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Candela Seven Candela Seven © Kerstin Zillmer
Bootstest Candela Seven

Gib mir Flügel und ich schwebe

Die beachtliche Entwicklung des ersten elektrischen Foiling-Motorboots Candela.

von
Kerstin Zillmer
in
9 Minuten

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Gegen diese Technologie sehen andere Motorboote ziemlich alt aus: Die Candela Seven ist der erste Daycruiser, der fliegen kann. Am 21. November gab es dafür beim Best of Boats Award den Preis für das innovativste Boot 2019.

Gustav Hasselskog hatte es geschafft: Nach einem Maschinenbau-Studium in Stockholm und München leitete der Schwede ein Chemieunternehmen. Doch Hasselskog ist ein unruhiger Geist, ihm fehlte die „echte Herausforderung“. Eine weitere saftige Rechnung nach dem Betanken des Boots auf dem Weg zum Sommerhaus brachte die Erleuchtung: Er wollte Bootfahren energieeffizienter machen.

Hasselskog wollte etwas technologisch Neues entwickeln, etwas, dass die Welt voranbringt.

Candela Seven
Der Visionär Gustav Hasselskog © Candela

Und zwar ganzheitlich, vom Rumpf bis zum Antrieb: Ein energiesparendes Boot muss leicht sein und wenig Reibungswiderstand haben. Seit den 1960ern haben sich Rümpfe aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff durchgesetzt – die sind zwar meistens leichter als Holzrümpfe, benötigen aber weiterhin starke Verbrennungsmotoren. Um ein energieeffizientes Boot zu bauen, muss man also anderes, leichtes Material verwenden. Carbon zum Beispiel.

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Wasserwiderstand schluckt Energie

Bleibt noch der Reibungswiderstand. Um ein Boot von sieben, acht Metern Länge anzutreiben, wird etwa 15-mal so viel Benzin benötigt wie bei einem Auto. Grund ist der hohe Wasserwiderstand. Nur wenn der Bootsrumpf aus dem Wasser kommt, kann der Vortrieb reduziert werden.

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Der Rumpf hat beim Foilen keinen Reibungswiderstand mehr © Candela

Dieses Prinzip setzen Tragflügelboote um: Ab einer bestimmten Geschwindigkeit hebt sich der Rumpf aus dem Wasser, dann fährt das Boot nur noch auf den Tragflügeln, den Foils. Die haben natürlich einen dramatisch niedrigeren Wasserwiderstand und das führt zu signifikant geringerem Energieverbrauch.

Wird das mit einem elektrischen Antrieb kombiniert, ist die Wirtschaftlichkeit noch höher. Elektromotoren geben fast 90 Prozent der eingesetzten Energie weiter, während ein Verbrennungsmotor nur etwa 25 Prozent der thermischen in mechanische Energie umsetzt.

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Unter der Haube surrt der 55 KW-Elektromotor von Torqeedo © Kerstin Zillmer

Hasselskog gab sich ein Jahr Zeit

2014 war Gustav Hasselskog mit seiner Entwicklung so weit fortgeschritten, dass er eine Entscheidung traf: Er kündigte, verkaufte sein Sommerhaus und und gab sich ein Jahr Zeit. Zeit, um auf die Suche nach den richtigen Leuten zu gehen: solche mit Wissen, zum Beispiel zum Thema Hydrofoiling, und solche mit Geld, die seine Idee finanzieren würden.

Ein Glücksfall war für ihn das schwedische Online-Magazin Hamnen: Als es einen Artikel über die Pläne des Ingenieurs veröffentlichte, meldete sich ein privater Investor bei ihm. Der Mann war so begeistert von Hasselskogs Konzept, dass die Finanzierung des Projekts nun gesichert war. 2015 startete Gustav Hasselskog in die erste Projektphase.

Ohne neues Wissen geht es nicht

Unterstützung fand der Tüftler in ganz Europa: Er sprach mit Hunderten von Experten. Inzwischen ist das Know-How aus zwölf Ländern in sein Projekt eingeflossen. Zur Mannschaft gehören Fachleute aus den Bereichen Verbundwerkstoffe, Engineering, Steuerungselektronik in Kampfjets, Hydrodynamik beim America’s Cup, Lkw-Getriebe und Hydraulik, dynamische Modellierung und Drohnenkontrollsoftware.

Das geballte Wissen floss in die Entwicklung des ersten Prototypen ein, den Hasselskogs Team im August 2016 zu Wasser ließ. Sieben Monate später waren sie in der Experimentierphase so weit, dass die Pre-Candela abheben konnte.

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Die Foils arbeiten wie Flugzeugflügel © Kerstin Zillmer

Die Tragflügeltechnik im Wasser funktioniert ähnlich wie bei einem Flugzeug in der Luft: Das System besteht aus dem großen „Inverted π-Foil“ nahe am Schwerpunkt, das während der Fahrt unter Wasser bleibt, und einem kleineren T-Foil am Heck, direkt am Antrieb vor dem Propeller. In Wechselwirkung heben sie das Boot aus dem Wasser. Gesteuert werden beide Foils elektronisch.

Motorboote müssen kurvenstabil sein

Anders dagegen funktionieren die V-Foils, die man von den Quadrofoilern der schnellen Imocas kennt oder von Seabubbles. Auch SeaAir verwenden V-Foils. Bei diesem System ist die Kurvenstabilität ein Problem, und die autostabilisierten Foils können hohe Wellen nicht ausgleichen. Deshalb entschied sich das Candela-Team für T-Foils und die elektronische Lösung. Denn ein schnelles Motorboot muss besonders kurven- und wellenstabil sein.

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Im Querschnitt ist das Candela-Foil wie ein Flugzeugflügel gewölbt © Kerstin Zillmer

Die Tragfläche, also das tragende Foil, ist an zwei Holmen mit verstellbarem Anstellwinkel montiert. Ihre Anstellwinkel werden permanent elektronisch nachgeregelt, so dass die Flächen immer voll eingetaucht bleiben. Am Flügel, der im Querschnitt wie ein Flugzeugflügel gewölbt ist, entsteht an der Unterseite ein Überdruck, an der Oberseite ein Unterdruck.

Durch den Schub des Propellers bekommt die Candela auf diese Weise 13- bis 14-mal mehr Auftrieb als Widerstand. 100 kg Propellerkraft bringen den 1,3 Tonnen schweren Rumpf der Candela also ohne Weiteres ins Schweben. Bei einem Gleiter sind es nur 3-4 kg Auftrieb pro Kilogramm Widerstand, also 300-400 kg.

100-mal pro Sekunde

Die große Herausforderung ist die genaue und blitzschnelle Berechnung der Position der Foils (und damit des Bootsrumpfs), damit sie das Boot außerhalb des Wasser stabil halten und der Rumpf bei Kurven oder Wellen nicht einknickt.

Die Lösung ist ein hochmodernes Sensorensystem, das alle Wasserbewegungen berechnet und die Steuerung der Foils mit diesen Informationen versorgt.

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Sechs Sensoren-Paare berechnen permanent die Position des Foils © Kerstin Zillmer

Zwei Ultraschallsensoren messen am Bug die Höhe der Welle, akzelerometrische Sensoren die Beschleunigung, Gyrosensoren messen die Krängung, ein GPS die Geschwindigkeit, Hygrometer die Höhenunterschiede. Alle Daten werden mit einer selbstentwickelten Software ausgewertet. Mathematisch wird bestimmt, wo sich das Boot im Raum befindet, in welchem Winkel es das tut, mit welcher Beschleunigung und welcher Geschwindigkeit bei wie viel Welle.

Servicemanagement über die Cloud

Diese Datenflut wird 100-mal pro Sekunde neu berechnet. Auf diese Weise kann die Software permanent prognostizieren, wie sich das Boot im nächsten Moment unter den gegebenen Bedingungen verhalten wird, so wie man es aus der Raumfahrttechnik kennt.

Die Position der Tragflächen wird ebenfalls 100-mal pro Sekunde berechnet. Natürlich gab es keine fertige Software für diese Technik, sie musste erst geschrieben werden. Auch die Leiterplatten werden inhouse bei Candela gefertigt. Für das Servicemanagement ist das Boot mit einer Cloud verbunden, Datendownload ist ebenfalls möglich.

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Heckfoil mit Getriebe © Kerstin Zillmer
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Candela-Leiterplatten © Kerstin Zillmer

Die Mechanik macht den Unterschied

Doch es steckt noch weitere innovative Technik in der Candela: Wesentlich ist, wie die Daten an das jeweilige Foil weitergeleitet und das Foil dann gelenkt wird. Hasselskog hat mit seinen Experten eine mechanische Tragflächenverbindung entwickelt, die als Kupplung zwischen den Holmen und der Tragfläche arbeitet. Das war sehr kompliziert zu konstruieren, denn die Gelenke müssen sich permanent in alle Richtungen bewegen können.

Die nächste große Herausforderung war die Antriebseinheit. Für das optimale hydrodynamische Design musste das richtige Gewicht in Proportion zum Antrieb und zur Tragfläche berechnet werden. Das Getriebe sollte sehr klein sein, um den gesamten Antrieb leichter und effizienter zu machen. Das Team schaffte es, ein Getriebe zu entwickeln, das einen extrem kleinen Durchmesser von nur 83 mm hat, um den Widerstand so gering wie möglich zu halten.

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Der verlängerte Schaft mit dem selbstentwickelten Motorgehäuse © Candela

Da der Schaft, an dem das Heckfoil befestigt ist, länger sein muss als bei einem herkömmlichen elektrischen Außenborder, mussten Hasselskog und seine Crew auch das Motorgehäuse und den Schaft selbst entwickeln. Der Schaft mit dem montierten T-Tragflügel muss ebenso beweglich sein wie der vordere Tragflügel. Der richtige Steigungswinkel ist wesentlich dafür verantwortlich, dass das Boot sich aus dem Wasser hebt.

Eine Candela für alle

Hasselskogs Ziel ist es, eine sehr hohe Wellenstabilität zu erreichen. Vier bis fünf Meter hohe Wellen auf Foils zu durchfahren ist möglich und nicht allzu kompliziert, glaubt der Ingenieur. Sein indischer Mathematiker arbeitet bereits an lernenden Systemen, um die Wellenbewegungen vorausberechnen zu können. Zukünftige Technologien werden schnell bessere Lösungen bringen.

Das Wichtigste ist für Gustav Hasselskog, in Zukunft eine günstige Candela bauen zu können. Noch sind alle verwendeten Technologien sehr kostspielig und die Materialien ebenfalls ziemlich teuer. Um wirklich auf breiter Fläche Energie zu sparen, muss das Boot preiswerter werden, sonst ist es nur ein Spielzeug für reiche Leute, sagt der Erfinder. Es ist wie mit dem Elektroauto von Tesla, die „early adopters“ haben die Anschaffung heute für viele möglich gemacht. So wünscht es sich der Schwede auch für die Candela, deren Name sich übrigens von der physikalischen Einheit für Lichtstärke ableitet.

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Eine Candela sollen sich in Zukunft viele Menschen leisten können © Kerstin Zillmer

Über dem Wasser schweben

Aber wie fährt sich denn nun das erste foilende Motorboot? Wir fahren von der Werft auf Lidingö vor Stockholm zum nahen Hafen, wo die Candela am Steg liegt. Es ist ein später Herbsttag, grau sind das Wasser und der Himmel, nur am Ufer leuchten die Bäume.

Im Wasser sieht der Bowrider aus wie ein ganz normales kleines Motorboot. Gustav Hasselskog und Alexander, sein Mann fürs Marketing, steigen mit mir über. Es ist auffällig, wie stabil das 7,70 m lange Boot im Wasser liegt und sich auch nicht neigt, als wir zu dritt auf einer Seite stehen. Die Foils, die in 1,30 Meter Wassertiefe quer zum Rumpf liegen, stabilisieren das Boot.

Vorm Ablegen ziehen Alexander und ich den Stecker, starten das elektrische System von Torqeedo und legen leise ab. Auf dem großen Display sind deutlich alle wesentlichen Daten ablesbar: Verbrauch, Geschwindigkeit, Reichweite und der Neigungswinkel des Boots. Unter unseren Füßen liegt die große BMWi-3 Batterie im Gravitationszentrum, das Boot ist sozusagen drumherum gebaut. Der Bowrider hat zwei Sitzbänke im Bug, vier Sessel im Cockpit und eine Sitzbank im Heck.

  • Candela SevenViel Platz ist auf dem für sechs Personen ausgelegten Bowrider © Kerstin Zillmer
  • Candela SevenGroßes Display und übersichtlicher Steuerstand © Kerstin Zillmer
  • Candela SevenDie leichten Sitze sind bequem und gewichtssparend © Kerstin Zillmer
  • Candela SevenDer Platz für die BMWi3 Bstterie © Kerstin Zillmer
  • Candela SevenDas Deep Blue System von Torqeedo © Kerstin Zillmer
  • Candela SevenMit hochgestellten Foils leicht zu trailern © Kerstin Zillmer

Fahrgefühl: leicht und leise

Der Außenborder, ein Torqeedo Deep Blue mit 55 kW, befindet sich in einem speziellen Chassis, das ganz spezielle Eigenschaften aufweist. Der Schaft des Propellers ist nämlich gleichzeitig das Heckfoil, eine Flosse, die quer zum Propeller verläuft und das Boot achtern anhebt.

Alexander und ich legen ab, Gustav nimmt die zweite Candela für das Fotoshooting. Schon beim Manövrieren im Hafen zeigt sich eine hohe Stabilität im Fahrverhalten. Es fühlt sich fester, aber auch ein bisschen träger im Ruder an. Wir beschleunigen langsam außerhalb des Hafens, das Wasser ist glatt, wir haben kaum Wind in der Bucht. Ich übernehme das Ruder. Langsam beschleunige ich: Fünf Knoten, zehn Knoten, bei dreizehn Knoten – etwa 24 km/h – spüre ich einen leichten Ruck und das Boot hebt sich sanft aus dem Wasser: Wir foilen.

Unter uns liegt etwa ein halber Meter Luft zwischen Kiel und Wasseroberfläche. Das Fahrgefühl ist leicht und leise. Ich brauche ein bisschen, um mich an das völlig neue Gefühl zu schweben zu gewöhnen. Ich beschleunige auf 20, 25 Knoten und finde die beste Cruising-Geschwindigkeit bei 23 bis 25 Knoten. Das Boot läuft so stabil, dass ich das Steuer loslassen und wie mit einem Autopilot geradeaus fahren kann. Ich beschleunige weiter auf 30 Knoten – Topspeed. Das stabile Fahrgefühl bleibt gleich, nur das Fahrgeräusch wird lauter, weil Wasser unter den Rumpf spritzt.

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Das elektronische System kontrolliert auch die Kurvenfahrt © Kerstin Zillmer

Bis zu 80 km Reichweite

Ich fahre eine Kurve, das Boot reagiert etwas langsamer als ein Gleitrumpf. Ich ziehe den Kreis enger. Bei 12 Grad Neigung, die ich im Display ablese, bremst mich das elektronische System aus. Das ist gewollt. Denn würde der Winkel steiler, käme das Foil aus dem Wasser, Luft würde den Unterdruck unterbrechen und das Boot zur Seite kippen. Kurvenfahren ist anders bei einem Foilboot. Mit der Übung kommt die Sicherheit damit der Spaß. Es fühlt sich toll an zu schweben.

Etwas mutiger nehme ich die Welle eines vorbeifahrenden Bootes und spüre kaum Bewegung in der Candela. Das ist außergewöhnlich. Ich teste die Zuverlässigkeit des Foilens, indem ich das Gas wegnehme. Das Boot senkt sich sanft wieder ins Wasser und ich merke sofort den Widerstand, gebe wieder Gas, oder besser Schub. Die Candela hebt sich erneut aus dem Wasser. Das kostet natürlich Energie.

Wenn wir konsequent stromsparend fahren, schafft das Boot 50 nautische Meilen, also 80 Kilometer mit einer Batterieladung. Als konventionelles Boot würde die Candela nur etwa ein Viertel der Strecke bewältigen, und das bei weitem nicht so komfortabel. Doch mit den Foils schwebt man wunderbar leise und energieeffizient – zum Sommerhaus oder noch viel weiter.

Technische Daten Candela Seven

Rumpfmaterial: Carbon
Gewicht: 1.300 kg
Länge: 7,70 m
Breite: 2,40 m
Tiefgang: 0,50 m im Flachwassermodus, 0,40 m beim Foilen, 1,20 m ohne Foils
Passagiere: 6 Personen
Geschwindigkeit: 22 Knoten (Marschfahrt), Maximum 30 Knoten
Reichweite: 50 Seemeilen bei 22 Knoten, 8 Seemeilen bei 5 Knoten
Motor: Torqeedo Deep Blue 50 mit 55 kW
Batterie: Deep Blue BMW i3, 40 kWh
Ladung: Vollladung in 12 Stunden an 230V/16A
Preis: 245.000 Euro netto

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