Reine Antriebssache - Elekto und Hybrid: die aktuellen Entwicklungen

Segeln, Paddeln und Rudern: Wind- und Muskelkraft wird seit jeher zum Vortrieb für Boote genutzt. Das war schon in der Antike eine Art von Hybridantrieb. Erst spät kamen als Antriebsquellen Diesel- und Benzinmotoren hinzu. Elektromotoren, ob nun mit der Energie  aus Steckdosen oder Solarzellen angetrieben, Hybridantriebe und  Brennstoffzellen zählen heute zur grünen Technologie der Zukunft.  Noch können sie nicht an die Reichweiten von Booten mit Benzin- und Dieselmotoren herankommen, doch immerhin kann man mit einem Elektroboot schon bis zu 60 km/h  schnell unterwegs sein. Hans Wischer hat sich umgehört.

Boote mit Elektromotoren haben auf süddeutschen und österreichischen Seen eine lange Tradition. Das mag daran liegen, dass dort Boote mit Verbrennungsmotoren im allgemeinen nicht oder nur außerhalb der Sommersaison zugelassen sind. Noch vor wenigen Jahren fristeten Elektromotoren ein Außenseiterdasein und wurden nur dort eungesetzt, wo man eben nicht mit einem Diesel- oder Benzinmotor fahren durfte. Mit dem technologischen Fortschritt hat sich das geändert. So langsam kommen Elektromotoren aus ihrem Nischendasein heraus, denn mittlerweile stehen starke Elektromotoren zur Verfügung, die einem 80 PS-Benzinaußenbordmotor ebenbürtig sind. Diesel-elektrische Antriebe, bei denen ein Generator direkt oder über Batterien die Elektromotoren mit Strom versorgt, kennt man in der Berufsschifffahrt schon lange. Ein solches System mit Pod-Antrieben, das derzeit auf einem Drettmann Explorer installiert wird, haben wir in der letzten Ausgabe der „Wassersport-Wirtschaft“ vorgestellt. Im Pkw-Bereich gewinnen Hybridmotoren zunehmend an Bedeutung, Kombinationen aus Diesel- und Elektromotoren, die wahlweise oder gemeinsam genutzt werden können.

Reine Elektromotoren

Reinrassige Elektroantriebe gibt es bereits seit vielen Jahren. Zu den etablierten Herstellern gehören beispielsweise Kräutler aus Österreich oder Minn Kota aus den USA, die Allroundmarin aus der Nähe von Wien auch für die rund 500 deutschen Händler importiert. Die eher im unteren Leistungssegment angesiedelten und leichtgewichtigen Minn Kotas erfreuen sich vor allem bei Anglern großer Beliebtheit. Seit kurzem gibt es sie auch für eine Bug-Montage mit per Fuß bedienbarer Fernbedienung und integriertem GPS-Empfänger, um damit eine dynamische Positionierung (statt Anker zu werfen) zu ermöglichen oder gute Ankergründe zum leichteren Wiederansteuern zu markieren. „Die Verkaufszahlen“, so Importeur Heinz Rigal, „entwickelten sich in den letzten Jahren stetig bergauf.“ Ähnliche Klein-Elektros hatte früher einmal Mercury als Thruster im Portfolio, hat sie jedoch mangels ausreichender Nachfrage wieder aus dem Programm genommen.

Oceanvolt aus Finnland fertigt Elektromotoren mit Saildrive-Antrieb, die für eine Festinstallation in Segelyachten und Katamaranen gedacht sind. Dabei kann der Elektromotor während des Segelns auch als Hydrogenerator dienen, indem bei der Fahrt durchs Wasser der Propeller mitdreht und dadurch die Lithium-Ionen-Batterien nachlädt. Oceanvolt-Elektros gibt es mit Eingangsleistungen zwischen 3,7 und 15 kW. Abhängig von der Anzahl der LiIon-Akkus – empfohlen werden zwei bis acht  – gibt der Hersteller eine maximale Fahrzeit von bis zu zehn Stunden in Verdrängerfahrt an. „Während in Skandinavien kaum Nachfrage nach unserem Motoren besteht“, so Oceanvolt-Chef Christian Hallberg, „sind unsere Hauptabsatzmärkte Frankreich, Deutschland, USA und Australien. Die Absatzzahlen haben sich in den letzten Jahren jeweils verdoppelt. Für 2014 erwarten wir einen Verkauf von 50 Komplettsystemen mit Motor, Batterien und Hydrogenerator.“

Torqeedo aus Gilching hat sich erst in den letzten Jahren im elektrischen Bootsmotorenmarkt etabliert. Das Portfolio im Außenborder-Bereich reicht vom Traveller mit 400 W bis zum Deep Blue mit 60 kW Eingangsleistung (vergleichbar den Vortriebsleistungen von Benzinmotoren bis 80 PS), darunter als letzte Neuheiten ein Deep Blue mit 40 PS und die Deep Blue Innenborder mit 40 sowie 80 PS. Als Energiespeicher wurden Lithium Batterien aus der Automobilindustrie für maritime Anwendungen weiterentwickelt. Neun Jahre Lebensdauer werden für sie versprochen. „Torqeedos Umsätze haben in den letzten Jahren jährlich um 20 Prozent zugenommen“, so COO/CTO Dr. Ralf Plieninger, einer der beiden Manager. Wesentlich Märkte sind Deutschland und die USA zu jeweils einem Drittel. Versicherer Pantaenius honoriert seit letztem Monat mit einem speziellen, gegenüber bisherigen Tarifen  günstigeren Gruppentarif das industrielle Niveau von Torqeedos Deep Blue-Antrieben, deren Sicherheitsmerkmale die Verwendung wasserdichter Komponenten, der Einsatz von Dämpfungssystemen sowie ein eigens entwickeltes Entlüftungssystem für die Lithium-Batterien sind. „Viele Schadensfälle an starken Elektroyachten sind in den letzten Jahren durch ungeeignete Komponenten oder mangelnde Abstimmung der einzelnen Komponenten im Antriebssystem entstanden. Deep Blue ist das erste System, das uns hinsichtlich der durchgängigen Nutzung geeigneter Komponenten und professioneller Abstimmung des Gesamtsystems überzeugt. Das gab uns den Anlass, für dieses System einen gesonderten Tarif anzubieten, der unsere Einschätzung reflektiert.“ erläutert Holger Flindt von Pantaenius den neuen Tarif.

Hybrid

Bei Hybridantrieben werden  herkömmliche Verbrennungsmotoren mit Elektromotoren kombiniert. Auf Gewässern „nur für Elektromotoren“ aber sind sie wegen ihres Verbrennungsmotoren-Anteils nicht zugelassen. Doch auf allen anderen Gewässern sind sie eine zukunftsträchtige Alternative zu den etablierten reinen Benzin- und Dieselmotoren. Bei einem seriellen Hybridantrieb hat der Elektromotor keinerlei mechanische Verbindung zur Antriebswelle. Meist treibt ein Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator an, der die Fahrenergie bereitstellt oder den Fahr-Akku lädt. Bei kurzzeitig höherem Leistungsbedarf können die Akkus zusätzlichen Strom liefern. Beim parallelen Hybridantrieb wirken der oder die Elektromotor(en) gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang. In mindestens einem Betriebszustand sind die Kräfte oder Drehmomente der einzelnen Antriebe gleichzeitig verfügbar. Mischhybride kombinieren den seriellen und den parallelen Hybridantrieb während der Fahrt entsprechend den Fahrzuständen. Je nach Betriebsart und Fahrzustand kann entweder der Verbrennungsmotor mit dem Generator nur die Batterien laden und den Elektromotor antreiben oder mechanisch mit den Antriebswellen gekoppelt sein.  Bei diesem kombinierten Hybridantrieb wird mit einer – teilweise auch automatisch betätigten –  Kupplung zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet.

Automatisch erfolgt das Umschalten beim parallelen HybridPlusMarine von Rensmann (Dortmund). Die Wechsel von Diesel- in Elektroantrieb und umgekehrt sind bei laufendem Betrieb in beide Richtungen möglich. Aus dem Elektrobetrieb kommt man ohne jede Umschaltung durch bloßes Starten des Dieselmotors in den Dieselbetrieb. Auch der Fahrhebel kann stehenbleiben, der Dieselmotor geht dann sofort in eine höhere Drehzahlüber. Im Dieselbetrieb gibt es zwei Möglichkeiten: Ist der Hybridantrieb zugeschaltet, läuft der Elektromotor im generatorischen Betrieb.  Wird der Diesel nun abgeschaltet, wechselt die E-Maschine automatisch in den motorischen Betrieb, und die Yacht wird elektrisch angetrieben. Das System bewährt sich seit zwei Jahren auf einer Moody 45 DS mit einem 15 kWh-AGM Batteriepack. Es koppelt einen 55 kW leistenden Yanmar Diesel mit einem im Hause Rensmann entwickelten 15 kW starken Elektromotor, der je nach Ladezustand der Batterien Generator oder Antriebseinheit sein kann. Die zentrale Steuereinheit Hybridcontrol mit intuitiv bedienbarem Bildschirm steuert und überwacht alle Funktionen. Der konventionelle Dieselantrieb steht unabhängig von HybridPlusMarine zur Verfügung. Und bei Ausfall des Dieselmotors bleibt der E-Motor voll funktionstüchtig. Der leistungsstarke Generatorbetrieb (7 kW) lädt die Batterien in 1,5  Stunden wieder auf. Für die 16 t schwere Moody 45 DS hat RWTH Aachen unter E-Motor als Höchstgeschwindigkeit 6,5 kn und als maximale Fahrzeit gemessen: fünf Stunden bei 3,5 kn, vier Stunden bei 4 kn und zwei Stunden bei 5 kn. Das wären geschwindigkeitsabhängig zwischen 10 bis 20 sm. „Beim Segeln wirkt der Propeller als Hydrogenerator, fünf Stunden decken den normalen Tagesbedarf der elektrischen Verbraucher an Bord“, nennt Fritz Rensmann einen weiteren Vorteil. Und: „Der Parallel-Hybridantrieb vereinigt in perfekter Art und Weise Komfort, Sicherheit und Sparsamkeit mit Ruhe und maximalem Schutz der marinen Umwelt. Es ist ein besonderes Erlebnis, mit dem hocheffizienten Elektromotor abzulegen und nahezu lautlos aus dem Hafen oder der Ankerbucht zu gleiten.“

Der Generatorenhersteller Fischer Panda (Paderborn) wählte den Weg der Parallel-Hybriden: Ein 10 kW starker Elektromotor sorgt für den Vortrieb des Bootes. Die Energie dafür stammt aus einer Batteriebank, die wiederum von einem Generator geladen wird. Die höheren Anschaffungskosten werden durch eine 25-prozentige Einsparung im Betrieb nach wenigen Jahren wettgemacht, meint das Unternehmen. Das System soll sich für bis zu 10 t schwere Einrumpfboote auf Binnengewässern eignen. Für Katamarane mit bis zu 8 t Verdrängung wird das System im Doppelpack empfohlen.

Ein italienischer Hybridantrieb war im September auf der Ausstellung in Cannes zu sehen. In einer 9 m langen Kite Alike der S.Giorgi di Colombi Werft steckte ein als Bimotor bezeichneter FPT-Dieselmotor mit 230 PS und auf der gleichen Antriebswelle drehend ein Transfluid Modul vom Typ HM 560 mit 20-kW-Elektromotor. Als ein wesentliches Bauteil bezeichnet Gianluigi Taroni von Tansfluid (Gallarate) die Kupplung zwischen beiden Motoren. Im Programm hat das Unternehmen Systeme für Dieselmotoren von 100 bis 2.000 PS in Kombination mit Elektromotoren von 8 bis 300  kW. Mit dem elsail hat KPM (Lahnstein) einen universell nachrüstbaren Hybridantrieb geschaffen. Der im Boot vorhandene Dieselantrieb wird durch eine elektrische Antriebseinheit ergänzt, deren Einbaulänge unter 30 cm liegt.

Nanni aus Frankreich engagiert sich ebenfalls seriell-hybrid, nannte uns dazu aber keine Details. Der russische Auftraggeber einer 52 m langen Admiral Technomar wünschte sich für seine derzeit im Bau befindliche Superyacht einen Hybridantrieb, den MAN (Nürnberg) mit vier jeweils 1.800 PS starken 12-Zylinder-Dieselmotoren und Auxilia (Italien) mit zwei 50 kW- Elektromotoren aktuell realisieren. Dabei wird MAN in erheblichem Maße seine langjährigen Erfahrungen aus Hybridantrieben für Busse und Lkw einbringen. Auf einem rund 18 m langen Gunboat-Segelkat erprobt Torqeedo (Gilching) derzeit einen seriellen Hybridantrieb mit einem 25-kW-Generator und zwei Deep Blue Elektromotoren. Als maximale Geschwindigkeit wurden in Elektrofahrt 8 kn erreicht.

Brennstoffzellen

Bereits vor viereinhalb Jahren präsentierte  Frauscher aus Österreich ein offenes Sportboot, dessen Fronius-Brennstoffzellen mit Wasserstoff gespeist wurden. Als Sekundärenergie kommt Wasserstoff in Wasser, Erdgas, Öl und anderen Trägern vor und ergibt sich als Nebenprodukt bei der Chlor-Elektrolyse. Unternehmen wie Air Products produzieren bereits seit längerem Wasserstoff, der beispielsweise bei städtischen Bussen in Berlin und Hamburg, einem Ausflugsschiff auf Hamburgs Alster, auf U-Booten der Deutschen Marine oder in in Hallen eingesetzten Gabelstaplern die Brennstoffzellen mit Energie versorgt. Für den Einsatz auf Booten hatten Bitter, Fronius und Frauscher Brennstoffzellen und Tank-Kartuschen entwickelt. Doch noch fehlt es an einem entsprechenden Vertriebs- und Tankstellennetz für Wasserstoff. Wohl auch, weil die Pkw-Industrie technologisch noch nicht auf Brennstoffzellen setzt. Deshalb hat Stefan Frauscher sein Brennstoffzellenprogramm vorerst ad acta gelegt.

Steckdose oder Solarzellen

Neben dem herkömmlichen Wiederaufladen von Batterien aus der Steckdose am Steg bietet sich als Alternative die photovoltaische Nutzung von Tageslicht und Sonnenschein durch Solarzellen an. Doch auf Booten ist der Platz begrenzt und reicht üblicherweise lediglich für Solarzellen, mit denen man die Verbraucherbatterien für das Licht an Bord, den Betrieb von Radios oder Fernsehempfängern nachladen kann. Sollen die Antriebsbatterien von Elektromotoren solar nachgeladen werden, dürfen die Boote nicht zu lange oder zu schnell unterwegs sein. Dazu die Messdaten einer Seaway Greenline 33: Mit 75 PS starkem VW Dieselmotor lag die Maximalgeschwindigkeit bei 13,8 kn, mit dem 7 kW starken Elektromotor bei 5,9 kn. Zur Nachladung der Batterien – wenn nicht über Steckdosen an Land – zapfen die Photovoltaikzellen permanent das Tageslicht an. In Dieselfahrt kommt man mit dem 400 l Tank bei 4,1 kn bis zu 820 sm weit, bei 13,8 kn reduziert sich die Reichweite auf 213 sm. Photovoltaisch ist sie dank permanenter Nachladung durch das Licht bei 2,4 kn Fahrt tagsüber unbegrenzt, bei Nachtfahrt beträgt sie, aus den Batterien gespeist, 37 sm.

Solarpaneele gibt es reichlich im Zubehörhandel. Und immer wieder mal gibt es irgendwo Solarboot-Rennen, bei denen vorwiegend Studenten ihre Studien vorführen, Unikate, deren Serienfertigung noch in den Sternen steht. So beispielsweise im letzten Sommer während einer dreitägigen Veranstaltung in Monaco unter der Schirmherrschaft von Fürst Albert II. Die Verwendung von Solarzellen erachten Insider vor allem für Fähren als sinnvoll, bei denen entsprechend große Flächen für die Solarpaneele zur Verfügung stehen. Ein gutes Beispiel dafür ist der bei Knierim in Kiel gebaute 30 m lange Elektromotor-Katamaran Planet Solar mit insgesamt 512 m² Solarpaneelfläche, der bereits nur mit Sonnenenergie die Welt umrundet hat.

Selbst für Faltboote gibt es mittlerweile Solartechnik. Ramsperger Solar konzipierte für Klepper die notwendige Technologie mit einem kleinen Elektromotor und Solarmodulen mit zwölf bis 60 Watt Solarleistung. Als Trend beobachtet Dipl.-Ing. Hans Ramsperger, „dass die festen Module zunehmend durch Faltmodule ersetzt werden, obwohl die festen Module bezüglich Leistung/Fläche und bei Salzwasser klare Vorteile haben. Hinsichtlich Packmaß und Gewicht sind allerdings die Faltmodule eindeutig besser.“ In den letzten Jahren gab es einen leichten Anstieg der Verkaufszahlen, die Verkaufspreise blieben konstant.

Werften

Die Installation von Elektromotoren, insbesondere von solchen in Hybridversionen und mit Lithium-Batterien, erfordert viel Sorgfalt und vor allem eine perfekte Abstimmung aller Komponenten bis hin zu den dafür geeigneten Ladegeräten. Das sollte Experten überlassen werden. Zu den Werften, die bereits seit längerem Boote mit Elektromotoren fertigen, zählen beispielsweise Frauscher aus Österreich und Boesch aus der Schweiz. Boesch sieht sich als einer der Vorreiter in der Entwicklung von schnellen Runabouts mit Electric Power Antrieben, begann damit 1995. Bis 2005 wurden Blei Säure Akkus verwendet. Die dabei erzielten Spitzengeschwindigkeiten von 33 km/h konnten aber nur zehn Minuten lang gehalten werden. Mit der Verwendung von Lithium Ionen Polymer Akkus ab 2005 wurden mit 50 kW Antrieben bereits 40 km/h erreicht bei einer Fahrzeit von 25 Minuten. Dann setzte bis 2011 eine kontinuierliche Steigerung der Antriebsleistung bis zu 120 kW und ebenso der Akkukapazität ein - mit Spitzengeschwindigkeiten über 60 km/h und Reichweiten von über 40 km bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 40 km/h.

„Nach einer Stagnation ab 2011/12, die sich auch im Absatz der Electric Power Boote manifestierte, zeichnet sich nun der schon lange erwartete Einsatz neuer, wirkungsvoller Akkus in Kombination mit angepassten Motoren und deren Regelungssystemen ab. Dabei werden auch die Preise für die Antriebseinheiten endlich spürbar sinken“, meint Dipl. Ing. Klaus Boesch. Frauscher bietet offene Boote sowohl mit reinen Elektromotoren als auch mit Hybridversionen in Zusammenarbeit mit Master Volt und setzt dabei vorwiegend auf die Elektrischen Motoren von Kräutler. Ein Multipurpose-Beispiel der Österreicher: Beim Beschleunigen der Frauscher Lido 686 in Dieselfahrt bis 2.700 U/min kann der Elektromotor als zusätzlicher Booster arbeiten und bringt das Boot rascher auf Trab. Ab 2.700 U/min Dieselfahrt fungiert der Elektromotor als Lichtmaschine und Generator. Das Aufladen der entleerten Batterien erfolgt mit bis zu 90 A innerhalb einer Stunde Fahrzeit. Eine sinnvolle Lösung für kleine Sportboote, auf denen zusätzliche Generatoren keinen Platz haben. Seit diesem Sommer läuft auch ein Modell mit dem von Torqeedo als Komplettsystem gelieferten 80 PS Deep Blue Einbaumotor. „Um Erfahrungen damit zu sammeln“, sagt Stefan Fauscher. „Der Anteil an Booten, die wir mit Elektromotoren ausgeliefert haben, hielt sich in den vergangenen Jahren mit 25 Prozent konstant.“ Seaway aus Slowenien ist eine weitere Werft, die hybride Boote in Serie fertigt. Fricke & Dannhus (Hüde) bestückt das HD 550 Camus mit Torqeedo Motoren, beispielsweise läuft es mit einem 4 kW Torqeedo (vergleichbar mit 8 bis 10 PS eines Benzinmotors) und 5,4 kW Lithium-Ionen-Akkus etwa 1,5 Stunden bei 25 km/h. Das 6,20 m lange offene Boot PaLea von Rivers and Tide soll mit einem 52 kW starken Torqeedo bis zu 50 km/h schnell sein. Das allerdings nur für eine Dauer von 30 Minuten. Bei 12 km/h ist eine Fahrzeit von bis zu sieben Stunden möglich. Für den 6,70 m langen Daycruiser Shiver gibt Rivers and Tide bei 12 km/h zwölf Stunden Fahrzeit an.

Kontakte zu den erwähnten Unternehmen

Boesch: +41 44 711 75 75, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>info@boesch-boats.ch

Fischer Panda: +49 5254 92 02 21, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>jlanger@fischerpanda.de

Fricke & Dannhus: +49 5443 1085, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>info@fricke-dannhus.de

Frauscher: +43 7612 63 65 50, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>stefan.frauscher@bootswerft.at

Kräutler: +43 5577 82 53 40, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>axel.buechling@kraeutler.at

KPM: +49  02621 40 550, E-Mail:  <link mail ein fenster zum versenden der>kpm@krahwinkel-kpm.de

MAN: +49 911 420 67 47, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>francesco.cito@man.eu

Minn Kota/Allroundmarine: +43 2236 64 67 60, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>h.rigal@allroundmarin.com

Nanni: +33 556 22 30 90, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>jerome.ordoqui@nannidiesel.com

Oceanvolt: +358 40 717 63 36, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>christian.hallberg@oceanvolt.com 

Ramsperger Solar: +49 7457 7829, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>hansramsberger@t-online.de

Rensmann: +49 231 56 55 9517, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>f.rensmann@rensmann.com

Rivers and Tide: +49 6021 43 95 177, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>info@riversandtides.de

Seaway: +386 4 57 27 700, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>paul.wuyts@seawaygroup.eu

Torqeedo: +49 8151 268 670, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>ralf.plieninger@torqeedo.com 

Transfluid: +39 0331 28 42 461, E-Mail: <link mail ein fenster zum versenden der>info@transfluid.it