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Elektroboot ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Fur die deutschen U Boot Typen XXI und XXIII siehe U Boot 1930 bis 1945 Zweiter Weltkrieg Elektroboote und Elektroschiffe sind verschieden grosse Motorboote oder schiffe deren Antrieb mittels Elektromotor via Schraube erfolgt Elektroboote konnen in vielen Touristenzentren ausgeliehen werden Haufig kommt die Energie vom Stromnetz am Land und wird mittels Ladegerat in Akkumulatoren im Wasserfahrzeug eingespeichert wahrend es am Liegeplatz anliegt Dieses Funktionskonzept kann vielfaltig abgewandelt sein Fahrzeuge in Grosse Leistung und Reichweite stark variieren So ist Elektroantrieb bei Segelschiffen nur Hilfsantrieb fur Flaute oder Fahrt im Hafen Im Fahrbetrieb kommt direkte Stromversorgung von Land uber Oberleitung und Stromabnehmer oder luft oder wassergefuhrte Kabel vor Akkus konnen ganz oder teilweise durch Stromerzeugung an Bord geladen werden Durch Sonnenzellen Solarboot Windrad Schleppgenerator im Fahrtwasser Schaufelrad beim Liegen im Fluss Brennstoffzelle samt Brennstoff Neben Schiffsschraube sind auch Schaufelrad und andere Erzeuger fur Vortriebskraft moglich Elektroantrieb kommt auch bei U Booten Torpedos und Modellbauschiffen vor Der Antriebsakku kann direkt oder uber einen separaten Akku auch Bordfunktionen wie Beleuchtung Funk Navigation Kochen mit Strom versorgen Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 1 1 Das erste funktionsfahige Elektroboot 1 2 Weitere Entwicklung bis heute 2 Komponenten 2 1 Energiequelle 2 2 Batterie 2 3 Elektromotor 2 4 Vortriebserzeugung 3 Typen 3 1 Offene Motorboote im klassischen Stil 4 Literatur 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenDas erste funktionsfahige Elektroboot Bearbeiten Hauptartikel Jacobi Boot Die ersten erfolgreichen Versuche mit einem elektrischen Bootsantrieb wurden am 13 September 1839 von Moritz Hermann von Jacobi mit einem umgebauten Ruderboot durchgefuhrt Es war damit das erste funktionsfahige Elektroboot der Welt Eine weitere Versuchsfahrt unternahm Jacobi in den Folgejahren mit einem von ihm optimierten Gleichstrommotor und verbesserten galvanischen Zellen von William Grove Weitere technische Verbesserungen an dem elektrischen Antriebsmotor die Jacobi in den folgenden Jahren durchfuhrte haben im Oktober 1841 weitere Fahrten erforderlich gemacht nbsp Skizze des 1886 auf der Spree eingesetzten Elektrobootes ElectraWeitere Entwicklung bis heute Bearbeiten Zur Internationalen Elektrischen Ausstellung 1883 beforderte ein Elektroboot auf der Donau in vier Stunden 40 Personen von Wien nach Pressburg heute Bratislava 1 Ab 1886 machte man mit der Electra gezielte Erprobungsfahrten auf der Spree zur Losung des Nahverkehrsproblems in Berlin diese Antriebsform konnte sich aber nicht durchsetzen Am Konigssee verkehren von 1909 bis heute elektrisch angetriebene Ausflugsschiffe Die Bootswerft Heistracher baute 1957 Elektroboote die aus Blei Saure Akkumulatoren mit Energie versorgt wurden 2 Mit der ersten Olpreiskrise 1973 74 und dem Olembargo einiger olexportierender Lander in den 1970er Jahren kam wieder Interesse an Elektrobooten auf Hinzu kamen verbesserte Moglichkeiten Akkumulatoren mittels Solarzellen elektrisch zu laden Mit diesen Solarbooten wurde es erstmals moglich gleichzeitig sowohl eine theoretisch unbegrenzte Reichweite wie bei Segelbooten als auch eine Manovrierfahigkeit wie bei Motorbooten zu erreichen Das erste praktisch verwendbare Solarboot wurde vermutlich 1975 in England konstruiert 3 Es gibt Binnengewasser zum Beispiel Talsperren auf denen die Nutzung von Booten mit Verbrennungsmotoren reglementiert oder verboten ist Dies fordert die Nachfrage nach Booten mit alternativen Antriebssystemen wie Solar und Brennstoffzellenboote mit Methanol denkbar aus Wasserkraft 2014 wurden in Berlin mit der FahrBar die erste akkuelektrische Personenfahre eingesetzt inzwischen sind es 5 Fahren die erstaunlicherweise nicht von Berliner Gesellschaften sondern von der Weisse Flotte in Stralsund betrieben werden 2015 ging die Ampere als erste akkuelektrische Fahre fur Pkw 4 in Norwegen nordlich von Bergen in Betrieb Ladestationen befinden sich an beiden Anlegestellen zu beiden Seiten eines Fjords 5 Seitdem verkehren in Norwegens Scharengewasser zunehmend akkubetrieben Fahrschiffe BB Green ist ein akkuelektrisch betriebenes 80 Luftkissenboot das im Marz 2017 in Riga Lettland vom Stapel lief Das Demonstrationsschiff ist Ergebnis EU geforderter Forschung und mit 30 Knoten Reisegeschwindigkeit ein besonders schnelles Elektroboot fur 99 Passagiere und 14 Seemeilen Distanz wonach es 20 Minuten Ladezeit Super Charging benotigt BB Green ist ein Akronym aus Battery powered Boats providing Greening Resistance reduction Electric Efficiency and Novelty 6 7 8 2017 ging mit Elektra Schiff 2017 in Finnland eine erste Elektrofahre in Betrieb Seit Juni 2017 fahrt ein Fahrschiff mit akkuelektrischem Antrieb in Taiwan Zusatzlich weist es einen Dieselmotor plus Generator als Range Extender auf 9 2019 wurde von der Kibitzwerft in Havelberg mit der Suncat 120 das erste von zwei Fahrgastschiffen mit Akkuantrieb fur 180 Passagieren an die Berliner Reederei SolarCircleLine abgeliefert Zum Aufbau der entsprechenden Ladeinfrastruktur wurde im Fruhjahr 2018 in Berlin daher auch der der Verband fur Elektroschifffahrt und Ladeinfrastruktur gegrundet In Venedig gab es schon langer Hybridboote mit Elektro und Dieselantrieb 2020 startet E concept den Aufbau eines Systems von Lademasten entlang der Kanale fur Privatboote sowie Schiffe fur den Passagiertransport um Abgase und CO2 Emissionen zu reduzieren 10 2021 die Elektra ist das weltweit erste emissionsfreie Schubboot Komponenten BearbeitenWie alle Fahrzeuge brauchen Elektroboote fur die benotigte Energie eine primare Quelle eine Speichermoglichkeit und eine Umwandlung in mechanischen Vortrieb in der Regel Elektromotoren und Propeller oder Schaufelrader Energiequelle Bearbeiten nbsp Elektroaussenborder mit BatteriekastenBei den meisten Elektrobooten werden die Akkumulatoren mittels Ladegerat am landseitigen Stromnetz aufgeladen Die Umweltfreundlichkeit solcher Elektroboote besteht in den geringen direkten Larm und Schadstoffemissionen des Bootes selbst hangt jedoch indirekt vom eingekauften Strommix ab Wirkungsgrad und Umweltfreundlichkeit eines thermischen Kraftwerkes sind in der Regel besser als bei individuellen Verbrennungsmotoren Elektrische Lademoglichkeiten sind in Marinas ublich In einigen Gegenden sind sie in Hafen und bei Anlegestellen fur Touristen zu finden Windgeneratoren sind bei Segelyachten ublich Sie sind wie die vom Fahrtwasser angetriebenen Schlepp Generatoren bei starkem Wind unterwegs nutzlich besonders jedoch bei Liegezeiten im Hafen oder vor Anker Bei den ublichen Grossen sind es jedoch bestenfalls Hilfsantriebe Es gibt einige Yachten mit so grossen Windturbinen dass diese den Hauptantrieb stellen Sie arbeiten jedoch rein mechanisch es sind noch keine primar mit Wind betriebene Elektroboote bekannt Grossere Windturbinen stellen auf einem kleinen Boot ein schwierig zu losendes Sicherheitsproblem dar Solarzellen konnen auf vorhandenen oder extra errichteten Flachen angebracht werden Die meisten Solarboote haben horizontale Solardacher da diese selbst gegenuber starken Winden relativ unempfindlich sind Jedoch kann eine der Sonne zugeneigte Flache mehr Leistung abgeben und verstellbare Flachen sind unabdingbar wenn Solarboote im Winter in nordlichen Breitengraden betrieben werden sollen Die Grosse der Solarflache bestimmt Leistungsfahigkeit und Reichweite Solarboote mit verhaltnismassig grossen solar nutzbaren Flachen erreichen bei guten Bedingungen ihre Reisegeschwindigkeit ohne Energie aus der Batterie zu nehmen oder konnen gleichzeitig fahren und die Batterie laden Solche Boote konnen selbst bei Bewolkung Fahrt machen ohne die Batterie zu verwenden und haben somit meistens eine unbegrenzte Reichweite Solarzellen konnen auch landseitig am Liegeplatz eines Elektroboots oder Solarboots aufgebaut werden und stehen so wahrend der meist langen Liegezeiten der Boote zur Verfugung Ublicherweise werden solche Anlagen mit dem Stromnetz verbunden damit die uberschussige Sonnenenergie ins Netz eingespeist werden kann wenn die Bootsbatterie voll geladen ist oder im Gegenteil vom Stromnetz geladen werden kann wenn die Einstrahlung nicht ausreicht Bei einigen Solarbooten werden dazu auch die Solarzellen an Bord in den Netzverbund einbezogen Solche Boote liefern uber das Jahr gemittelt meistens einen Uberschuss ins Stromnetz Schlepp Generatoren sind bei Segelyachten ublich die lange Strecken zurucklegen Bei kraftigem Wind wird nahe der Rumpfgeschwindigkeit gesegelt Der zusatzliche Widerstand des Generators fallt dann kaum ins Gewicht Bei Flaute kann die so gespeicherte Energie bei eingeholtem Schlepp Generator wieder verwendet werden Einige Boote benutzen statt eines geschleppten Generators den normalen Propeller und den elektrischen Bootsmotor auf diese Weise Jedoch sind bei einem ublichen Propeller die Flugel fur den Generatorbetrieb falsch herum Warmekraftmaschinen konnen mit Generatoren auch zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden Dieselelektrische Antriebe ohne elektrische Energiespeicherung finden bei grossen Schiffen Verwendung Sie werden jedoch nicht zu den Elektrofahrzeugen gezahlt da ohne Verbrennungsmotor kein Betrieb moglich ist Mit elektrischer Energiespeicherung wird dieser Mischantrieb als Hybridantrieb bezeichnet Sehr bekannte Vertreter sind konventionelle militarische U Boote In der Schifffahrt sind grundsatzlich zwei Varianten verbreitet Beim Serienhybrid ladt ein kleiner Generator mit Verbrennungsmotor oder Stirlingmotor die Batterie Der Bootsantrieb erfolgt ausschliesslich uber den Elektromotor Beim Parallelhybrid wirken sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor auf die Antriebswelle und konnen auch unabhangig voneinander verwendet werden Beim Betrieb des Verbrennungsmotors kann der Elektromotor als Generator wirken und ladt dann die Batterie Die Abwarme des Verbrennungsmotors kann durch Warmeubertrager auch fur die Heizung oder Zubereitung von Warmwasser verwendet werden Lautlose Brennstoffzellen finden seit 2003 bei deutschen U Booten der Klasse 212 A fur die Tauchfahrt Anwendung Ein Prototyp fur die Kombination von Photovoltaik und reversibel betriebenen Wasserstoff Brennstoffzellen die Solgenia wird als Forschungsschiff an der Hochschule Konstanz entwickelt und seit Anfang 2007 auf dem Bodensee im praktischen Betrieb eingesetzt Wahrend viele Schiffe mit Kernenergieantrieb ohne Umwandlung der Antriebsenergie in elektrischen Strom zum Betrieb eines Elektromotors angetrieben werden ist analog zum dieselektrischen Antrieb auch dieser Umweg moglich Fur verschiedene Verbraucher an Bord z B Beleuchtung Elektrik wird ublicherweise ohnehin ein Teil der Leistung des Reaktors in elektrischen Strom umgesetzt analog Lichtmaschine beim klassischen Verbrenner Pkw Da auch ein ausgeschalteter Kernreaktor jedoch das Kuhlmittel zum Abfuhren der Nachzerfallswarme standig in Bewegung halten muss bzw bei Kuhlung mit Flussigmetall dieses gegebenenfalls beheizen muss um es flussig zu halten ist jedoch der Vorteil des Akkubetriebs in Bezug auf Gerauschemissionen eher gering Da Kernspaltung keinerlei Sauerstoff verbraucht ist auch die getauchte Reichweite bei U Booten nicht hoher wenn etwaige Akkus benutzt werden Es ware prinzipiell auch moglich einen thermoelektrischen Radioisotopen Generator RTG wie er in der Raumfahrt vielfaltige Anwendung findet als Energiequelle eines elektrischen Bootes zu verwenden dies wurde jedoch bisher nicht realisiertBatterie Bearbeiten Wie bei Landfahrzeugen ist auch bei Booten die Batterie die Komponente die die Eigenschaften des Fahrzeugs am starksten einschrankt da die Energiedichte im Vergleich zu chemischen Energiespeichern kleiner ist Zumindest bei langsamen Verdrangungsbooten ist das allerdings weniger durch das Gewicht als durch die Kosten gegeben besonders da alle elektrochemischen Batterien eine stark begrenzte Lebensdauer haben Bei kleinen Antrieben sind immer noch Blei Saure oder Blei Gel Batterien ublich die aber durch den tragen Ionenaustausch sehr schnell an ihrer Leistungsgrenze ankommen und bei Uberlastung nur kurze Lebensdauer haben Die Grosse der Batterie bestimmt mehr als jede andere Komponente die Verwendbarkeit des Elektro oder Solarboots Eine grosse Batterie erlaubt eine ordentliche Reichweite bei niedrigen Geschwindigkeiten mit einer einzigen Ladung wurden bereits uber 200 km erreicht 11 Extreme Solarboote haben gar keine oder nur eine sehr kleine Batterie Vergnugungsboote sind in der Regel mit einem Akkumulator ausgestattet der fur eine Tagesreise ausreicht Andererseits sind beispielsweise bei einem Kajut Elektroboot 12 am Chiemsee mit 8 Blei Gel Akkumulatoren von dem deutschen Hersteller Sehmataler Akkuwerk Reichweiten von bis zu ca 200 km bei etwa 6 km h moglich entspricht einer Fahrzeit von uber 30 Stunden Die chemische Haltbarkeit betragt laut Hersteller ca 12 Jahre oder 700 Ladezyklen Elektromotor Bearbeiten Der Elektromotor ist eine Komponente jedes Elektroboots Neben den Inbordmotoren beliebiger Bauart gibt es fur kleine Boote eine grosse Auswahl an Aussenbordern Um das Boot zu manovrieren ist mindestens ein Vor und Ruckwartsschalter notig am besten mit einigen Stufen Heute sind elektronische Regler ublich die eine stufenweise Anpassung bis zu den kleinsten Geschwindigkeiten erlauben Solche Boote sind besonders einfach zu fahren Moderne Regler erlauben einen 4 Quadranten Betrieb das heisst Antrieb und Bremsung sind jeweils vorwarts und ruckwarts moglich Ublicherweise wird jedoch durch Antrieb in Ruckwartsstellung gebremst Hochleistungsmotoren sind meist Innenbord Drehstrommotoren Asynchron oder Synchron mit Zweikreis Wasserkuhlung Der Motorregler wandelt den von Lithium Akkus und oder Supercaps kommenden Gleichstrom in Drehstrom entsprechend der Vorgabe vom Fahrhebel um Damit man auch Lenktriebe Z Triebe verwenden kann gibt es auch schnelllaufende Motoren bis etwa 5000 1 min in der Vibrationsklasse S1 Mit diesen Antrieben konnen auch mehrmotorige Luxusyachten auf Gewassern fahren auf denen ein Verbot fur Verbrennungsantriebe besteht Dieses Antriebskonzept wurde von Bootshop Rust in Zusammenarbeit mit Aquamot ausgearbeitet und damit sind auch Geschwindigkeiten von uber 100 km h nicht mehr Utopie Der Vorteil dieser Technologie ist das extrem hohe Drehmoment es werden Beschleunigungswerte erzielt die auch von wesentlich leistungsstarkerer Verbrennungsmotoren nicht erreicht werden Die Beschleunigungsrampe muss sogar flacher programmiert werden um die Mechanik nicht zu uberlasten Vortriebserzeugung Bearbeiten Der Propeller ist der moderne Bootsantrieb schlechthin obwohl auch Schaufelrader moglich sind die beim Anfahren und Bremsen ihre Vorteile haben Um eine befriedigende Reichweite zu erhalten ist bei Elektrobooten ein besonders hoher Wirkungsgrad notwendig Deshalb werden eher grosse langsam drehende Propeller eingesetzt wobei jedoch ein Kompromiss mit den Gebrauchseigenschaften gefunden werden muss vor allem bezuglich Tiefgang und Anfalligkeit auf Seegras Die geforderten niedrigen Drehzahlen lassen sich nur mit Spezialmotoren besonders grossen Motoren oder mit Getrieben erreichen Der magnethydrodynamische Antrieb wurde bisher nur als Prototyp realisiert und ist Forschungsgegenstand Typen BearbeitenHistorische Elektroboote sind vor allem in Grossbritannien popular 13 nbsp Ein Elektroboot der Bay Seenschifffahrt am Konigssee fur ca 80 PassagiereElektroboote fur Binnengewasser Viele Kanale Flusse und Seen sind relativ klein und windgeschutzt und haben oft Geschwindigkeitsbeschrankungen Auf einigen Gewassern sind Elektroboote die einzigen zugelassenen Motorboottypen Auf Grund der geringen Energiedichte sind Elektroboote nicht fur Anwendungen mit dauerhafter hoher Leistungsanforderung zum Beispiel dauernd hohe Geschwindigkeiten oder lange Fahrten gegen Stromung Wind und Wetter geeignet Es gibt Anwendungen als Fahren z B FahrBar in Berlin bis hin zur Autofahren z B Ampere in Norwegen Offene Motorboote im klassischen Stil die mit Lithium Akkus und leistungsstarken Elektromotoren Gleitgeschwindigkeiten erreichen Elektroaussenborder Die als Massenprodukt erhaltlichen Elektroaussenbordmotoren fur kleinere Boote haben wegen der kleinen schnell drehenden Propeller eher schlechte Wirkungsgrade sind aber ausgereift Einige in Kleinserien oder als Prototypen hergestellte Aussenborder haben hohere Wirkungsgrade und eignen sich fur Vergnugungsboote Die Lebensdauer mancher Typen ist ohne intensive Wartung ungenugend fur den professionellen Einsatz beispielsweise bei Fahren Segelyachten haben heute fast immer einen Hilfsmotor Es gibt zwei hauptsachliche Verwendungszwecke zum einen als Flautenschieber und zum anderen um in Hafen oder engen Einfahrten zu manovrieren Fur beide Zwecke kann ein Elektroantrieb gute Dienste leisten denn bei langsamer Fahrt bei Flaute wird sehr wenig Leistung benotigt und es kann auch mit einer kleinen Akkumulator sehr lange gefahren werden Hafenmanover dauern hingegen meistens wenige Minuten und selbst kleine Elektromotoren konnen wahrend dieser Zeit grossere Leistungen bereitstellen und sind sehr fein regelbar Die Emissionsfreiheit Wartungsarmut und geringe Larmentwicklung von Elektroantrieben kommen diesem Anwendungsfall ebenfalls entgegen Hybridboote verwenden wie weiter oben beschrieben meistens einen Verbrennungsmotor und ein Elektromotor Bei kleinen oder besonders widerstandsarmen Booten haben sich stattdessen auch Muskelkraft Antriebe bewahrt nbsp Passagier Solarboot Solifleur Yverdon 1995Solarboote Photovoltaik wird auch bei Booten eingesetzt Im Gegensatz zu Elektrobooten nutzen Solarboote die direkte Sonnenstrahlung als Energiequelle Jedoch besteht ein stufenloser Ubergang zwischen reinen Elektrobooten und reinen Solarbooten Es gibt Solarboote ohne Batterie fur Rekordzwecke solche mit einer ganz kleinen Batterie fur Rennzwecke Gebrauchssolarboote fur Reisezwecke und Vergnugungsboote mit wenig Solarzellen Beim letztgenannten Bootstyp sind die Batterien so ausgelegt dass sie den Verbrauch am Wochenende etwa decken konnen Die wenigen Solarzellen ubernehmen die Nachladung der Batterie bis zum nachsten Wochenende Weitere Angaben und Verweise siehe Solarfahrzeug Oberleitungsfahren beziehen ihre Energie aus einer Oberleitung ahnlich O Bussen Elektrisch betriebene Kettenschiffe werden bis heute in Frankreich eingesetzt um lange schlecht beluftete Tunnel zu bewaltigen Die meisten Unterseeboote fahren im getauchten Zustand elektrisch zivile U Boote meist sogar rein elektrisch Offene Motorboote im klassischen Stil Bearbeiten Man bezeichnet elektromotorisch angetriebene offene kleine Motorboote mit klassischer Formgebung des Rumpfs als Elektro Runabouts Sie konnen bis circa acht Personen transportieren Die erzielbaren Leistungen genugen bereits fur den Betrieb weiterer Wassersportarten So ist beispielsweise das Wasserski Fahren im Nachstrom eines Elektro Runabouts moglich Entwurfsziele Im Unterschied zu bisherigen Elektro Booten ist das Entwurfsziel eines Elektro Runabouts das Erzielen eines Maximums an Fahrspass Fahrspass Maximierung Das Maximum an Fahrspass als Entwurfsziel wird durch besondere Fokussierung auf die Teilbereiche Antriebstechnik Hydrodynamik und Aerodynamik erzielt Insbesondere die Antriebstechnik bietet aktuell grosse Fortschritte im Bereich elektromotorischer Konzepte Gewichts Minimierung Die Gesamtmasse eines Elektro Runabouts hangt entscheidend von seinem Energiebedarf ab Das bedingt ein weiteres Entwurfsziel Die Minimierung der Gesamtmasse Um den Fahrspass das ubergeordnete Ziel einzuhalten mussen die oben genannten weiteren Bereiche Hydrodynamik Aerodynamik optimiert werden Technische Details Antriebstechnik Die Konzeption der Elektro Runabouts setzt eine hohe Leistungsfahigkeit der Akkumulator Zellen voraus Auf Lithium Technologie basierende Zellen bieten die notige Leistungsfahigkeit Energiespeicherung Als Energiespeicher dienen dem Elektro Runabout Akkumulatoren Sie werden in mehreren Einheiten sog Akku Zellen an geeigneten Orten an Bord der Boote platziert Abhangig vom Energiebedarf des Bootes bestimmt sich die Grosse und Anzahl der Akku Zellen Propulsionsanlagen Als Propulsionsanlagen kommen sowohl alle gangigen sowie auch ungewohnliche in Betracht Stromungsmechanik Eine Optimierung der Stromungsverhaltnisse erfolgt mit der Analyse der vorhandenen Stromung entlang des Boots Hydrodynamik Die Hydrodynamik ist optimal wenn der Widerstand des Bootes bzgl des Wassers minimiert ist Aerodynamik Die Aerodynamik ist optimal wenn die Widerstandskraft des Bootes bzgl der Luft minimiert ist Literatur BearbeitenAnwendung des Elektro Magnetismus als Triebkraft zur Schifffahrt In Polytechnisches Journal 71 1839 Miszelle 2 S 411 413 Elektrisches Boot In Brockhaus Konversations Lexikon 1894 1896 5 Band S 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