So funktionieren eFoil-/Hydrofoil-Wings: Seitenverhältnis, Wölbung, Mechanik, Geschwindigkeit und Leistung

Ein eFoil-Wing (eFoil-Flügel) erzeugt Auftrieb auf dieselbe Weise wie die Tragfläche eines Flugzeugs. Der einzige wirkliche Unterschied in der Mechanik ist das Medium. Wasser ist etwa 800-mal dichter als Luft, was die benötigte Flügelgröße komplett verändert. Es wirken zwei Kräfte: Zug und Druck. Zusammen erzeugen sie Auftrieb bzw. Lift (nicht die Marke Lift, sondern die tatsächliche physikalische Kraft, auf die wir uns in diesem Artikel hauptsächlich beziehen werden).
 
Der Zug bzw. Auftrieb: Die geschwungene Oberseite des Flügels zwingt das Wasser dazu, dort schneller fließen zu müssen als an der Unterseite. Schneller fließendes Wasser bedeutet niedrigeren Druck. Dieser Druckabfall über dem Flügel zieht ihn im Vergleich zum höheren Druck darunter nach oben, da das Wasser versucht, den Druck auszugleichen.
 
Der Druck bzw. Abtrieb: Gleichzeitig leitet die gewölbte Unterseite des Flügels das Wasser nach unten ab, während er "hindurchschneidet". Nach dem Prinzip „Aktion gleich Reaktion“ drückt das Wasser, das nach unten abgelenkt wird, den Flügel nach oben. Beide Kräfte wirken im selben Moment auf den Flügel, keine von beiden kann das "Fliegen" alleine ermöglichen, nur im Zusammenspiel der Kräfte funktioniert dies.
 
Wichtig:
 
Warum Wasser die Physik verändert?
Weil Wasser so viel dichter als Luft ist, kann ein Hydrofoil-Flügel nur einen Bruchteil der Größe einer Flugzeug-Tragfläche haben und trotzdem einen Fahrer samt Board anheben. Das ist der Grund, warum ein kleinerer Hydrofoil, der an einem dünnen Mast montiert ist, mehrere hundert Kilo tragen kann. Luft drückt nicht vergleichbar stark, um das zu schaffen. Wasser tut es – und bei ansonsten gleichen Variablen kann ein Hydrofoil etwa 800-mal mehr Auftrieb erzeugen als das Profil einer Flugzeug-Tragfläche.
 
 
Die vier Variablen, die einen Hydrofoil-Flügel definieren:
 
 
1. Geschwindigkeit:
 
Der Auftrieb steigt nicht linear mit der Geschwindigkeit, sondern quadratisch. Verdoppelst du deine Geschwindigkeit, erhältst du den vierfachen Auftrieb, nicht den doppelten.
Deshalb hat jedes Foil eine Mindestgeschwindigkeit ab der es plötzlich "fliegen" will und darum kann sich die Fahrt direkt über dieser Schwelle sehr sensibel anfühlen. Kleine Tempowechsel bewirken enorme Veränderungen beim Auftrieb. Das ist auch der Grund, warum einige Performance-Flügel so geformt sind, dass sie ihren eigenen Auftrieb bei steigendem Tempo automatisch reduzieren. So muss der Fahrer im oberen Geschwindigkeitsbereich nicht ständig dagegen ankämpfen, dass die Nose (Bug) nach oben steigt.
Am extremen Ende dieser Kurve – bei den schnellsten Flügeln und Höchstgeschwindigkeiten (über 48 km/h) – kann der Druck auf der Flügeloberseite so stark abfallen, dass das Wasser selbst zu verdampfen beginnt. Das nennt man Kavitation und wenn sie auftritt bricht der Auftrieb komplett zusammen.
 
 
2. Gewicht:
 
Damit ein Board im Flug bleibt, muss der erzeugte Auftrieb des Flügels exakt dem Gesamtgewicht von Fahrer, Board und dem gesamtem Setup entsprechen. Es gibt nur drei Wege, mehr Auftrieb für mehr Gewicht zu bekommen: ein größerer Flügel, mehr Wölbung im Flügel oder mehr Geschwindigkeit. Schwerere Fahrer und Einsteiger setzen auf die ersten beiden Optionen, da sie noch nicht die Geschwindigkeit und Technik für die dritte haben. Sobald sich das ändert, tauschen die meisten Fahrer Flügelgröße gegen Geschwindigkeit und wählen kleinere Modelle.
 
 
3. Wölbung (Camber):
 
Camber ist die eingebaute Krümmung des Flügels. Sie verleiht dem Flügel seine geschwungene Form im Vergleich zu flacheren Profilen. Die Wölbung bestimmt, wie viel Auftrieb zur Verfügung steht, noch bevor Geschwindigkeit und Anstellwinkel ins Spiel kommen. Ein stark gewölbter Flügel erzeugt schon bei geringem Tempo Auftrieb und liegt stabil im Wasser. Mehr Wölbung bedeutet jedoch auch mehr Luftwiderstand (Drag) und führt dazu, dass die Nose ständig versucht, sich waagerecht auszurichten. Deshalb sind die am stärksten gewölbten Flügel nicht die schnellsten.
 
 
4. Streckung bzw. das Seitenverhältnis von Breite zu Tiefe (Aspect Ratio):
 
Die Streckung beschreibt die Proportionen des Flügels: das Quadrat der Spannweite geteilt durch die Flügelfläche. Sie entscheidet darüber was ein Fahrer bekommt sobald er fliegt. Kurze breite Flügel (Low Aspect) lassen sich eng drehen und bleiben bei geringem Tempo stabil – weshalb sie der klassische Einstieg sind. Lange schmale Flügel (High Aspect) brauchen anfangs mehr Geschwindigkeit zum Abheben. Einmal in der Luft, verlieren sie jedoch viel weniger Energie an den Flügelspitzen, sodass sie die Geschwindigkeit besser halten und länger gleiten.
 
Keine der beiden Formen gewinnt pauschal. Was die Geschwindigkeit in der Praxis bestimmt, ist das Zusammenspiel aus Streckung und Flügelfläche. Ein schmaler Flügel mit zu viel Fläche erzeugt immer noch Bremswirkung. Ein breiterer Flügel in der passenden Größe für den Fahrer kann besser gleiten als ein Flügel, der auf dem Papier schneller aussieht.
 
 
Warum „High Aspect“ nicht gleich „am schnellsten“ bedeutet?
 
Es gibt die weit verbreitete Annahme, dass ein längerer, schmalerer Flügel einfach der schnellste ist. Das stimmt nicht. Er ist der effizienteste Flügel. Das sind zwei verschiedene Dinge. Die Geschwindigkeit auf einem Foil hängt davon ab, zwei verschiedene Arten von Widerstand zu bekämpfen. Der induzierte Widerstand entsteht durch die Auftriebserzeugung selbst: Wasser strömt über die Flügelspitzen und bildet Wirbel die Energie kosten. Ein langer, schmaler Flügel reduziert dies indem er mehr Abstand zwischen die Spitzen bringt. Genau aus diesem Grund fühlen sich High-Aspect-Flügel bei Reisegeschwindigkeit und beim Pumpen so gut an. Sie verlieren nicht so viel Energie an ihren eigenen Flügelspitzen wie ein kürzerer Flügel.
 
Der parasitäre Widerstand ist anders. Er entsteht rein dadurch, dass sich die Oberfläche des Flügels durch das Wasser bewegt (Reibungswiderstand und Formwiderstand). Wie der Name schon sagt, steigt er mit zunehmender Geschwindigkeit steil an. Bei Höchstgeschwindigkeit spielt der induzierte Widerstand kaum noch eine Rolle und der parasitäre Widerstand übernimmt komplett. Ein Flügel mit viel benetzter Oberfläche (die Fläche, die direkt mit dem Wasser in Berührung kommt) stößt irgendwann an eine Wand – egal wie effizient seine Spannweite ist. Es bewegt sich dann einfach zu viel Flügel durch das Wasser.
 
Deshalb kann ein kleiner, dünner Flügel einen viel längeren High-Aspect-Flügel auf einer geraden Strecke im Sprint schlagen obwohl der High-Aspect-Flügel besser gleitet sobald man vom Gas geht. Was Fahrer oft als „schnelles“ Gefühl eines High-Aspect-Flügels beschreiben, ist meistens die Energieerhaltung, nicht die absolute Höchstgeschwindigkeit. Er bremst nicht sofort ab wenn man die Leistung wegnimmt sondern nimmt den Schwung länger mit und legt bei gleichem Aufwand mehr Strecke zurück. Das ist eine andere Eigenschaft als reine Geschwindigkeit und es lohnt sich, das zu unterscheiden.
 
Genau darauf basiert bspw. der neu gestaltete High-Aspect-Flügel Vario. Er ist nicht im Lift-Sortiment, um Rennen zu gewinnen. Er soll die Geschwindigkeit halten und gleiten sobald der Fahrer einmal in Fahrt ist. Deshalb braucht er auch mehr Tempo, um überhaupt abzuheben. Ein kleinerer Flügel aus dem unteren Segment, wie einee der kleineren Havoc-Größen beschleunigt schneller und erreicht auf der Geraden eine höhere Endgeschwindigkeit. Er hält dieses Tempo nur nicht so gut wie der Vario sobald der Vortrieb nachlässt.
 
 
Front- und Backwing gehören zusammen:
 
Nichts von all dem passiert an einem Flügel allein. Ein zweiter kleinerer Flügel am Heck (Stabilisator) kontrolliert das "Nicken" (Pitch) und verhindert, dass die Nose bei Tempowechseln unkontrolliert nach oben oder unten ausbricht. Stimmt diese Kombination nicht mit dem Gewicht und dem Stil des Fahrers überein wird die Fahrt unruhig – egal wie gut jeder einzelne Flügel für sich genommen ist.
 
 
Wie sich das im Sortiment zeigt?

 

Backwings: Die andere Hälfte des Systems 

Die Frontflügel bekommen zwar die meiste Aufmerksamkeit, aber der Backwing (Stabilisator) ist ebenso wichtig. Er kontrolliert das Nicken (Pitch) und verhindert, dass die Nose bei Tempowechseln nach oben oder unten ausbricht. Zudem sorgt die Flügellänge (Fuselage) für die nötige Hebelwirkung. Verkürzt man sie, verkürzt sich auch der Hebelarm, sodass das Board fast augenblicklich auf Gewichtsverlagerungen reagiert. Verlängert man sie, sorgt dies für mehr Ruhe und tauscht diessofortige Reaktion gegen Stabilität bei hoher Geschwindigkeit.

 

Häufig gestellte Fragen (FAQs):

Fazit

Jeder Hydrofoil-Flügel ist ein Kompromiss. Mehr Auftrieb bedeutet meistens mehr Widerstand. Mehr Gleitfähigkeit erfordert oft mehr Geschwindigkeit. Ein Flügel, der sich für den einen Fahrer perfekt anfühlt, kann für einen anderen komplett falsch sein. Sobald man versteht, welche Rolle Flügelfläche, Wölbung (Camber), Streckung (Aspect Ratio) und Geschwindigkeit jeweils spielen, geht es bei der Wahl der Ausrüstung viel weniger um das Jagen nach reinen Zahlen, sondern viel mehr darum, das Setup an das gewünschte Fahrgefühl anzupassen. Genau aus diesem Grund ist das Sortiment von Lift Foils nicht um den einen „besten“ Flügel herum aufgebaut. Verschiedene Flügel sind dafür da, verschiedene Anforderungen zu erfüllen.