Kabel High-Tech-Seil sorgt für Nachhaltigkeit

Redakteur: Juliana Schulze

SkySails hat ein Zugdrachen-Antriebssystem für Frachtschiffe entwickelt, das den Treibstoffverbrauch senkt. Ein speziell entwickeltes High-Tech-Seil verbindet dabei den Drachen mit dem Schiff.

Anbieter zum Thema

Das Zugseil überträgt die Zugkräfte des Kites auf das Schiff. Dabei entstehen Zugkräfte von bis zu 32 Tonnen. (Bild: SkySails)
Das Zugseil überträgt die Zugkräfte des Kites auf das Schiff. Dabei entstehen Zugkräfte von bis zu 32 Tonnen. (Bild: SkySails)

In Zeiten, in denen die Reedereien den Treibstoffverbrauch ihrer Schiffe erheblich senken müssen, um Kosten zu sparen und den Emissionssausstoß zum Schutz der Umwelt zu verringern, bietet das SkySails-System eine nachhaltige Lösung. Bei der patentierten Technologie wird ein Zugdrachen als zusätzlicher Windantrieb auf dem Schiff installiert. Der 320 m² große Kite erzeugt so viel Zugkraft, dass im Jahresdurchschnitt die Treibstoffkosten, abhängig vom Schiffstyp, den tatsächlichen Windverhältnissen und der erreichten Einsatzdauer, um bis zu 35 Prozent gesenkt werden können. Herrschen optimale Windbedingungen, kann der Treibstoffverbrauch zeitweise um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Der SkySails-Zugdrachen ist durch ein Seil mit dem Schiff verbunden und wird über eine Steuergondel unter dem Drachen per Computer automatisch gesteuert, so dass die Windverhältnisse optimal genutzt werden können. Der Zugdrachen wird in einer Höhe von 100 bis 420 m betrieben und fliegt Figuren in Form einer 8. Das automatisierte SkySails-System verlangt minimalen Bedieneraufwand. Eine automatische Steuerung lenkt den Drachen und reguliert seinen Flug. Für den SkySails-Antrieb wird ein Zugseil verwendet, das die Zugkräfte des Zugdrachens auf das Schiff überträgt. Das SkySails SKS C 320 kann bei gutem Wind eine Zugkraft im Seil von über 320 Kilonewton (kN) erzeugen – dies ist mehr als der Schub beider Triebwerke eines Airbus A321.

Seil mit integriertem Kabel verbindet Flugdrachen mit Schiff

Für die Entwicklung der Komponente "Seil mit integriertem Kabel" zur Verbindung der zur Steuerung des Drachen benötigten Gondel mit dem Schiff, beauftragte SkySails die Firmen Geo. Gleistein & Sohn GmbH aus Bremen und die Helukabel GmbH in Hemmingen. Dafür mussten sich die Designer anspruchsvollen SkySails-Spezifikationen stellen und ein Kabel für die Datenübertragung und Stromversorgung zur Steuergondel am Zugdrachen entwickeln, das in ein hochreißfestes Seil integriert werden kann. Die wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung des Kabels war, dass das Kabel die erhöhten Temperaturen und den erheblichen Kompressionsdruck beim thermischen Reckprozess überstehen und die erforderliche Dehnung in diesem Verarbeitungsschritt von etwa 15 Prozent unter Beibehaltung der mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften kompensieren musste.

Zugseil muss zahlreichen Anforderungen widerstehen

Die Verbindung zur Gondel des Zugdrachen musste folgenden Anforderungen gerecht werden: minimales Gewicht, maximale Bruchkraft, minimale Wind- und Torsionsanfälligkeit, minimale Dehnung, Schwimmfähigkeit und Festigkeit gegen Biegewechsellasten mindestens zweiadrige, elektrische Verbindung für Datenübertragung und Stromversorgung. Zusammen mit dem Auftraggeber SkySails wurden bei der Entwicklung des Bauteils diverse Möglichkeiten diskutiert, bis man sich bei diesem System für einen koaxialen Aufbau entschied. Der Kabellösung liegt die Idee zugrunde, die während des Reckprozesses auftretende Längenänderung durch eine definierte Querkontraktion auszugleichen. Der Flechtvorgang des Seiles erfolgt zusammen mit dem Kabel, wobei das Bauteil anschließend unter Temperatureinfluss gereckt wird. Dabei dürfen die bei der Reckung entstehenden hohen radialen Kräfte nicht die spezifizierten Eigenschaften des Kabels gefährden.

Das verformbare Zentralelement des Kabels wird auf die beim Reckvorgang zu erwartende Zugspannung, Verweilzeit und Temperaturbelastung optimiert. Das Kabel, d. h. die koaxial liegenden Leiter und die hochfesten, elastischen Isolationsschichten, erhält erst durch den Reckvorgang die gewünschten Eigenschaften. Die rechnerische Auslegung des Bauteils wurde vor den Praxistests durch umfangreiche Laborprüfungen überprüft. Um die Anforderungen „minimales Gewicht“ und „maximale Bruchkraft“ bei „minimaler Dehnung“ zu erfüllen, musste einerseits der Rohstoff hochmodulares Polyethylen (Dyneema des Herstellers DSM) eingesetzt werden wie auch eine Veredelung nach der Kabelumflechtung erfolgen. Dies geschieht mit Hilfe des thermischen Reckprozesses, der die Steigerung der Bruchkraft des Seils um bis zu 20 % bei konstantem Durchmesser ermöglicht. Die Seilkonstruktion musste speziell für die Einbringung der Leitung optimiert werden, um die Seilleistungsfähigkeit sicher zu stellen.

Kombination aus Seil und Kabel erschließt vielfältige Einsatzgebiete

Die neuartige Kombination aus Seil und Kabel könnte sicherlich weitere Märkte erschließen. Immer dann, wenn Spannungen und Signale übertragen und große Zugkräfte aufgenommen werden sollen, könnte sich diese Lösung anbieten. Die Vorteile liegen in der hohen Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse, der Flexibilität des Seils, der Biegewechselfestigkeit und der hohen Performance im elektrischen Bereich. Denkbar sind vielfältige Einsatzgebiete, wie z. B. bei Seilwinden, Rettungsseilen, Versorgungsleitungen für Tauchroboter, Aufhängung von Messeinrichtungen beispielsweise Bojen usw.. Dabei können notwendige Systemanpassungen für spezielle Anforderungen aufgenommen und anwendungsspezifisch umgesetzt werden.

Durch die breite Nutzung der SkySails-Technologie könnten laut einer Studie der Internationalen Schifffahrtsorganisiation (IMO) der Vereinigten Nationen, in der Welthandelsflotte jährlich rund um den Globus bis zu 100 Millionen Tonnen Kohlendioxid eingespart werden. Das entspricht 11 Prozent der gesamten CO2-Emissionen in Deutschland. (jus)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:25617880)