Wie der Entwurf eines Flugzeugs
Seitdem erstmals in der 150-jährigen Geschichte des America’s Cup eine europäische Yacht die Formel 1 auf dem Wasser gewonnen hat, ist die Hightech-Welle im Wassersport nicht mehr aufzuhalten. Auch Hobbysegler werden von dieser Entwicklung profitieren.
Mit dem obligatorischen Notebook und dem Flachbildschirm könnte Torsten Conradis Arbeitsplatz der eines Steuerberaters sein. Doch die vielen Yachtbilder an der Wand, vor allem aber das gut zwei Meter lange gelbe Schiffsmodell neben seinem schwarzen Schreibtisch, lassen keinen Zweifel daran aufkommen was hier entsteht – Segelyachten, und zwar die schnellsten der Welt. Gebaut werden die Yachten in einer Hand voll Werften in Europa.
Gemeinsam mit seinen Partnern Friedrich („Fietje“) Judel und Rolf Vrolijk gehört der 47-jährige Conradi zu den Teilhabern des Designbüros Judel, Vrolijk & Co. In den letzten Jahren hat sich der kleine Hightech-Laden aus Bremerhaven in die Spitze internationaler Rennboot-Entwickler vorgearbeitet.
Und nach dem Sieg der von Vrolijk entworfenen Alinghi beim diesjährigen America“s Cup sind die drei ganz oben.
Das letzte an Leistung aus den Booten herauszukitzeln ist ein Knochenjob. „Ein Segelboot zu bauen, kann konstruktiv durchaus anspruchsvoller sein als der Entwurf eines Flugzeuges“, sagt Conradi. Und der sportliche Kampf gegen die Elemente wird zunehmend mit Hochtechnologie gewonnen.
Segeln – seit Jahrtausenden ist das Prinzip der Fortbewegung auf dem Wasser bekannt: Ein Rumpf, der durch sein Volumen mehr Wasser verdrängt als er selbst wiegt ein Stück Stoff, das den Wind einfängt. Und trotzdem suchen Schiffbau-Ingenieure stets aufs Neue nach dem hydro- und aerodynamischen Optimum, wenn alle drei Jahre der America’s Cup ausgesegelt wird, die Formel-1 des Wassersports.
„Länge läuft“ war Jahrzehnte lang die Designer-Devise, die insbesondere in den Gründerjahren des Rennens um die begehrte Silberkanne zu 40 m langen und noch längeren Booten mit gewaltigen Masten und ebenso gewaltigen Segeln führte.
Doch inzwischen beschränkt ein striktes Reglement Länge, Breite, Segelquadratmeter und sogar die Faserstruktur des im Rennyachtenbau unumgänglichen Kohlefaserverbundwerkstoffs. „Die Möglichkeiten des klassischen Designs sind ausgeschöpft“, stellt Fietje Judel fest.
Heute gewinnt der, der aus den Rahmenbedingungen das meiste herauskitzelt. „Wir beschäftigen uns zunehmend mit der Grenzwertberechnung“, sagt Conradi. Was auf den kurzen schnellen Strecken zwischen zwei Bojen zählt, sind die inneren Werte der Boote. Der Rumpf, der Mast und die Segel dürfen praktisch nichts wiegen. Entscheidend für die Geschwindigkeit ist die Fläche des Rumpfes, die im Wasser ist. Je aufrechter ein Boot fährt, umso schneller ist es in der Regel.Und wie schnell sich ein Boot aufrichtet, hängt wiederum von der schweren Bleibombe tief unten am Kiel ab.
Zu den technischen kommen die strategischen Entscheidungen. Baut man eine schnelle Yacht, oder eine, die höher am Wind segeln kann, also weniger kreuzen muss, wenn der Wind fast von vorn kommt? „Auf einer Distanz von zehn Seemeilen lassen sich durch eine optimale Form vielleicht zehn oder 20 Sekunden Vorsprung herausfahren“, meint Conradi. In der Stunde, die die Yacht für diese Distanz braucht, kann jedoch viel passieren. Eine plötzliche Winddrehung, die einen Kurswechsel erzwingt, reicht. Und schon schwindet der Tempogewinn.
Bei der Alinghi setzten die Bootsbauer deshalb auf eine Yacht, die hart am Wind segeln kann – kein Wunder, dass in Conradis Büro die Sektkorken knallten, als Anfang März die von seinem Partner Vrolijk entwickelte schweizerische Yacht Alinghi den America’s Cup erstmals in seiner Geschichte nach Europa holte.
Die technischen Grenzen sind eng gezogen, die Boote zu 100 % auf ihre Aufgabe zugeschnitten. Die auf den Millimeter berechnete Gesamtkonstruktion ist gut für Regattaverhältnisse, für den normalen Wochenendausflug über die Nordsee nach Helgoland reicht sie nur bei idealen Bedingungen. „Ab Windstärke fünf“, schätzt Conradi, „ist Schluss.“
Denn das dünne und leichte Material muss enorme Kräfte aushalten: Allein der Mastfuß – eine Auflagefläche von der Größe eines DIN A5-Bogens – muss Kräfte bis zu 50 t aufnehmen. Entsprechend beschreiben die Konstruktionspläne nicht nur die Form des Bootes, sondern bis ins Detail, wo welche Kohlefasermatte in welcher Stärke und Faserrichtung einlaminiert werden muss.
Immer mehr, schätzt Conradi, werden sowohl Design als auch das Material der Rennziegen – Kohlefaserverbundstoffe mit einem Honigwaben ähnlichen Kern – auch den Breitensport auf dem Wasser revolutionieren. Entwicklung und Bau einer solchen Yacht kosten an die 50 Mio. ‰. Dabei fließt auch viel Geld in die Entwicklung neuer technischer Verfahren und den Erwerb von Know-how: „Wir haben nicht zuletzt durch die Entwicklungsarbeit endlich die passenden Werkzeuge bekommen“, sagt Conradi.
CFD – Computerized Fluid Dynamics – heißt eines der Zauberworte. Komplexe Computerprogramme suchen die optimalen Strömungsformen. Auf dem Bildschirm erscheint die Rumpfform als dreidimensionales Gitternetz. Verändert Conradi einen der Netzpunkte, zeichnet der Rechner den gesamten Rumpf neu und simuliert anschließend den veränderten Wasserablauf und dessen bremsende Wirkung auf die Bootsgeschwindigkeit.
„Schiffbau ist die anspruchsvollste strömungstechnische Herausforderung, die es gibt“, sagt Conradi schlicht. Denn neben der Hydrodynamik müssen die Konstrukteure auch die Aerodynamik berücksichtigen. Und natürlich das Zusammenspiel von Wind und Wasser – was kaum zu berechnen ist.
Deswegen würde sich kein Yachtdesigner allein auf den Computer verlassen, so Fietje Judel: „Ohne Erfahrung und Intuition läuft nichts.“ Deshalb geht es immer in die Schlepptanks. Dort wird ein maßstabgerechtes Schiffsmodell durchs Wasser gezogen. „Wir brauchen das einfach, um unsere Rechenergebnisse zu eichen“, so Judel.
Das gelbe Schiffsmodell neben Conradis Schreibtisch hat diese Schlepptankversuche schon hinter sich. Ob Berechnung, Intuition und Tradition zum richtigen Ergebnis geführt haben, wird der spanische König persönlich beurteilen: Nach den Vorgaben aus Bremerhaven entsteht in Spanien zur Zeit eine Rennyacht, mit der Juan Carlos auf den Regattabahnen des Mittelmeeres siegen will.
Aber auch die Eigner bescheidenerer Serienyachten werden vom Aufwand für die Superyachten profitieren. Zwar haben die einst Regattaschiffen vorbehaltenen Karbonmasten und Kevlarsegel auch Einzug in den Breitensport gehalten, aber die wahren Veränderungen, die mit der Hightech-Welle in die Arbeit der Werften schwappen, sind für den Freizeitsegler kaum zu erkennen. So optimierten Judel, Vrolijk & Co serienweise die Laminatstrukturen von Schiffen, die in Werften gefertigt werden, mit denen die Bremerhavener Rennyachten-Schmiede zusammenarbeitet. Die Werften müssen so erheblich weniger Material aufwenden, können aber trotzdem Rümpfe von gleicher Qualität wie früher herstellen.
Auch das für die Regattaszene entwickelte Verfahren, die einzelnen Gewebelagen eines Rumpfes unter Vakuum im Autoklaven miteinander zu verkleben, hält im Serienbau Einzug.
Das ist nicht alles. „Insbesondere beim Material stehen wir noch ganz am Anfang“, so Conradi. Bislang werden die meisten Freizeitboote aus glasfaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt – ob die teuren Carboncompositwerkstoffe oder andere Leichtbaumaterialien sich durchsetzen, da ist Conradi sich noch nicht so sicher.
Immerhin werden inzwischen bereits immer mehr Masten aus Kohlefasern hergestellt. Leichtbaumaterialien gehören auch bei den bislang aus Edelstahl hergestellten Beschlägen, wie Festmacher-Klampen, Winschen oder Stage und Wanten (Drähte, die den Mast halten) die Zukunft.
Die Herausforderung der Zukunft, so Conradi, wird es sein, eigentlich Unvereinbares in Einklang zu bringen: hohe Geschwindigkeit, d.h. leichte Boote, und Komfort, was Gewicht bringt. „Die wollen einfach alles“, stöhnt Conradi über die wachsenden Ansprüche der Freizeitsegler. WOLFGANG HEUMER
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