Endspurt Elektromotor

Wir haben in den letzten zwei Wochen den Endspurt zum Einbau des Elektro-Antriebes in die Timpe Te hingelegt. In diesem Blogpost wollen wir berichten, wie wir vorgergangen sind, welchen Problemen wir begegnet sind und wie wir uns schlussendlich doch noch für eine direkte Kupplung zwischen Motor- und Propellerwelle entschieden haben.

Die beiden Akku-Pole. Hier ist auch die Schnittstelle zum Laden des Akkus.

Als erstes haben wir die 16 Akkuzellen in der steuerbordseitigen Backskiste platziert und in Reihenschaltung miteinander verbunden. Damit der Akku vor Spritzwasser geschützt wird, ist er von einer wasserfesten Tasche ummantelt. Die eigentliche „Trekking-Tasche“ hat nur zwei elektrische Ausgänge für die beiden Pole des Akkus. In unserem Fall sind es Schraubenverbindungen, welche die beidseitig ankommenden Kabel miteinander verbinden. Hier ist auch die Schnittstelle, über die der Akku geladen werden kann. Es sind die einzigen offenen Pole zwischen Akku und Antrieb, die nur mit Polfett eingeschmiert werden, um vor Korrosion geschützt zu sein. Außerdem sind sie gut sichtbar und recht weit auseinander gelegen, sodass die Gefahr einen Kurzschluss zu verursachen, ziemlich gering ist. Für den Zweifelsfall verfügt der Akku im Inneren der Tasche über eine Sicherung, die ab einem Strom von 125A durchbrennt.

Ein Blick in die Akku-Tasche: zu sehen sind die 16 Zellen, die einzelnen Balance-Kabel des BMS‘ die 125A-Sicherung, eine Ladestandanzeige und der bluetooth-Adapter des BMS‘.



Die beiden Polkabel führen auf kürzestem Wege zur Steuerungseinheit. Da die Kabel zwischen den einzelnen Einheiten einen Widerstand darstellen, über die Verluste abfallen, ist es sinnvoll die Komponenten nah beieinander anzuordnen und so die Kabel kurz zu halten. Je nachdem mit welchen Strömen man rechnet, sollte der Kabelquerschnitt außerdem eine gewisse Fläche aufweisen. Dazu gibt es jede Menge Tabellen unter anderem im Netz zu finden. Die Wahl des Kabelquerschnittes ist auch wieder ein Kompromiss zwischen geringen Verlusten, zusätzlichem Gewicht und Beschaffungskosten. Wir haben die Kabel mit einer Querschnittsfläche von 35qmm großzügig dimensioniert und kommen insgesamt nur auf rund 1,50m Kabellänge.

Auch in der Lock’nLock-Box haben wir die Kabeldurchführungen auf ein Minimum begrenzt. Vor Einbau haben wir die schraubbaren Durchführungen mit Polyurethan abgedichtet. Weil die Box ziemlich optimal abgedichtet ist, haben wir einen kleinen Beutel Silicagel hineingelegt. Dieses soll vorhandene Luftfeuchtigkeit aufnehmen.

Der Motor mit der Riemenverbindung auf die Propellerwelle. Motor- und Propellerwelle müssen exakt fluchtend aufeinander ausgerichtet sein. Hierzu dienen diverse Justiermöglichkeiten


Als letztes haben wir dann noch den Elektromotor an der angedachten Stelle verbaut und ausgerichtet. Nach dem Ausrichten des Motors und dem Spannen des Riemens war der Antrieb dann komplett.








Was danach passierte:

Nachdem wir alle Komponenten elektrisch verbunden und am Akku die gewünschte Spannung gemessen hatten, war es dann soweit: In der 70-jährigen Geschichte der Timpe Te lief der Propellerantrieb zum ersten Mal elektrisch!
Anfangs ging eigentlich alles ganz gut. Sowohl Motor- als auch Propellerwelle haben angefangen sich zu drehen und es kam ein wahrnehmbarer Schub auf. Allerdings haben wir schnell festgestellt, dass wir das Motorgestell nicht steif genug konstruiert hatten. Bei gewissen Frequenzen hat der Riementrieb stark angefangen zu schwingen und wurde laut.

Die Begeisterung über diesen Moment ließ dennoch schnell das Bedürfnis nach der ersten Probefahrt wachsen. Also nicht lang schnacken und Leinen los. Doch nach hundert Metern machte der Riementrieb noch ungewöhnlichere Geräusche. Beim Nachgucken wurde klar: alle vier Bordscheiben hatten sich von den Zahnriemenscheiben gelöst. Diese hindern den Riemen daran, in die eine oder andere Richtung von der Riemenscheibe zu rutschen.

Die Zahnriemenscheibe, nachdem sich die Borscheiben gelöst haben.

Wahrscheinlich aufgrund der Schwingung oder immer noch nicht perfekter Ausrichtung des Motors, wirkte so viel Kraft auf die Bodscheiben, dass sich diese einfach vom Kern gelöst haben – so unsere Erklärung dafür. So ging nach weiterem Ausprobieren als nächstes der Riemen flöten und das Vergnügen war erstmal beendet. Zum Glück hat nichts und niemand Weiteres Schaden genommen. Nur die Riemenscheiben mussten für diese Erfahrung ihr Leben lassen.

Diese Aufnahme zeigt, wie wir im Hafen auch ohne Bordscheiben den Antrieb laufen lassen. Verwunderlich: je nach Drehrichtung hat der Riemen immer eine starke Tendenz in die eine oder andere Richtung zu wandern. Die Ursache ist uns bislang auch noch unklar. Wir hatten den Motor oft neu ausgerichtet und nachjustiert.

Der Riemen läuft gewollt nicht exakt am Wellenende der Motorwelle. Hier wurde mit kleinen Veränderungen in der Ausrichtung provoziert, dass der Riemen zwischenzeitlich in die eine oder andere Richtung wandert. Ab einem gewissen Punkt kommt regelmäßig ein schrilles Geräusch auf. Unsere Vermutung: Es sind die Lager des Motors. Gesund hört sich das auf jeden Fall nicht an. Ein Grund mehr, sich nochmal Gedanken zu machen.


Jetzt stand die Frage nach dem weiteren Vorgehen im Raum. Wir hätten das Gestell etwas steifer konstruieren und nochmal neu fertigen lassen können. Wir haben uns schlussendlich doch dagegen entschieden.


Die Idee, Motor- und Propellerwelle über einen Zahnriemen zu verbinden, kam daher, dass so eine 2:1-Untersetzung zwischen den beiden Wellen ohne komplizierte Bauteile realisiert werden konnte. Es sollte der Effizienz des Antriebes zugutekommen. Der Gedanke ist nicht unschlüssig, wenn man sich den Nennbetriebspunkt des Motors ansieht. Dieser liegt bei 3.500 1/min. Drehzahlen für Propeller von Verdrängerbooten liegen allerdings je nach Propeller nur bei 600 -1.700 1/min. Mit der Untersetzung hätten wir also die Drehzahl halbieren und gleichzeitig das auf der Propellerwelle wikende Drehmoment verdoppeln können. Es ist klar, dass über einen Riementrieb auch nicht unerhebliche Verluste abfallen. Allerdings tragen diese, anders als Widerstandsverluste im Motor, nicht zur Erwärmung des Motors bei. Die Festlegung des Nennbetriebspunktes einer Maschine folgt der Idee, maximale Leistung bei maximaler Effizienz abzugeben. Das heißt im Umkehrschluss aber nicht, dass andere Betriebspunkte nicht auch sehr effizient sein können. Sie liegen nur unterhalb der maximalen Leistung, die der Motor, bedingt durch das Drehmoment bei einer gewissen Drehzahl abgeben kann.

Wir haben den Antrieb in der Konfiguration mit Riementrieb einmal auch auf Hochtouren laufen lassen und waren sehr zufrieden mit der Schubkraft. Die aus dem Akku gezogene Leistung betrug an diesem Betriebspunkt rund 3,7kW. Wir wissen leider nicht genau, welche Drehzahl der Antrieb an diesem Betriebspunkt hatte. Dennoch haben wir vermutet, dass der Motor auch ohne eine Untzersetzung genügend Drehmoment aufbringen könne, um die angestrebte maximale Drehzahl von 1.500 1/min zu erreichen. Dass dies nicht de Fall ist, der Antrieb aber für unsere Zwecke dennoch gut funktioniert, werden wir im nächsten Eintrag noch genauer erläutern.

Nah am Wasser gebaut. regelmäßige Kontrolle der Bilge ist ein MUSS bei dieser Konstruktion.
Bei der Kupplung handelt es sich um eine quernachgiebige Kupplung, auch wieder aus Edelstahl. Das Mittelstück der Kupplung bricht ab einem wirkenden Drehmoment von 30Nm – zwei Nm mehr als der Motor maximal aufbringen kann. Falls der Propeller also einmal blockieren sollte, wird der Motor nicht in Mitleidenschaft gezogen.

Wir haben uns also nochmal hingesetzt und eine Motoraufhängung für die direkte Wellenkupplung konstruiert. Konsequenz dieser Konstruktion ist, dass der Motor noch tiefer in die ziemlich flache Bilge der Timpe Te rücken muss. Dafür mussten wir eine Bodenwrange der Motorform anpassen. Das ist aber nur das kleinere Übel, wenn man bedenkt, dass zwischen Motor und dem Wasser in der Bilge im schlechtesten Fall nur wenige Zentimeter Luft sind. Und auch wenn wir den eh schon Schmutz- und Spritzwasserresistenten Motor noch mit weiteren Dichtungen versehen haben, erregt diese Vorstellung ein bisschen Sorgen.

Nach unserer dreiwöchigen Sommertour können wir jetzt zum Glück sagen, dass, wenn die Bilgenpumpe bei Wassereinbruch ihren Job macht, der Motor keine Gefahr läuft mit Wasser in Kontakt zu geraten.














Hier noch ein kleines Video zu dem fertig gestellten Antrieb. Alle Projektverfolger*innen sind natürlich herzlich eingeladen, sich den Antrieb auch in real-life mal anzusehen – kommt vorbei!

Das Video zeigt den laufenden Antrieb bei einer Leistung von ca. 1kW. Wenig Geräusch, kein Gestank: das macht Freude!