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antriebstechnik 11/2016

antriebstechnik 11/2016

ELEKTROMOTOREN Hybrid

ELEKTROMOTOREN Hybrid auf hoher See Effiziente Elektromotoren in Schiffen erobern die Gewässer Johannes Oswald, Martin Eckert Keine zehn Jahre ist es her, als der japanische Autobauer Toyota mit seinem Prius die hybride Antriebstechnik markttauglich und somit allgemein bekannt gemacht hat. Seitdem ist klar: Hybrid ist im mobilen Bereich sinnvoll und möglich. Der Trend der Hybridtechnik setzt sich fort und ist inzwischen auch bei Schiffsantrieben ein großes Thema. Lesen Sie mehr. Dipl.-Ing. Johannes Oswald ist Geschäftsführer bei der Oswald Elektromotoren GmbH in Miltenberg Dipl.-Ing. Martin Eckert ist Projektleiter Motorenentwicklung bei der Oswald Elektromotoren GmbH in Miltenberg Wie eingangs bereits erwähnt sind die Japaner bei der Entwicklung von Hybridfahrzeugen den Europäern immer noch weit voraus. Nachdem sie es erfolgreich vorgemacht haben, springen nun auch hierzulande viele Hersteller auf den fahrenden Zug auf. Doch der Einsatz der Hybridtechnik birgt auch Nachteile: Im schlechtesten Fall muss die Antriebsleistung dreimal installiert werden, nämlich im Verbrenner, dem E-Generator und schließlich dem E-Motor. Dieser Aufbau wird als serieller Hybrid bezeichnet. Aber auch dieser bietet einen entscheidenden Vorteil: Hybridantriebe zeichnen sich durch niedrigste Verbräuche bei gleichzeitig geringen Emissionen aus. Das funktioniert, indem man dem Verbrenner variable Drehzahlbereiche mit teilweise schlechter Effizienz verbietet und ihn ausschließlich in seinem besten Wirkungsgradbereich bei ca. 40 % oder darüber betreibt. Die variablen Drehzahlbereiche fährt der vom Umrichter betriebene E-Motor mit 90 bis 98 % Wirkungsgrad ab. Hybride Schiffsantriebe Seit wenigen Jahren ist die Hybridtechnik auch bei Schiffsantrieben angesagt. E-Motorenbauer Johannes Oswald: „Es hat sich eine spürbare Aufbruchsstimmung breit gemacht. Schlepper, Binnenschiffe, Forschungsschiffe, Fischkutter, Fähren – 01 Elektrischer Schiffsantrieb mit 220 kW Nennleistung neue Antriebskombinationen mit immer mehr elektrischen Anteilen erobern den Markt.“ Als neue Schiffsantriebe sind dabei kompakte Elektromotoren in unterschiedlichster Drehmomenten/Drehzahlkonfiguration in verschiedenen Kombinationen mit Verbrennern gefragt. Oswald Elektromotoren aus dem nordbayerischen Miltenberg ist einer der Motorspezialisten, der sich diesem Segment verschrieben hat und applikationsspezifische Lösungen bis in den Megawattbereich bietet. E-Motoren, die sowohl für parallele wie serielle Hybride in weiten Drehzahlbereichen optimal einsetzbar sind. Mit geeigneten dieselelektrischen Antriebskonzepten sinken die absoluten Brennstoffverbräuche im Bereich von 20 bis 70 %, abhängig davon, inwieweit das Schiff oder allgemein das Fahrzeug auf den Antrieb abgestimmt wird. Parallel reduzieren sich die Emissionen massiv, was speziell in Hafenbereichen oder Naturschutzgebieten gefragt ist. Einige neue Schiffsausrüster haben sich in kürzester Zeit einen Namen mit dieser revolutionären Antriebstechnik gemacht. 100 antriebstechnik 11/2016

02 Muscheldiagramm eines Elektromotors der ‚Vision of the Fjords‘ Hybrid-Fähre im Einsatz Eine besondere hybride Mischung treibt seit September 2016 die 400-Personen-fassende Fähre „Vision of the Fjords“ an. Als Katamaran ist sie mit zwei redundanten Antriebssträngen ausgerüstet. Neben zwei Diesel- und zwei Elektromotoren hat die Fähre eine Batterie mit 500 kWh Energie an Bord. E-Motoren, Batterien und Verbrenner bilden gemeinsam einen Hybridantrieb in PTI/ PTO-Aufbau. Bei voller Fahrt arbeiten die beiden Dieselmotoren mit je 750 kW Nennleistung, wovon etwa 530 kW für Vortrieb sorgen, während je 220 kW generatorisch mithilfe der E-Motoren abgezweigt werden. Mit der entnommenen Energie wird das Bordnetz gespeist und die Batterien für das elektrische Fahren nachgeladen. In diesem Power-Take-Off-Betrieb (PTO) müssen die zwischen Dieselmotor und Propeller angeordneten E-Motoren zudem das volle Antriebsmoment übertragen und deshalb mit entsprechend starker Welle ausgestattet sein. Nach Umschalten in den PTI-Modus (Power-Take-In) können dann die Dieselmotoren abgekuppelt werden. Die E-Motoren allein sorgen für Vortrieb mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit. Alle Komponenten sind aufeinander abgestimmt, stets optimale Betriebspunkte des Antriebssystems sind garantiert. Das Wirkungsgradkennfeld der E-Motoren zeigt zudem den unteren Bereich der Momentenkennlinie des Propellers. Diese Art von Hybridantrieb ermöglicht der „Vision of the Fjords“ wesentliche Fahranteile mit bis zu 10 Knoten rein elektrisch zu fahren. Rein elektrisch, das bedeutet vibrationsfrei, emissionsfrei und nahezu geräuschlos. Die „Vision of the Fjords“ kommt im Weltnaturerbe, einem der schönsten Fjorde Norwegens dem Nærøfjord, zum Einsatz. Sie setzt Maßstäbe in Design und Antriebstechnik. Folgerichtig wurde sie auf der Hamburger Schiffsmesse in diesem September mit ihrem innovativen Antriebskonzept der Firma Mancraft AS zum „Ship of the Year“ gekürt. Niederländische und skandinavische, vor allem norwegische Schiffsbauer wie die Werft Brødrene Aa, die für Design und Bau der „Vision of the Fjords“ verantwortlich ist, treiben im Schiffsbau die technische Entwicklung voran. Oswald: „Die elektrische Antriebstechnik wird immer mehr mobile Bereiche erfassen und die Verbrennungstechnik weiter verdrängen. Energieeinsparung und Emissionsreduzierung sind die zentralen Aufgaben unserer Generation.“ Und er verrät, dass auch hybride Verkehrsflugzeuge kein Tabuthema mehr sind. Hybrid oder auch rein elektrisch: Wir dürfen in den nächsten Jahren auf faszinierende Innovationen in der Antriebstechnik gespannt sein. www.oswald.de Motion Control Drives einfach präzise. Überlegene Antriebslösungen mit höchster Präzision, hohem Wirkungsgrad, schnellen Lieferzeiten. Ihr Wettbewerbsvorteil: Antriebstechnik von Sumitomo Drive Technologies. Halle 3 Stand 251 Telefon +49 8136 66-0 marktind@sce-cyclo.com www.sumitomodrive.com

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