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Die große Freiheit des elektrischen Propellerantriebs
Das charakteristische Merkmal des elektrischen Propellerantriebs ist sein Aufbau in drei Anlagenteile: die Erzeugung der elektrischen Energie durch diesel- oder turboelektrische Verfahren in Wärmekraftmaschinen, das zwischengeschaltete Wandlersystem Generator- Motor und der Propeller selbst. Neben dem höheren Investitionsaufwand steht der mehrfache Übergang der Energieform in seinem nun insgesamt geringeren Wirkungsgrad. Dass diese Nachteile jedoch kompensiert werden können, zeigt folgende Auflistung einiger Vorteile des elektrischen Verfahrens:
- Trennung der Aufstellung von Primärenergieerzeuger und Antriebsmotor und deren Verteilung im Schiff bei gleichzeitiger und effizienterer Nutzung der installierten Gesamtenergie für Antrieb und Versorgung,
- Wegfall eines großen und schweren Getriebes bei geeigneten Motoren (unter Nutzung eines »elektrischen Getriebes«) bis zum Wegfall der Propellerwelle bei POD-Antrieben,
- Aufteilung der erforderlichen Primärleistung auf mehrere kleinere Aggregate bei optimierter Raumausnutzung, besserer Leistungsanpassung bei Teillasten bei gleichzeitig erhöhter Redundanz des Gesamtsystems,
- Kombinierte Nutzung unterschiedlicher Energiequellen von Diesel- und Turbogeneratoren, auch mit angepassten schnell laufenden Generatoren bis zur Brennstoffzelle einschl. Reformertechnik,
- Optimale Regelung bei unterschiedlichsten Fahrmodi durch das elektrische Getriebe,
- Bei einer VES-Auslegung die optimale Nutzung der Primärenergien bei Kopplung von Fahr- und Bordnetz mit den Vorteilen der Flexibilität und des Verhaltens im Schadensfall durch Rekonfigurierbarkeit,
- Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung des Geräuschverhaltens bei Anpassung von Propellerdrehzahl und ‑anstellwinkel.
Nimmt man diese versprochenen Vorteile beim Wort, so ergeben sich typische Anwendungsfälle, die wie folgt charakterisiert sind:
- Schiffe mit hohen Anforderungen an ihre Manövrierbarkeit und Schubanpassung wie Schlepper und Eisbrecher,
- Schiffe mit sehr variablen Fahrtzuständen, hohen Anforderungen an die Manövrierbarkeit oder auch den Fahrkomfort in Bezug auf Geräuschentwicklung, Schwingungen und Vibrationen wie bei Kreuzfahrtschiffen und Fähren,
- Schiffe mit leistungsstarken Verbrauchern im Bordnetz, die nur im besonderen Bedarf betrieben werden (Pumpen bei Tankern).
Eine besondere Entwicklungsrichtung auf dem Gebiet des elektrischen Propellerantriebs haben die Gondel- oder POD-Antriebe genommen. Der Propellermotor wurde hier aus dem Schiff verbannt und in einer drehbaren Gondel (englisch: pod) unter dem Heck so untergebracht, dass die Energiezufuhr über flexible Leitungen beziehungsweise über Schleifringe erfolgt. Der Siemens-Schottel-Propulsor (SSP) verfügt über zwei entsprechende gegenläufige Propeller in einem Gehäuse. Ideen, auch diese Antriebsform auf Fregatten zu übertragen, hat es gegeben, realisiert wurden sie bisher nicht. In Verbindung mit einem Tiefgetauchten Waterjet – auch als Twin Waterjet (TWJ)1 – könnte hier allerdings eine Änderung eintreten.
Da jede Antriebsart naturgemäß ihre Vor- und Nachteile mitbringt, bleibt zur Optimierung einer Auslegung nur die Kombination verschiedener Methoden und Varianten. Diese Kombinationsantriebe haben sich deshalb auch seit Jahrzehnten im Schiff- und Kriegsschiffbau durchgesetzt.
Das weite Feld der Kombinationsantriebe
Im einfachsten Fall treibt ein Motor über ein Getriebe den Propeller, wobei dieser Antriebsstrang über die Welle mechanisch gekoppelt wird, damit seine Lage im Schiff sowie in den erforderlichen Abmessungen und Gewichtsverteilungen festgelegt ist. Neben der Drehzahlwandlung und ‑anpassung erlaubt das Getriebe den Anschluss mehrerer Antriebsmaschinen – auch unterschiedlicher Art. Hieraus ergeben sich dann die heute geläufigen Bezeichnungen: Bei zwei und mehr Dieselmotoren als Antrieb spricht man von einer CODAD-Konfiguration (also von einem Combined Diesel And Diesel Antrieb). Sind die Primärerzeuger Gasturbinen, so erhält man eine COGAG-Anlage.
Bei unseren militärischen Anwendungen kommen CODOG-Anlagen, also die Kombination Gasturbine und Dieselmotor zum wahlweisen Betrieb sowie in den letzten Jahren auch die CODAG-Anlage zum Einsatz. Dieses modernere System, »Combined Diesel And Gasturbine«, ermöglicht eine gleichzeitige Nutzung beider Antriebsmaschinen in ihren jeweiligen Stärken. Dass diese unterschiedlichen Antriebsarten über ein mit moderner Steuerung ausgerüstetes Getriebe frei gewählt und im Betrieb reibungslos gewechselt werden können, ist das Verdienst der Getriebehersteller.