gesponsertElektrische Ruder-Propellerantriebe Eine alte Idee im neuen Gewand

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OSWALD Elektromotoren GmbH

Eine über 140 Jahre alte Antriebsidee, elektrifiziert in der Nachkriegszeit, wird heute zum Maßstab bei Binnen- und Küstenschiffen – moderne Direktantriebe machen’s möglich.

Mit großen Schritten schreitet die Elektrifizierung voran, gerade in mobilen Bereichen. Weniger plakativ als bei PKW setzen im Schiffsbereich hybride und vollelektrische Antriebslösungen Maßstäbe und verdrängen klassische Dieselkonzepte am Propeller. Die Energie liefern dabei, je nach Einsatzgebiet, dieselelektrische, wasserstoffelektrische oder batterieelektrische Systeme. Diese hybriden Kombinationen bieten maßgeschneiderte Lösungen für vielfältige Antriebsaufgaben auf dem Wasser.

Eine der erfolgreichsten Schiffsantriebstechnik ist heute der Ruder-Propellerantrieb, auf Englisch „Thruster Drive“. Obwohl sich die englische Bezeichnung durchsetzt, wurde die Technik in Frankreich und vor allem in Deutschland entwickelt. Das Prinzip des L-Thrusters stammt vermutlich von 1911 und zeigt den grundsätzlichen Antriebsaufbau in L-Form. Bis in die 1940er-Jahre dominierten bei Binnen- und Küstenschiffen die nahezu waagerecht eingebauten, langen und starren Wellenanlagen. Dabei werden die Propeller über Getriebe- und Axialdrucklager von Dieselmotoren angetrieben.

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Erste Entwicklungen in der Nachkriegszeit

Die Entwicklung der L- oder Z-Anordnung begann in der Nachkriegszeit in Deutschland: 1951 patentierte die Firma „Schottel“ den nach ihr benannten „Schottel-Ruderpropeller“, eine erfolgreiche technische Revolution. Hier dient der Propeller selbst als Ruderanlage, die um 360 Grad gedreht werden kann. Damit entfällt das klassische Ruder und die gesamte Antriebsleistung steht drehbar und direkt zur Verfügung. Der Ruderweg, d. h. die Verzögerung zwischen Ruderausschlag und Kursänderung, entfällt und die Richtungsänderung des Schiffes gelingt unmittelbar.

In den 1960er-Jahren setzte sich diese Technik weiter durch. Hydraulische Systeme übernahmen zunehmend die Steuerung und später auch den kompletten Antrieb kleinerer Thruster. In den 1970er-Jahren galten hydraulische Lösungen als besonders kompakt und flexibel, was sie z. B. für Binnenschiffe und Fähren attraktiv machte. Die 1980er-Jahre brachten eine Übergangsphase: Dieselhydraulische Systeme kombinierten mechanische Robustheit mit hydraulischer Flexibilität. In den 1990er-Jahren begann schließlich die erneute Elektrifizierung mit Elektromotoren und Frequenzumrichtern in Z-Anordnung.

Direktantriebe für Ruderpropeller

Heute werden elektrische Ruderpropeller vermehrt im L-Aufbau gefertigt. Seit wenigen Jahren kommen kurze, direkt gekuppelte Elektromotoren, z. B. von Oswald Elektromotoren GmbH, Miltenberg am Main, zum Einsatz. Diese modernen Direktantriebe laufen typischerweise mit Drehzahlen zwischen 300 und 1.200 min^-1 und sind Permanentmagnetmaschinen mit mittlerer Polzahl.

Diese PM-Synchronmotoren sind im Gegensatz zu Asynchronmotoren enorm kraftdicht und die Bauform kann problemlos kurz und breit werden. Die gewünscht niedrige Bauhöhe verbraucht wenig Bauraum im Schiffskörper und der große Durchmesser bietet hohe Drehmomente, da das Drehmoment im Quadrat mit dem Durchmesser zunimmt.

Die langsam laufenden Antriebe sind nahezu geräusch- und vibrationsfrei, was zu einem entspannten Fahrgefühl an Bord der Schiffe führt. Auch eine gegebenenfalls erforderliche dieselelektrische Energieerzeugung hat keine mechanisch starre Verbindung zum Schiffskörper, so dass die Vibrationen eliminiert werden können. Die Wirkungsgrade moderner Thrustermotoren liegen zwischen 98 und 99 Prozent. Der wachsende Druck zur Abgasreduzierung, Energieeinsparung und Ölfreiheit hat in den letzten Jahren zu einem regelrechten „Boom“ hybrider Schiffsantriebe geführt – insbesondere eben zu elektrischen Thrusterlösungen, die Effizienz, Umweltverträglichkeit und Manövrierfähigkeit einzigartig verbinden.

Oswald ist einer der führenden Hersteller elektrischer Direktantriebe mit etwa 120 gelieferten Schiffsantrieben in den letzten drei Jahren. Seit dem Jahr 2000 entwickelt und fertigt das Unternehmen hochdrehmomentstarke Direktantriebe für Industrieanlagen, Nutzfahrzeuge und Wasserkraftgeneratoren. Die Erfahrungen aus diesen Bereichen wurden in den letzten zehn Jahren erfolgreich auf den maritimen Sektor übertragen. Exakt diese Maschinen werden seit wenigen Jahren, wie gerade beschrieben, mit großem Erfolg in Wellenanlagen, Pod-Antrieben und vor allem bei Thrustersystemen eingesetzt. Dafür hat Oswald langsam laufende Torquemotoren zu mittelschnellen Direktantrieben weiterentwickelt, die optimal auf die Anforderungen von L-Thrustern abgestimmt sind.

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Kommt das elektrische Fliegen?

Die Motoren liefern hohe Drehmomente bei relativ niedrigen Drehzahlen, sie arbeiten vibrations- und geräuscharm und zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise sowie hohe Energieeffizienz aus. Oswald verfügt über moderne Prüffelder, auf denen sich die für die Schifffahrt erforderlichen Prüfungen und Abnahmen bis in den Megawattbereich durchführen lassen.

Forderungen der maritimen Branche erfüllt

Die speziell für Thruster-Anwendungen ausgelegten Direktantriebe verbinden die Vorteile der elektrischen Antriebstechnik – Wartungsfreiheit, ruhiger Lauf, Ölfreiheit mit den hohen Anforderungen der maritimen Branche an Zuverlässigkeit, Dauerbetrieb und Energieeffizienz. Damit leistet Oswald einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung moderner, hybrider und nachhaltiger Schiffsantriebssysteme.

Eine Hürde bleibt: Schon in den Nachkriegsjahren war die Materialbeschaffung in Deutschland ein entscheidendes Entwicklungshemmnis oder auch eine Aufgabe, die mit Kreativität und Pragmatismus gemeistert werden musste. Die letzten Jahrzehnte der stabilen Globalisierung und Arbeitsteilung in der Welt ließen Materialfragen in den Hintergrund treten. Heute, fast 80 Jahre später, gerät die Materialbeschaffung wieder neu in den Fokus, denn die für Direktantriebe unbedingt erforderlichen PM-Magnete aus Neodymium, Dysprosium und Terbium werden durch das chinesische Teilembargo auf Seltene Erden zur Mangelware in der westlichen Welt. In diesem Sinne verbindet uns die Hoffnung auf bald wieder funktionierende Lieferketten mit der Nachkriegsgeneration unserer Groß- und Urgroßeltern.

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