Die Frankfurter Allgmeine Zeitung (FAZ) berichtet in ihrer Augabe vom 29.12.2020 in ihrer Rubrik “Technik und Motor” nicht nur über den neuen schnurlosen Hartbodenreiniger FC 7 von Kärcher sondern auch über die auf den Rennyachten der Vendée Globe verwendeten Hightech-Autopiloten unter der spaßigen Schlagzeile “Steuerfrei“. Ich bin erst am Wochenende dazu gekommen, sie zu lesen. Hier eine Zusammenfassung des in seiner Orginalfassung etwas mühsam zu lesenden Berichts:

Im Gegensatz zur Wind-Selbststeuerungsanlage, die alleine windgetrieben und vollständig unabhängig von der Hauptruderanlage arbeitet, bewegt ein herkömmlicher Autopilot die sonst vom Rudergänger über das Steuerrad bewegten Ruderblätter selbständig mit einem Elektromotor hin- und her. Auf normalen Fahrtenyachten orientiert sich der Autopilot alleine am eingegebenen Kompaskurs, den er mit dem tatsächlich gefahrenen Kurs abgleicht. Letzteren teilt ihm z.B. ein Fluxgate-Magnetometer mit. Weicht das Boot z.B. aufrund des sich verändernden Wellen- oder Winddrucks vom vorgegebenen Kompaskurs ab, korrigiert der Autopilot die Ruderblattstellung solange, bis der Kurs wieder stimmt.

Bei nervösen Rennbooten wie den Imoca, die ohnehin dazu neigen, bei schwierigen Windverhältnissen hin- und herzuzappel und die dazuhin teilweise über ihre hauchdünnen Gleitflügeln, den Foils, ihre Rümpe aus dem Wasser heben und ins Gleiten geraten, ist die Steueraufgabe um ein Vielfaches schwieriger. Die Stellung der Ruderblätter alleine am Kompaskurs zu orientieren, funktioniert nicht. Die Korrektur der Ruderblätter käme zu spät, das Rennboot würde hin- und herzappeln und niemals ins Gleiten kommen. Ein Computer berechnet auf Grundlage einer Vielzahl weiterer Daten den über den Elektromotor einzustellenden Winkel der beiden Ruderblätter.

Dem Bericht der FAZ zu entnehmen ist, dass dies über eine “Interferometirische Glasfaser-Gyro-Technologie (IFOG), kurz Faserkreisel” funktioniere. Der Faserkreisel enthalte keine beweglichen Teile und messe Bewegungen mit enormer Geschwindigkeit und Präzision. Die kleine Box wiege keine 3 Kilo. Hinzu kämen präzise Daten über die Windrichtung und -stärke. Für die Geschwindigkeit der Rennboliden sei der stets richtige Winkel der Segel zum Wind wichtiger als ein exakter Kompasskurs. Der Computer des Autopilots korrigiert die Messdaten um die durch von den Wellen provozierten, schnellen Schiffsbewegungen. “Der zentrale Bordrechner des französischen Spezialisten Madintec beispielsweise” gleiche “die Winddaten mit den Bewegungen des Bootes mit Beschleunigungs- Dreh- und Gierratensensorik in einem zentralen Rechner ab” und wandle die “Datenflut in Steuerbefehle für den Autopiloten” um.

Ein sogenannter Beast Mode halte das Boot bei geringstmöglichem Wasserkontakt im Gleitzustand mit Geschwindigkeiten bis über 30 Knoten. Für normale Fahrtensegler sind Geschwindigkeiten zwischen 5 und 7 Knoten normal. Der Beast-Modus orientiere sich an der Krängung der Rennyacht. Ein optimaler Gleitzustand erfordere einen möglichst aufrechten, konstanten Winkel der Tragfläche, auf der das Boot im Wasser gleitet. Das Steuerung ergebe sich in diesem Beast-Modus auch einem von den an der Vendee Globe teilnehmenden Teams jeweils selbst geschriebenen Algorythmus. Auch die Firma Madintec aus LaRochelle befasse sich mit diesem Thema.

Weitere Daten kämen aus Geschwindigkeitssensoren ganz unten im 4,5 Meter langen Kiel oder aus faseroptischen Sensoren in Bauteilen aus Verbundwerkstoffen. Bei zu großen Belastungen kann der Autopilot reagieren. Boris Hermann messe die Beanspruchung seiner Takelage mit “Ring PIns” die die Verformung der eingesetzen Bolzen messen.

Photo © Jean-Marie LIOT / Malizia mit freundlicher Genehmigung

Boris Herrmann mit seiner Sea Explorer.

Der Bericht der FAZ schließt mit einem Exkurs über faseroptische Belastungsmessungen in Faserverbundteilen als der zentralen Werkstoffkategorie, aus der Bootsrumpf, Mast oder eben auch Foils und Ruderblätter hergestellt sind. Damit beschäftige sich die Firma “Pixel sur Mer” im französischen Lorient seit Jahrzenten. Zur Messung der Belastung der jeweiligen Carbon-Laminate würde Laserlicht durch einlaminierte 250 Mikrometer dünne Glasfaserfäden geschickt. Diese Leitungen seien damit nicht viel dicker als ein Menschenhaar (100 Mikrometer). Messpunkte entlang der Gasfaserfäden würden anhand einer geänderten Lichtfrequenz Auskunft über die Verformung und damit Beanspruchung des Bauteils geben. Die französische Firma habe die Technologie des amerikanischen Herstellers Luna Innovations marinisiert, der seierseits fiberoptische Messungen von Deormationen, Temperaturschwankungen, Belscheunigung oder Gewicht z.B. für Staudämme oder Brücken, Windrädern oder Öl-Plattformen entwickle. 1956 habe Major R. N. Gatehouse uns sein englischer Kompagnon Ronald Brookes begonnen maritime Bordelektronik zu entwickeln, zunächst wohl einen Funkpeiler für Navigationszwecke. Heute biete Brookes & Gatehouse mit der H 5000-Serie eine prozessorgesteuerte Instrumenten- und Autopilotfamilie. Darauf sei für Wettbewerbsanwendungen das sogenannte “Expert System” aufgepropft worden. Es reagiere nicht alleine auf Windänderungen, es lerne auch dazu. Etwa wenn ein Boot nach Verlassen des Wassers im Flugmodmodus beschleunige und der Fahrtwind entsprechen zunimmt. Der daraus resultierende spitzere Windwinkel erfordere eine blitzschnelle Krusänderung, um das Boot in der Luft zu halten.

Einen Zusammenhang zwischen Luna Innovations mit seinen faseroptischen Sensoren und Brookes & Gatehouse offenischtlich als Hersteller von regattatauglichen Autopiloten erschließt sich dem FAZ-Bericht nicht. Möglicherweise hat der FAZ-Journallist Erdmann Braschos bei beiden Firmen zu seinem Thema recherchiert und wollte sie deshalb nicht unerwähnt lassen.

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