Diesel-elektrischer Antrieb

[mba_muc]

Vor zwei Jahren hatte ich bei Locaboat eine Penichette 950E gechartert. Diese hatte einen diesel-elektrischen Antrieb. Das heißt, der Hauptantrieb der Welle erfolgte mit einem Elektro-Motor. Dieser wurde aber nicht aus einer Batterie gespeist, sondern von einem entsprechend groß dimensionierten Generator.

Ich finde das Konzept interessant, und frage mich, warum man das nicht häufiger findet. Folgende Vorteile zu einem direkten dieselbetriebenen Wellenantrieb sehe ich:

• Der Dieselmotor (Generator) läuft immer im optimalen Drehzahlbereich.
• Kein Getriebe erforderlich. Vorwärts-/Rückwärts-Fahrt erfolgt getriebelos per Elektromotor.
• Insbesondere bei höheren Drehzahlen vergleichsweise leise, da der Dieselmotor seine Drehzahl nicht erhöht, sondern lediglich mehr Sprit "frisst", um auch bei höherer Last (am Generator) die Drehzahl zu halten.
• Immer genug Strom auch für Bug- und Heckstrahlruder. Keine zusätzlichen Batterien für diese erfoderlich.
• Für geringe Fahrgeschwindigkeiten Joystick-Steuerung einfach möglich, da alle Antriebe (Hauptantrieb, Bug- und Heckstrahlruder) elektrisch funktionieren.
• Kein zusätzlicher Generator für die Stromversorgung nötig.
• Dieselmotor (Generator) ist nicht über Getriebe mit der Welle verbunden, und somit viel wartungsfreundlicher - kann schon bei der wartungsfreundlichen Platzierung des Motors berücksichtigt werden.

Vermutlich gibt es auch Nachteile.

Was haltet Ihr von dem Konzept, und was denkt Ihr, warum man es so selten antrifft? Kennt Ihr konkrete Anbieter, die Boote mit diesel-elektrischem Antrieb anbieten?

Die Penichette 950E wurde ursprünglich von Linnsen entwickelt und gebaut, meines Wissens macht Locaboat das inzwischen selbst.

[Quatschko]

Viel zu groß, schwer, teuer, aufwändig für ein Sportboot.

[mba_muc]

Das o.g. Boot ist gerade mal 9,50m lang. Ich hatte nicht den Eindruck, dass die Technik größer oder schwerer war als ein vergleichbarer Diesel-Getriebe-Wellenantrieb. Insbesondere nicht, wenn man zusätzlich noch einen (kleineren) Generator für die verbauten Elektro-Geräte benötigen würde (Elektro-Induktionskochfeld, Elektro-Backofen, ...). Aufwändiger erscheint es mir ehrlich gesagt auch nicht - statt Getriebe hast Du halt einen Elektromotor, und den Dieselmotor kannst Du anabhängig von der Welle positionieren.

Zu den Kosten kann ich natürlich nichts sagen. Auffällig war aber, dass es ich bei dem verbauten Diesel-Generator nicht um einen speziellen Marinemotor gehandelt hat, sondern um einen herkömmlichen Generator zur Stromerzeugung, der lediglich auf Seewasser-Kühlung (1-Kreis, 2-Kreis, keine Ahnung, vermutlich letzteres) umgebaut worden war. Entsprechende Elektro-Motoren für den Hauptantrieb sollten zwischenzeitlich auch zahlreiche am Markt verfügbar sein.

[Succes_Falcon]

Ich finde die Idee super.

Ich arbeite bei einem Gabelstapler Hersteller. Da wird das Prinzip seit Langem eingesetzt.

https://www.still.de/loesungskompete...chnologie.html

[Thomas69]

Aufwändiger aber sicherlich besser als völlig überdimensionierte Diesel einzusetzen die nur wegen des einen passenden Betriebspunktes ausgewählt wurden und ansonsten nichts zu tun haben außer Sprit fressen.

Erfordert von der Bauwerft aber mehr "Gehirnschmalz" und das ist heutzutage rar.

Ein "herkömmlicher" Stromerzeuger aus dem Baumarkt sollte es aber besser nicht sein weil die nur für leichten Betrieb ausgelegt sind. Die werden kaum einige tausend Stunden leben.

[Sayang]

Zitat von mba_muc

…
Der Dieselmotor (Generator) läuft immer im optimalen Drehzahlbereich.

Kein Getriebe erforderlich. Vorwärts-/Rückwärts-Fahrt erfolgt getriebelos per Elektromotor.

Insbesondere bei höheren Drehzahlen vergleichsweise leise, da der Dieselmotor seine Drehzahl nicht erhöht, sondern lediglich mehr Sprit "frisst", um auch bei höherer Last (am Generator) die Drehzahl zu halten.

Immer genug Strom auch für Bug- und Heckstrahlruder. Keine zusätzlichen Batterien für diese erfoderlich.

Für geringe Fahrgeschwindigkeiten Joystick-Steuerung einfach möglich, da alle Antriebe (Hauptantrieb, Bug- und Heckstrahlruder) elektrisch funktionieren.

Kein zusätzlicher Generator für die Stromversorgung nötig.

Diesel motor (Generator) ist nicht über Getriebe mit der Welle verbunden, und somit viel wartungsfreundlicher - kann schon bei der wartungsfreundlichen Platzierung des Motors berücksichtigt werden. ...

Da die Generatoren aus Schiffen nicht freuenzstabilisiert arbeiten muessen, laufen m.W. bei Schiffsantrieben die Diesel immer drehzahlvariabel.

Der Preis fuer die elektrischen Antriebsmotoren duerfte den fuer Getriebe weit ueberschreiten.

Durch die drehzahlvariable Leistungabgabe entfaellt das Arrgument der Laufruhe weitgehend. Der Diesel kann allerding optimal plaziert werden, auf groesseren Schiffen ein positives Argument.

Weder fuer Bugstrahlruder noch fuer Heckstrahlruder oder Ankerwinch sind zusaetzliche Batterien wirklich notwendig.

Der Vorteil einer Joysticksteuerung ist subjektiv zu bewerten, (ich sehe ihn nicht).

Ein Generator wird wahrscheinlich nicht eingespart (dennoch ein gutes Argument), denn er kann gleichzeitig als Stromerzeuger fuer den Antrieb genutzt werden, und der grosse (?) Antriebsgenerator muss nicht auch fuer kleine Lasten laufen.

Der der freien Plazierung des oder der Diesel wurde genannt. Bei kleinen Booten relativiert sich dieser Vorteil.

Persoenliche Meinung aus Erfahrung mit eigenen Booten (alle nicht dieselelektrisch), und neun Monaten auf einem dieselektrischen Schiff mit sechs Dieseln a 2.400 PS.

[kapitaenwalli]

Moin

Für kürzere Strecken kann man einen ausreichend dimensionierten Batteriesatz verwenden

[vnf]

Zitat von mba_muc

Das o.g. Boot ist gerade mal 9,50m lang.

Wie viele Möglichkeiten gibt es denn auf so einem kleinen Boot, den Generator zu platzieren?

Zitat von Succes_Falcon

IIch arbeite bei einem Gabelstapler Hersteller. Da wird das Prinzip seit Langem eingesetzt.

Ein Stapler arbeitet aber auch mit ständig wechselnden Drehzahlen. Bei meinem Boot bleibt die Drehzahl nach Fahrtbeginn gerne auch mal >8 h unverändert.

[Oldskipper]

Der Hauptvorteil bei einem Charterboot liegt darin, dass die Kapitäne den Motor nicht schrotten können.
Weiterer Vorteil:
Einbauort egal. Der Motor kann zum Beispiel unter dem Cockpit verbaut werden. Ausserdem kann man ihn perfekt dämmen.
Gleiches Prinzip wie hydraulischer Antrieb.

[mba_muc]

Zitat von vnf

Wie viele Möglichkeiten gibt es denn auf so einem kleinen Boot, den Generator zu platzieren?

Naja, ich würde sagen der Generator stand etwas weiter heckwärts als es ein Dieselmotor mit Direktantrieb der Welle gewesen wäre. Der Elektromotor befand sich unter der Kabine, der Dieselgenerator unter der Heckplatform. Außerdem stand der mit der Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung.

[kurz]

Was ich nicht verstehe ist, warum man beim Boot fahren Diesel sparen soll.

Die Drehzahl bleibt doch bei Verdrängerfahrt über Stunden gleich. Was soll der Geni da einsparen?

Bei Gleiter das umgekehrte... Extreme Lastwechsel, die muss der Geni auch machen, ausser hast riesige Batterien (warum auch nicht).

[mba_muc]

Zitat von Thomas69

Ein "herkömmlicher" Stromerzeuger aus dem Baumarkt sollte es aber besser nicht sein weil die nur für leichten Betrieb ausgelegt sind. Die werden kaum einige tausend Stunden leben.

Zitat von Sayang

Da die Generatoren aus Schiffen nicht freuenzstabilisiert arbeiten muessen, laufen m.W. bei Schiffsantrieben die Diesel immer drehzahlvariabel.
[...]
Durch die drehzahlvariable Leistungabgabe entfaellt das Arrgument der Laufruhe weitgehend.

Ich hatte natürlich keine Drehzahlanzeige des Generator, sondern nur mein Gehör. Am Fahrstand, egal ob auf dem Flydeck oder am Innen-Fahrstand, hat man den Diesel aber kaum gehört. Ich meine aber, dass der schon mit fester Frequenz gelaufen wäre. Wie gesagt, es war ja auch kein spezieller Schiffsdiesel verbaut, sondern ein herkömmlicher Generator, sowas wie dieser hier von Cat:

https://www.cat.com/de_DE/products/n...ts/107842.html

Wahrscheinlich war es nicht genau der (ich habe leider kein Foto gemacht, und ist schon zwei Jahre her), aber jedenfalls in dieser Bauform, und auch etwa in der Leistungsklasse. Einzige sichtbare Anpassung war halt die Zuführung einer "Fernsteuerung", um den Generator zu starten, sowie der Heranführung der Seewasserkühlung. Der Generator konnte sowohl vom Fahrstand aus gestartet werden (hat dann ein paar Sekunden gedauert, bis sich die Stromversorgung stabilisiert hat, dann wurde eine Lampe grün, und man konnte losfahren). Der Generator konnte aber auch direkt aus der Pantry per Knopfdruck gestartet und gestoppt werden.

[mba_muc]

Zitat von mba_muc

Wahrscheinlich war es nicht genau der (ich habe leider kein Foto gemacht, und ist schon zwei Jahre her), aber jedenfalls in dieser Bauform, und auch etwa in der Leistungsklasse.

Bezüglich der Leistung habe ich mich etwas verschätzt. Habe gerade ein paar Infos gefunden. Der Generator ist ein 400VAC 3 Phasen Generator mit 17,5 kW elektrischer Leistung. Die Bauform ist aber schon wie auf dem obigen Link. Der Hauptantrieb ist ein 11kW Dreiphasenmotor. Bug- und Heckstrahlruder je 2,2kW. Das System (insbesondere die Steuerung) wurde schon von Linssen entwickelt, wird aber scheinbar sonst so nirgendwo angewendet.

[Libertad]

Zitat von kurz

Was ich nicht verstehe ist, warum man beim Boot fahren Diesel sparen soll.

Die Drehzahl bleibt doch bei Verdrängerfahrt über Stunden gleich. Was soll der Geni da einsparen?

Der Motor gibt seine Leistung an der Kurbelwelle ab, und diese Leistung ist verantwortlich für den Kraftstoffverbrauch. Treibt der Dieselmotor nun einen Generator an, hat dieser einen Wirkungsgrad von rund 90%, der angetriebene E-Motor hat ebenfalls 90%, ergibt zusammen einen Verlust von rund 20%.
Ein mechanisches Getriebe hat einen Wirkungsgrad von mind 95%, also einen Verlust von nur 5% gegenüber 20%.
Hier läßt sich dann aber durch Einsatz von Leistungselektronik noch etwas verbessern, aber auch die Kosten steigern und macht die Sache noch komplexer.
Ein mechanisches Getriebe ist auch kostengünstiger wie Generator und E-Motor.
Da fällt die Enscheidung zum mechanischen Getriebe ziemlich leicht- wenn auch ein ausgereifter E-Antrieb komfortabler ist..

[harry 1972]

Zitat von Libertad

Der Motor gibt seine Leistung an der Kurbelwelle ab, und diese Leistung ist verantwortlich für den Kraftstoffverbrauch. Treibt der Dieselmotor nun einen Generator an, hat dieser einen Wirkungsgrad von rund 90%, der angetriebene E-Motor hat ebenfalls 90%, ergibt zusammen einen Verlust von rund 20%.
Ein mechanisches Getriebe hat einen Wirkungsgrad von mind 95%, also einen Verlust von nur 5% gegenüber 20%.
Hier läßt sich dann aber durch Einsatz von Leistungselektronik noch etwas verbessern, aber auch die Kosten steigern und macht die Sache noch komplexer.
Ein mechanisches Getriebe ist auch kostengünstiger wie Generator und E-Motor.
Da fällt die Enscheidung zum mechanischen Getriebe ziemlich leicht- wenn auch ein ausgereifter E-Antrieb komfortabler ist..

Deine Schilderung ist ziemlich genau das Gegenteil dessen, was man findet, wenn man sich im Netzt über das Thema informiert.

[Sayang]

Zitat von mba_muc

Ich hatte natürlich keine Drehzahlanzeige des Generator, sondern nur mein Gehör. Am Fahrstand, egal ob auf dem Flydeck oder am Innen-Fahrstand, hat man den Diesel aber kaum gehört. Ich meine aber, dass der schon mit fester Frequenz gelaufen wäre. ...

Das kann durchaus sein, dass der verbaute “Kleingenerator” freuenzstabilisiert war. Die Groesse war aber auch noch etwas von “Schiff” entfernt.

Zur Lautstaerke: Es war wohl ein vierpoliger Generator verbaut, der mit 1.500 rpm laeuft. Diese Umdrehungszahl entspricht durchaus 60 % oder mehr der Maximaldrehzahl des Diesels, eine Groessenordnung, die ein Verdraenger bei Marschfahrt auch dreht. Der Vorteil der Lautstaerke relativiert sich daher.

Natuerlich ist die “freie Wahl” des Einbauorts ein bestechender Vorteil im Bezug auf Gewichtsverteilung, Geraeuschdaemmung, Zugaenglichkeit etc.

[Libertad]

Zitat von harry 1972

Deine Schilderung ist ziemlich genau das Gegenteil dessen, was man findet, wenn man sich im Netzt über das Thema informiert.

Und was ist falsch daran?

[mba_muc]

Zitat von kurz

Was ich nicht verstehe ist, warum man beim Boot fahren Diesel sparen soll.

Dass man mit dem Konzept großartig Diesel spart, glaube ich auch nicht. Sonst hätte es sich vermutlich schon mehr durchgesetzt. Ich habe leider keinen direkten Vergleich, und da wir ein Pauschalpaket hatten, kann ich nichtmal was zum tatsächlichen Verbrauch sagen. Interessanter als einen eventuellen Diesel-Spar-Effekt finde ich aber auch eher Komfort und Wartungsfreundlichkeit (den Generator hätte man einfach mit einem Kran nach öffnen der Klappe auf der Heckplatform herausheben können, dazu hätte man nur die Strom- und Steuerkabel sowie die Kühlwasseranschlüsse abklemmen müssen). Ich kenne weder die Preise von Marine-Dieseln noch die von Generatoren. Ich könnte mir aber vorstellen, dass ein Diesel-Generator, der in großen Stückzahlen produziert wird, durchaus preislich auch Vorteile gegenüber einem doch eher in kleineren Stückzahlen produzierten Marine-Diesel haben könnte.

[mba_muc]

Zitat von Sayang

Die Groesse war aber auch noch etwas von “Schiff” entfernt.

Ja, durchaus.

[Sayang]

Zitat von mba_muc

… Ich kenne weder die Preise von Marine-Dieseln noch die von Generatoren. Ich könnte mir aber vorstellen, dass ein Diesel-Generator, der in großen Stückzahlen produziert wird, durchaus preislich auch Vorteile gegenüber einem doch eher in kleineren Stückzahlen produzierten Marine-Diesel haben könnte.

Der Dieselverbrauch mit dieselelektrischem Antrieb kann bei Spezialanwendungen guenstiger sei, er wir aber fast immer hoeher sein.

Marinediesel sind normalerweise keine Spezialentwicklungen, sondern angepasste Fahrzeugmotoren oder Stationaermotoren. (Warum sollte ein Dieselgenerator fuer den Einsatz auf Schiffen in groesseren Stueckzahlen gebaut werden, als Dieselmotoren fuer den Direktantrieb der Boote/Schiffe?)

Als Beispiel, ein Diesel mit 100 kW kostet 10.00O bis 15.000, ob fuer den Antrieb, oder fuer die Stromerzeugung. Getriebe und Welle werden nicht benoetigt, dafuer ein Generator, die Kosten sind mit 5.000 bis 10.000 aehnlich, mit leichten Kostenvorteilen fuer Getriebe und Welle.

Beim dieselelektrischen Antrieb wird natuerlich auch ein Antriebsmotor gebraucht, Kosten fuer 100kW um 5.000 bis 10.000, die Leistungselektronik, Verkabelung, Steuerung etc. nochmals 6.000 bis 10.000. Jetzt noch ein paar Tausender fuer Kuehlung von E-Motoren, Einbau, etc. und man landet leicht beim doppelten Preis des reinen Dieselantriebs.

Ob die Mehrkosten den Vorteil des flexiblen Layouts Wert sind? Das bei zusaetzlich hoeheren Kraftstoffkosten, Wartungskosten und Reparaturkosten durch mehr Komponenten?

Den Spezialfall, der das rechtfertigt, mag es geben, den kann ich im Moment aber noch nicht sehen

[harry 1972]

Zitat von Libertad

Und was ist falsch daran?

So ein kleiner Dieselmotor hat ganz bescheidene Effizienswerte, teilweise unter 30%, wenn ich mich noch richtig erinnere. Wenn der Generator mehr Strom liefert, als der Motor aktuell abruft, geht der Überschuss in einen Akku und steht dann zur Verfügung, wenn man ihn braucht, zum Beispiel um zu beschleunigen, wenn der Verbrenner hochdrehen muss, läuft der Generator zunächst gleichmäßig weiter.

Der Generator müsste aus einem Liter Diesel ungefähr 5 kW Strom liefern und wenn der Motor weniger als die Nennleistung abruft, wie schon geschrieben, ab in den Akku.

Ich bin bei Hybridlösungen auch skeptisch , denke immer an zusätzliche Wartungskosten, aber der elektrische Antrieb dürfte sehr wartungsarm sein.

Und den Generator unter der Badeplatform zu haben, statt unter dem Niedergang, klingt auch nicht schlecht, zumal moderne Generatoren auch so schon echt leise sind.

Also für einen Verdränger kann ich mir das gut virstellen, für einen Gleiter sicher nicht.

[kapitaenwalli]

Moin

Ich komme nochmals auf den von mir oben erwähnten Batteriesatz zu sprechen.

Den dazwischen geschaltet ergibt Leistungsreserven und reinen elektrischen Antrieb im Kurzstreckenverkehr. Während der Standzeit geladen mit Solar.

[Libertad]

Vom Prinzip her eine gute Sache, aber leider recht teuer. Gegenüber einem reinen dieselelektrischen könnte der Generator etwas kleiner ausgelegt werden.
Einen solchen Antrieb habe ich mal für mein Boot durchgedacht. Komfortsteigerung, leichte Verbrauchsvorteile, aber als Umbau entschieden zu teuer. Bei einem Neubau für bestimmte Einsatzbereiche aber erwägenswert.

[Sayang]

Zitat von harry 1972

So ein kleiner Dieselmotor hat ganz bescheidene Effizienswerte, teilweise unter 30%, wenn ich mich noch richtig erinnere. Wenn der Generator mehr Strom liefert, als der Motor aktuell abruft, geht der Überschuss in einen Akku und steht dann zur Verfügung, wenn man ihn braucht, ...

Ich habe immer noch nicht verstanden, was an der Beschreibung von Ewald falsch sein soll?

Bei welchen dieselelektrisch betriebenen Booten (um 10 … 15 m) sind nennenswerte Batteriekapazitaeten zur Stromspeicherung vorhanden, die den Antrieb zum Hybridantrieb machen?

[coffeemuc]

Zitat von Sayang

Ich habe immer noch nicht verstanden, was an der Beschreibung von Ewald falsch sein soll?

Falsch ist vielleicht das falsche Wort.

Der Dieselkraftstoff treibt sowohl den Motor an, damit er sich überhaupt dreht (innere Reibung), sowie den Propeller damit das Boot fährt.
Das beste Verhältnis zwischen "verlorener" Leistung für innere Reibung und abgegebener "Nutzleistung" hat man jeweils bei Vollgas in jeder Drehzahl.

Somit könnte man beim dieselelektrischen Boot den Diesel immer mit Vollgas betreiben, aber die Drehzahl so regeln, dass die abgegebene Leistung zum momentanen Bedarf passt.

Dieser Sachverhalt fällt unter den Tisch wenn man einfach nur Wirkungsgrade von mechanischem Getriebe und dieselelektrischem Antrieb vergleicht.

Der Vorteil ergibt sich also aus der Entkopplung von Motordrehzahl und Propellerdrehzahl, genau wie bei den Großschiffen.