Technik - Oder wie funktioniert eigentlich ein Luftkissenboot

Darf es etwas Geschichte sein ?

Oft ließt man der Engländer Christopher Cockerell habe das Luftkissenboot erfunden. Doch als sich Cockerell in den 1950ern mit dem Prinzip beschäftigte und sich später sein Prinzip patentieren ließ war es im Grunde schon seit 35 Jahre bekannt. Im Jahre 1915 hatte bereits die Marine der K.u.K. Monarchie ein erstes Luftkissenboot bis zur Funktionsreife entwickelt. Die Versuche wurden jedoch 1917 eingestellt und so waren es die Sowjets in den 30ern die das Prinzip wieder aufgriffen. Aufgrund der noch offenen Bauweise ohne Schürze erzielten sie jedoch dabei keinen Durchbruch und die Boote gingen im Zweiten Weltkrieg verloren. Der Durchbruch in kommerzieller Sicht verdankt das von ihm patentierte Prinzip jedoch dem Engländer, der ihm den Namen Hover Craft gab.
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Funktionsprinzip

Warum kann ein Luftkissenboote eigentlich über Land fahren ? Es fährt ja nicht, es gleitet auf einem Luftkissen ist der erste Teil der Antwort. Doch wie kommt es dazu ?
Der Rotor drückt bei Singelcrafts einen Teil der Luft über einen Luftmengenteiler nach unten in den Zwischenraum zwischen oberer und unterer Bootsschale. Hierdurch entsteht ein Überdruck (blau dargestellt) im Bootszwischenraum und Luft tritt durch Löcher im Rumpf in die Schürzen (grau dargestellt) aus. Die Schürzen halten die Luft unter dem Boot und durch den dadurch herrschenden Überdruck hebt sich das Boot vom Boden ab und es entsteht das Luftkissen.
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Segmentschürze

Die Schürzen der Boote bestehen aus möglichst abriebfestem Kunststoffgewebe das zu Segmenten oder Fingern vernäht wird. Je nach Aufbau des Bootes besteht eine solche Schürze aus 50-70 Segmenten und in der Summe schnell aus mehr als 25 m2 Stoff. Bei Preisen um 10 € pro m2 ein nicht zu vernachlässigender Kostenfaktor, da Verschleiß, der Kontakt mit Gegnern oder mit Begrenzungen immer wieder zum Verlust oder zur Beschädigung der Schürzen führt.

Der Verlust einzelner Segmentes kann bei diesem Schürzentyp verkraftet werden, da die benachbarten Schürzen den Zwischenraum weitgehend schließen.

Auswirkung zweier unterschiedlicher Schürzendesignes

Vollschürze

Die Vollschürze besteht zumeist aus dickerem Material wie z.B. Planenstoff, da eine geringere Menge Material benötigt wird. Die Vollschürze bietet in der Regel ein stabileres Luftkissen. Während bei der Segmentschürze Beschädigungen teils verkraftet werden können ist eine beschädigte oder abgerissene Vollschürze ein Grund für die Aufgabe des Rennens. Im Augenblick werden Vollschürzen fast ausschließlich bei den in Frankreich gebauten Sirius Crafts und einigen englischen Booten eingesetzt. Gelegentlich kommen sie auch bei Freizeithovercrafts zum Einsatz. 


Antriebsmotor - Schubmotor

Bei den Antriebsmotoren kommen heute zumeist noch 2 Takt-Motoren aus dem Bereich der Ultraleicht Flugzeuge oder der Schneemobile zum Einsatz. Die Motorleistungen bewegen sich zwischen ~ 20 PS bei der Formel 25 bis hin zu Werten über 200 PS bei der Formel 1.

Für 4 Takt-Motoren gelten Umrechnungsfaktoren um sie den Formeln zuzuordnen. Diese machen den Einsatz der Motoren im Augenblick insb. in der Formel 2 attraktiv.


Hubmotor - Lift

Als Liftmotoren kommen je nach Rennklassen verschiedenste Typen zum Einsatz, wie hier im Bild bei einem Formel 2 Boot, können es modifizierte Motoren von Kettensägen sein. Bei der Formel 1 kommen 2 Zylinder Boxermotoren mit mehr als 50 PS Leistung zum Einsatz.


Zum Vergleich: Ein Formel 50 Boot wird mit einem Rotax 503 Motor mit 54 PS Leistung angetrieben.


Luftmengenteiler

Der Luftmengenteiler sorgt bei Singlecrafts dafür, dass ein Teil der Luft in den Zwischenraum zwischen den Schalen geleitet wird. Im Bild ist die schwarze Öffnung zum Zwischenraum gut zu erkennen. Die Abteilung kann bis zu einem Drittel betragen. Für den Rennbetrieb wird sie möglichst klein gehalten um den Vortrieb zu verbessern.
Einige Boote sind zudem mit variablen Luftmengenteilern ausgestattet. Diese können entweder vor dem Rennen auf die Gegebenheiten am Rennplatz eingestellt werden oder sie können über einen Hebel im Rennbetrieb den Erfordernissen angepasst werden.


Steuerung

Die Steuerung erfolgt zum einen durch Ruderblätter im Luftstrom, zum anderen durch Gewichtsverlagerung. Die Steuerwirkung durch Gewichtsverlagerung ist ein nicht zu unterschätzender Faktor, den jeder zu spüren bekommt der einmal einen Passagier mit nimmt. Durch das zusätzliche Gewicht macht das Boot schnell nicht mehr das, was man von ihm erwartet. 

Es gab schon Fahrer, die im Rennen ihre Ruderblätter bei einem Unfall eingebüsst haben und trotzdem ins Ziel kamen. - Nur dass sie dazu in ihrem Boot herum turnen mussten wie ein Bodenturner.


Der Stator

Der Stator, bestehend aus den Statorblätter und dem Spinner, sorgt dafür, dass die durch den Propeller in Drehbewegung versetzte Luft wieder in geordneten Bahnen den Duct verlässt. 
Hierzu wird in der Regel eine, von der Anzahl der Flügel abweichende, Zahl an Statorblättern eingesetzt, deren Krümmung gegenläufig zu der der Propellerblätter ist. Hier am Beispiel eines französischen Bootes ist die Krümmung der Blätter gut zu erkennen.


Riemenantrieb

Bei der Mehrzahl der Boote werden für die Untersetzung des Propellers Riemen verwendet. Hierdurch ist das Untersetzungsverhältnis leicht zu verändern. Zudem liegt durch die Länge des Riemens der Motor tief im Boot und somit auch der Schwerpunkt. Von Nachteil ist die notwendige Präzision um ein Ablaufen des Riemens von den Riemenscheiben zu verhindern. So kommt es immer wieder vor, das bei Rennunfällen Teile verbogen werden und dadurch der Riemen abläuft, was meist mit dem Verlust der Propellerblätter einher geht.

Bei der 364 des Hovercraft Racing Team Bergstrasse kommt ein solcher Riemenantrieb mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 zum Einsatz.


Getriebe

Getriebe haben gegenüber dem Riemenantrieb das Problem des höher liegenden Schwerpunkten, sind jedoch wesentlich robuster und fehlertoleranter. Im Rennbetrieb kommen zusammen mit Rotax Motoren auch die Getriebe aus dem Hause Rotax zum Einsatz. Bei Motoren bis zu 75 PS sind es B-Getriebe, darüber kommen C-Getriebe zum Einsatz. Insbesondere in der Formel 50 sind diverse Motoren mit denen in Ultraleichtflugzeugen eingesetzten Getrieben ausgestattet.

Im Hovercraft Racing Team Bergstrasse sind sowohl die 362 als auch  die 363 mit Rotax B-Getrieben im Einsatz. Diese bieten uns Übersetzungen von 1:2 oder 1:2,58.


Lüfter

Laut Regelwerk der EHF (European Hovercraft Federation) dürfen im Rennbetrieb nur Blätter aus PAG eingesetzt werden. Diese haben die Eigenschaft sich bei einem Unfall in kleine Stücke zu zerlegen, so dass keine schweren Teile davon fliegen können. Zudem wird der Lüfter durch den Duct (Das schwarze Rohstück auf dem Bild oben, in dem sich der Lüfter befindet) sowie durch ein Gitter geschützt.

Ein Glückfall, dass der Einschlag der aufgesaugten Unterlegscheibe nicht das Blatt komplett zerstört hat, sondern stecken geblieben ist, so dass es nach dem Rennen getauscht werden konnte.

Warum Lüfter und nicht Propeller ?
Diese Trennung kommt aus dem Mutterland des Sports. "A Propeller has 4 or less blades, a fan 5 or more". Also setzen wir einen Fan ein, da wir 6 Blätter verwenden.


Bootsformen

Bei den Booten gibt es zahlreiche Formen, die sich in den vergangenen Jahren deutlich verändert haben.
Die Grundform eines abgeflachten Ovals oder fast eines Rechtecks blieben jedoch bis heute bei Typen wie den Cyclon Motos oder den Sirius erhalten.
Der Typ des Spitz zu laufenden Rumpfs gewinnt jedoch seit 2006 immer mehr an Bedeutung, nachdem Paul Hibbart mit einem solchen Boote Formel 1 Weltmeister wurde.
Auf dem Bild rechts, das von Vortex hergestellte Craft des Typs Predator von Paul Hibbart, deutlich erkennbar der schmal zulaufende Bug.

Bilder verschiedener Bootstypen


Wie groß ist so ein Boot eigentlich?

Hier ein Plan, der einmal die wichtigesten Abmessungen für eine Bootschale enthält, wie sie z.b. noch bei der WM 2010 zu Einsatz kam.

Für die Bastler unter den Lesern:
Der Plan ist nicht zum Selbstbau eines Bootes geeignet. Es fehlen alle Angaben zu Materialstärken, Schwimmkörpern, Befestigungspunkten für Motor, Lenkung, ... Er soll nur eine Eindruck von den Abmessungen vermitteln.

Schemazeichnung