verletzungsgefahr besonders für kleine Körperteile. Der Jetantrieb des Audi e-foil dagegen besteht aus einem Impeller, einem kleinen ummantelten Propeller, der das Wasser beschleunigt, und einem darauffolgenden Stator, der den Drall aus der Strömung nimmt und so dafür sorgt, dass das beschleunigte Wasser gerade abfließt. 

 

Bleiben die entscheidenden Fragen: Wann werden Interessenten das Foil kaufen können, wie viel wird es kosten? Franz Hofmann: „Meine Vision ist es, eine erste Kleinserie in 2019 zu bauen, mit der wir unseren Kunden zunächst Testfahrten anbieten. Aktuelle Preise für elektrische Hydrofoils sind etwa fünfstellig.“ Und kann es jeder fahren, oder benötigt man dafür kunstturnerische Fähigkeiten? Hofmann stutzt kurz erstaunt über die Frage und entgegnet mit vollster Überzeugung: „Nach ein paar Tagen Übung fliegt damit fast jeder Laie übers Wasser. Es ist leichter, als auf einem Balance-Board im Fitnessstudio zu stehen. Schau …“ Franz schnappt sich seine Fernbedienung, springt wieder auf sein Board und gibt mit dem Zeigefinger über die Fernbedienung Gas. „Sobald das Board gleitet, etwas vom Gas gehen, Gewicht auf den vorderen Fuß und ruhig bleiben, nur nicht pumpen“, ruft Hofmann zurück zum Ufer. Das Board liegt noch ein paar Meter im Wasser, bevor es sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit auf den Flügel hebt. Leicht, beinahe spielerisch sieht es aus. Nur der dünne Carbonmast schneidet durchs Wasser. Hofmann beschleunigt sein Elektro-Hydrofoil in Richtung Horizont des offenen Sees. Kein anderes Wasserfahrzeug ist weit und breit zu sehen. Die Freiheit des Foilens ist in diesem Moment zum Greifen nah.

e-tron e-foil Konzept

e-tron e-foil

Der magische Flügel: Am unteren Ende des 100 Zentimeter langen Foil-Mastes sitzen der Flügel und das Leitwerk, durch deren Auftrieb sich das Board aus dem Wasser hebt. Alle drei Komponenten werden für enorme Steifigkeit bei geringem Gewicht aus Kohlefaser gefertigt. Der Jetantrieb ist aus Aluminium, da so die Komponenten durch die Wassertemperatur automatisch gekühlt werden.

 

Für den Antrieb des Audi e-foil reicht eine Batterieleistung zwischen 3 und 5 kW, abhängig vom Fahrergewicht. Die Akkulaufzeit wird eine Stunde betragen, damit lassen sich über 30 Kilometer Strecke bewältigen. Bei etwa 17 km/h hebt der Flügel das Hydrofoil aus dem Wasser. Es sind Geschwindigkeiten von bis zu 45 km/h möglich.

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