Zu Beginn der Umrüstung war vorgesehen, den Elektromotor über eine 2:1-Untersetzung mit der Propellerwelle zu verbinden. Ziel war es, die hohe Drehzahl des Motors auf eine für den Propeller günstigere Drehzahl zu reduzieren und gleichzeitig das an der Propellerwelle verfügbare Drehmoment zu erhöhen. Die Detaillierte Begründung dafür gibt es im Beitrag Auslegung des Antriebssystems – Propellerkennlinien, Maschinendaten und Systemabstimmung nachzulesen.
In der ursprünglichen Konstruktion waren Motor- und Propellerwelle über einen Zahnriemen miteinander verbunden. Die beiden Zahnriemenräder waren so dimensioniert, dass sich durch ihr Zähneverhältnis eine Propellerdrehzahl ergab, die der halben Motordrehzahl entsprach. Alternativ wäre auch der Einsatz eines Planetengetriebes möglich gewesen, dieses hätte jedoch deutlich höhere Kosten verursacht als die gewählte Riemenlösung.
In der praktischen Erprobung zeigte sich jedoch, dass die Konstruktion mit ihren Befestigungspunkten auf den hölzernen Bodenwrangen nicht die erforderliche Steifigkeit aufwies. Bereits während der ersten Testläufe kam es aufgrund der Verformungen zum Abspringen des Zahnriemens.
An dieser Stelle wäre eine konstruktive Optimierung grundsätzlich möglich gewesen. Aus Zeitgründen erschien es jedoch sinnvoller, Motor- und Propellerwelle zunächst direkt miteinander zu kuppeln. Die Sommertour stand unmittelbar bevor, das Antriebssystem war bereits vollständig eingebaut und es fehlte lediglich noch der Motor.
Die während der darauffolgenden Saison gesammelten Betriebserfahrungen zeigten, dass die direkte Kupplung für unser Fahrprofil, das sich überwiegend auf Fahrten bei Flaute und Hafenmanöver beschränkt, eine gut funktionierende Lösung darstellt. Durch den Wegfall der zusätzlichen Komponenten konnte der gesamte Antriebsstrang deutlich vereinfacht und kompakter ausgeführt werden. Gleichzeitig ergaben sich für bestimmte Betriebspunkte auch Effizienzvorteile.
Konstruktion der Motoraufhängung
Die Motoraufhängung besteht ausschließlich aus gekanteten Edelstahlblechen. Mithilfe des CAD-Modells des Motors, einer vereinfachten Darstellung des verfügbaren Bauraums sowie der CAD-Dateien weiterer Komponenten, beispielsweise der Kupplung, ließ sich die Konstruktion bereits im Vorfeld detailliert planen.
Grundsätzlich ist die Fertigung einer solchen Motoraufhängung auch ohne CAD-Konstruktion möglich. Mit handelsüblichen Profilblechen, Schraubverbindungen sowie Werkzeugen wie Winkelschleifer und Bohrmaschine lässt sich bei entsprechendem handwerklichem Geschick ebenfalls eine funktionale Konstruktion realisieren. Der Einsatz lasergeschnittener und gekanteter Bleche reduziert kann jedoch die Anzahl der Einzelteilereduzieren, ermöglicht komplexere Geometrien und lässt sich trotz dieser Vorteile zu vergleichsweise geringen Kosten umsetzen.
Die Motoraufhängung ist auf den Bodenwrangen montiert und verfügt in allen relevanten Richtungen über Langlöcher. Dadurch kann der Motor während der Montage präzise ausgerichtet werden. Da sich Änderungen in einer Raumrichtung häufig auch auf die übrigen Achsen auswirken, ist eine iterative Justierung erforderlich. Wird der Motor beispielsweise geneigt, verändert sich gleichzeitig die Höhe der Motorwelle. Die Ausrichtung muss daher mehrfach nachkorrigiert werden, bis Motor- und Propellerwelle exakt fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
Die Kupplung zwischen Motor- und Propellerwelle
Die Kraftübertragung erfolgt über eine quernachgiebige Kupplung, die auf beiden Wellen ausschließlich kraftschlüssig befestigt ist. Dadurch kann auf die Herstellung passgenauer Passfedernuten in den Wellen verzichtet werden, was die Fertigung vereinfacht. Das Kunststoff-Zwischenelement der Kupplung gleicht geringe Fluchtungsfehler aus und übernimmt gleichzeitig eine wichtige Schutzfunktion.
Die für den Antrieb verwendete Kupplung ist für ein maximal dynamisch übertragbares Drehmoment von 30 Nm ausgelegt. Der Elektromotor hat ein maximales Drehmoment von 28Nm, also etwas weniger als die die Kupplung übertragen kann. Sollte nun der Propeller einmal blockieren, beispielsweise durch eine Leine im Wasser, bricht das Kunststoff-Zwischenelement der Kupplung und der Motor bleibt verschont.
Lagerung der Propellerwelle
Neben dem Gleitlager am hinteren Ende der Propellerwelle, das sich im Bereich des Rumpfdurchbruchs befindet, ist ein weiteres Lager erforderlich. Dieses dient der Ausrichtung der Propellerwelle und ermöglicht die Übertragung der vom Propeller erzeugten Schubkräfte auf den Rumpf.
Bei den meisten kleineren Bootsantrieben befindet sich dieses Festlager, das sowohl radiale Kräfte als auch die axialen Schubkräfte aufnehmen kann, direkt am Motor beziehungsweise am Getriebe. Die Schubkraft wird dabei über den Motorblock in den Rumpf eingeleitet. Der verwendete Elektromotor verfügt jedoch über Lager, die nicht für die Aufnahme axialer Kräfte ausgelegt sind. Daher ist ein separates Axiallager erforderlich, das die Schubkräfte der Propellerwelle aufnimmt und in den Rumpf überträgt.
Für die Montage des Axiallagers kommen erneut Kantteile und Profile mit Langlöchern zum Einsatz. Diese ermöglichen eine präzise Ausrichtung des Lagers. Um den Verschleiß des achterlichen Gleitlagers möglichst gering zu halten, ist auch hier eine exakte Ausrichtung der Propellerwelle erforderlich.
Bei der Timpe Te wurde ein Axiallager aus Edelstahl verwendet, das die axialen Kräfte der Propellerwelle über vor- und hintergelagerte Klemmringe aufnimmt. Diese kraftschlüssige Art der Kraftübertragung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Konstruktion, da auf die Herstellung von Wellenabsätzen und die Verwendung von Nutmuttern verzichtet werden kann.
Der Elektromotor in Aktion