Allgemein — U‑Boot-Technologie der Zukunft

Hochleis­tungs­bat­te­rien
Neue Lithi­um­bat­terie für U‑Boote (Foto: TKMS)

Durch Hochleis­tungs­bat­te­rien auf Lithi­um­ba­sis wird in näch­ster Zeit ein weit­er­er Meilen­stein mod­ern­er U‑Boot-Tech­nolo­gie für den Markt zugänglich. Durch die Ver­wen­dung von Hochleis­tungs­bat­te­rien auf Basis der Lithi­um-Poly­mer-Tech­nolo­gie gewin­nt das U‑Boot der Zukun­ft nicht nur an Aus­dauer bei langsamer Fahrt wie durch AIP, son­dern vor allem für Höch­st­geschwindigkeit und bei Marschfahrt.

Seit Lithi­um-Poly­mer-Bat­te­rien in elek­tro­n­is­chen Gebrauchs­ge­gen­stän­den wie Mobil- und draht­losen Tele­fo­nen oder Lap­tops aus unserem All­t­ag nicht mehr wegzu­denken sind, wur­den große Fortschritte gemacht, die Sicher­heit­sprob­leme der ersten Zeit durch mod­erne Bauweisen mit Poly­merelek­trolytzellen und Bat­terie-Man­age­ment-Sys­teme zu lösen.

Ein notwendi­ger Schritt für die U‑Boot- Anwen­dung liegt in der Ver­größerung der Zellen: gegenüber dem heuti­gen Stand der Tech­nik um eine Größenord­nung. Die daraus resul­tieren­den Her­aus­forderun­gen an die Pro­duk­tion­stech­nolo­gie wur­den in ein­er gemein­samen Entwick­lung mit der deutschen Fir­ma GAIA bewältigt.

Mit diesen neuen Bat­teriemod­ulen kann die Bat­terieka­paz­ität bei gle­ich bleiben­dem Bat­terier­aum im Ver­gle­ich zur tra­di­tionellen Bleibat­terie um etwa das dop­pelte für Langzeit­ent­ladung und das Vier­fache für Höch­st­geschwindigkeit erhöht wer­den. Dabei sind Lithi­um­bat­te­rien erhe­blich leichter als Bleibat­te­rien, sodass sie sich für die Ver­wen­dung zusam­men mit den schw­eren Met­all­hy­dridzylin­dern zur Wasser­stof­flagerung für die BZ-Anlage anbi­eten, da der U‑Boot-Entwer­fer die Möglichkeit erhält, die mit­ge­führte Energiemenge für AIP zu erhöhen, ohne den Entwurf des U‑Boots grundle­gend ändern zu müssen.

Abge­se­hen von der Kapaz­ität bieten Lithi­um- Poly­mer-Bat­te­rien dem U‑Boot zahlre­iche weit­ere Vorteile:

  • Die Zellen kön­nen mit sehr hohem Lade­strom aufge­laden wer­den, wodurch die mit höherem Ent­deck­ungsrisiko ver­bun­dene Ver­weilzeit in Schnorcheltiefe ver­ringert wer­den kann;

  • Die Zel­lka­paz­ität kann zu 100 Prozent genutzt wer­den, wom­it ein weit­er­er Kapaz­itätsvorteil im Ver­gle­ich zu Bleibat­te­rien entste­ht;

  • Die Lithi­um-Poly­mer-Bat­te­rien sind wartungs­frei;

  • Sie kön­nen in beliebigem Ladezu­s­tand gelagert wer­den;

  • Sie ver­brauchen kein des­til­liertes Wass­er;

  • Sie geben keine Gase frei;

  • Wasserküh­lung ist nicht erforder­lich;

  • Der Wirkungs­grad der Bat­terie ist wegen des niedri­gen Innen­wider­stands sehr hoch.

Dieser let­zte Vorteil ist gle­ichzeit­ig der einzige Nachteil: Durch den niedri­gen Innen­wider­stand wer­den sehr hohe Kurz­schlussströme erzeugt, die mit entsprechen­den Maß­nah­men im Bor­d­netz berück­sichtigt wer­den müssen.

Zurzeit haben TKMS und GAIA die ersten 500-Ah-Zellen getestet und fahren mit der Prü­fung der ersten Bat­teriemod­ule in voller Größe und Teil­bat­te­rien sowie des Bat­terie-Man­age­menten­sys­tems fort.

Kom­posit­pro­peller

Ein lim­i­tieren­der Fak­tor der üblicher­weise ver­wen­de­ten Mate­ri­alien Bronze oder Sonos­ton ist ihre rel­a­tiv niedrige Mate­ri­aldämp­fung. Um den vom Pro­peller verur­sacht­en Eigengeräusch­pegel, der durch neue Sen­soren zur tief­fre­quenten Iden­ti­fizierung immer mehr an Bedeu­tung gewin­nt, so ger­ing wie möglich zu hal­ten, war ein anderes Mate­r­i­al erforder­lich.

Daher wurde bei HDW die Entwick­lung eines Kom­posit­pro­pellers begonnen. In einem ersten Schritt wurde die tech­nis­che Mach­barkeit nachgewiesen, indem ein Pro­peller auf Basis von CFK mit iden­tis­chen Abmes­sun­gen des Pro­pellers der U‑Boot-Klasse 206A gebaut wurde. Langzeit-Funk­tion­snach­weis­prü­fun­gen an Bord eines im Dienst befind­lichen 206A-U-Boots der Deutschen Marine haben die Mach­barkeit ins­beson­dere hin­sichtlich der Verbindung der CFK-Blät­ter mit der Nabe aus Met­all erfol­gre­ich erwiesen.

Als Folgeschritt wurde ein neuer Pro­peller mit hoher Mate­ri­aldämp­fung gebaut, der jet­zt auf einem U‑Boot der Klasse 212A getestet wird. Par­al­lel wer­den mögliche Verbesserun­gen bei der Verbindung der Blät­ter mit der Nabe geprüft. Der Kom­posit­pro­peller wird von TKMS bere­its als Stan­dar­d­aus­rüs­tung auf zukün­fti­gen U‑Booten ange­boten.