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| Neue Lithiumbatterie für U‑Boote (Foto: TKMS) |
Durch Hochleistungsbatterien auf Lithiumbasis wird in nächster Zeit ein weiterer Meilenstein moderner U‑Boot-Technologie für den Markt zugänglich. Durch die Verwendung von Hochleistungsbatterien auf Basis der Lithium-Polymer-Technologie gewinnt das U‑Boot der Zukunft nicht nur an Ausdauer bei langsamer Fahrt wie durch AIP, sondern vor allem für Höchstgeschwindigkeit und bei Marschfahrt.
Seit Lithium-Polymer-Batterien in elektronischen Gebrauchsgegenständen wie Mobil- und drahtlosen Telefonen oder Laptops aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind, wurden große Fortschritte gemacht, die Sicherheitsprobleme der ersten Zeit durch moderne Bauweisen mit Polymerelektrolytzellen und Batterie-Management-Systeme zu lösen.
Ein notwendiger Schritt für die U‑Boot- Anwendung liegt in der Vergrößerung der Zellen: gegenüber dem heutigen Stand der Technik um eine Größenordnung. Die daraus resultierenden Herausforderungen an die Produktionstechnologie wurden in einer gemeinsamen Entwicklung mit der deutschen Firma GAIA bewältigt.
Mit diesen neuen Batteriemodulen kann die Batteriekapazität bei gleich bleibendem Batterieraum im Vergleich zur traditionellen Bleibatterie um etwa das doppelte für Langzeitentladung und das Vierfache für Höchstgeschwindigkeit erhöht werden. Dabei sind Lithiumbatterien erheblich leichter als Bleibatterien, sodass sie sich für die Verwendung zusammen mit den schweren Metallhydridzylindern zur Wasserstofflagerung für die BZ-Anlage anbieten, da der U‑Boot-Entwerfer die Möglichkeit erhält, die mitgeführte Energiemenge für AIP zu erhöhen, ohne den Entwurf des U‑Boots grundlegend ändern zu müssen.
Abgesehen von der Kapazität bieten Lithium- Polymer-Batterien dem U‑Boot zahlreiche weitere Vorteile:
Die Zellen können mit sehr hohem Ladestrom aufgeladen werden, wodurch die mit höherem Entdeckungsrisiko verbundene Verweilzeit in Schnorcheltiefe verringert werden kann;
Die Zellkapazität kann zu 100 Prozent genutzt werden, womit ein weiterer Kapazitätsvorteil im Vergleich zu Bleibatterien entsteht;
Die Lithium-Polymer-Batterien sind wartungsfrei;
Sie können in beliebigem Ladezustand gelagert werden;
Sie verbrauchen kein destilliertes Wasser;
Sie geben keine Gase frei;
Wasserkühlung ist nicht erforderlich;
Der Wirkungsgrad der Batterie ist wegen des niedrigen Innenwiderstands sehr hoch.
Dieser letzte Vorteil ist gleichzeitig der einzige Nachteil: Durch den niedrigen Innenwiderstand werden sehr hohe Kurzschlussströme erzeugt, die mit entsprechenden Maßnahmen im Bordnetz berücksichtigt werden müssen.
Zurzeit haben TKMS und GAIA die ersten 500-Ah-Zellen getestet und fahren mit der Prüfung der ersten Batteriemodule in voller Größe und Teilbatterien sowie des Batterie-Managementensystems fort.
Kompositpropeller
Ein limitierender Faktor der üblicherweise verwendeten Materialien Bronze oder Sonoston ist ihre relativ niedrige Materialdämpfung. Um den vom Propeller verursachten Eigengeräuschpegel, der durch neue Sensoren zur tieffrequenten Identifizierung immer mehr an Bedeutung gewinnt, so gering wie möglich zu halten, war ein anderes Material erforderlich.
Daher wurde bei HDW die Entwicklung eines Kompositpropellers begonnen. In einem ersten Schritt wurde die technische Machbarkeit nachgewiesen, indem ein Propeller auf Basis von CFK mit identischen Abmessungen des Propellers der U‑Boot-Klasse 206A gebaut wurde. Langzeit-Funktionsnachweisprüfungen an Bord eines im Dienst befindlichen 206A-U-Boots der Deutschen Marine haben die Machbarkeit insbesondere hinsichtlich der Verbindung der CFK-Blätter mit der Nabe aus Metall erfolgreich erwiesen.
Als Folgeschritt wurde ein neuer Propeller mit hoher Materialdämpfung gebaut, der jetzt auf einem U‑Boot der Klasse 212A getestet wird. Parallel werden mögliche Verbesserungen bei der Verbindung der Blätter mit der Nabe geprüft. Der Kompositpropeller wird von TKMS bereits als Standardausrüstung auf zukünftigen U‑Booten angeboten.