Tiefbau
Die ersten Elektroautos erschienen 1828 vor Autos mit Verbrennungsmotoren (ICE). Zu Beginn des 20. Jahrhunderts machten Elektrofahrzeuge über ein Drittel der gesamten US-Fahrzeugflotte aus. Dann begannen sie jedoch allmählich, ihre Positionen aufzugeben und gaben den Autos in Bezug auf Reichweite, Tankkomfort und andere Parameter nach.
Mehrere Gestaltungsmöglichkeiten für Elektrofahrzeuge sind realisierbar. Ein klassisches Elektrofahrzeug wird mit Batterien betrieben, die an einer Ladestation geladen werden. Ein Elektrofahrzeug mit externer Versorgung mit elektrischer Energie erhält Strom von Außenleitern durch ein Kontaktverfahren oder durch elektromagnetische Felder. Zum Aufladen der Batterien eines Elektrofahrzeugs kann ein Verbrennungsmotor mit Generator eingebaut werden oder mit katalytischen Brennstoffzellen direkt Strom aus flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen erzeugt werden. Alle oben genannten Schemata können auf verschiedene Weise kombiniert werden.
Das Interesse an Elektrofahrzeugen nahm von Zeit zu Zeit wieder zu, meist während des Anstiegs der Preise für Erdölprodukte, verblasste aber schnell: Autos mit Verbrennungsmotor blieben außer Konkurrenz. Infolgedessen haben sich Geräte mit Elektroantrieb im Bereich des Transports mit externer Stromversorgung durchgesetzt: Elektrozüge, Straßenbahnen und Trolleybusse, in der Nische der Lagertechnik.
Ein separates Segment kann durch Sonderausstattungen unterschieden werden, beispielsweise Mining-Muldenkipper mit einer Tragfähigkeit von über 100 Tonnen, bei denen ein elektromechanisches Getriebe verwendet wird.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts erwachte das Interesse an Elektrofahrzeugen auf einem neuen Niveau. Ausschlaggebend war nicht der Anstieg der Preise für Ölprodukte, sondern die Forderung der Umweltaktivisten, schädliche Emissionen zu reduzieren. Die von vielen Elon Musk verehrte (gehasste) amerikanische Firma Tesla wurde zu dem Hersteller, der die "Umweltwelle" so gut wie möglich geritten hat.
Aber wer und wie auch immer sie sich auf Elon Musk beziehen, es ist nicht zu leugnen, dass Tesla großartige Arbeit geleistet hat: Tatsächlich wurde ein eigenes Segment des Automarktes geschaffen, Elektroautos sind zu einem Bereich geworden, in dem Autogiganten begonnen haben aktiv zu investieren. Wird in irgendeiner Richtung aktiv entwickelt, wird das Ergebnis früher oder später erreicht. Es wird neue Batterien mit erhöhter Kapazität, hohen Laderaten und erweitertem Temperatureinsatzbereich geben, effizientere und kompaktere Elektromotoren, mit integrierten Getrieben, die in Motorräder mit geringer ungefederter Masse platziert werden können und weitere Entwicklungen.
Es besteht kein Zweifel, dass Elektroautos in absehbarer Zeit Autos mit Verbrennungsmotor praktisch ersetzen werden, und zwar nicht aus Umweltgründen, sondern wegen der allgemeinen technischen Überlegenheit von Elektrofahrzeugen.
Militärische Ausrüstung
1917 produzierte die französische Firma FAMH 400 Saint-Chamond-Panzer mit Crochat Collendeau-Elektrogetriebe, bei dem ein Panhard-Benzinmotor direkt mit einem elektrischen Generator verbunden war, der zwei Elektromotoren antrieb, die jeweils mit einem Antriebsrad und einer Raupe verbunden waren Fahrt. Ebenfalls 1917 wurde in Großbritannien ein Panzer mit Elektrogetriebe von Daimler und British Westinghouse getestet.
Spätere Beispiele sind die deutsche schwere selbstfahrende Artillerieeinheit (SAU) "Ferdinand" ("Elefant") mit einem Gewicht von 65 Tonnen. Das Kraftwerk "Ferdinand" umfasste zwei V-förmige 12-Zylinder-wassergekühlte Vergasermotoren "Maybach" HL 120 TRM mit einem Hubraum von 265 Litern. pp., zwei Elektrogeneratoren Siemens-Schuckert Typ aGV mit einer Spannung von 365 Volt und zwei Traktions-Elektromotoren Siemens-Schuckert D149aAC mit einer Leistung von 230 kW, die sich im Heck des Rumpfes befinden und jedes ihrer Räder durch eine Untersetzung antreiben Getriebe nach einem Planetenschema hergestellt.
Obwohl Ferdinand relativ neu ist, gibt es nicht viele Beschwerden über ihre Arbeit. Als solches sind die höhere Komplexität und Kosten im Vergleich zu Kraftwerken klassischer Bauart sowie der Bedarf an Kupfer, das in Deutschland knapp ist, in erheblichem Umfang einzusetzen.
Neben den selbstfahrenden Geschützen Ferdinand wurde auch beim deutschen superschweren Panzer, dem 188-Tonnen-Panzer Maus, der Einsatz von elektrischem Antrieb in Betracht gezogen.
Etwa zur gleichen Zeit wurde in der UdSSR auf der Grundlage des KV-1-Panzers ein experimenteller schwerer Panzer EKV mit einem elektromechanischen Kraftwerk entwickelt. Das technische Design des EKV-Panzers wurde im September 1941 entwickelt, und 1944 ging der Prototyp des EKV-Panzers zur Erprobung. Es wurde angenommen, dass der Einsatz eines elektromechanischen Getriebes am Tank den Kraftstoffverbrauch senken, die Manövrierfähigkeit und die dynamischen Eigenschaften des Tanks verbessern würde.
Das elektromechanische Getriebe des EKV-Panzers umfasste einen DK-502B-Startergenerator, der mit einem V-2K-Dieselmotor verbunden war, und zwei DK-301V-Fahrmotoren mit zwei Bordgetrieben und Steuergeräten.
Nach den Testergebnissen wurde die Konstruktion des EKV-Tanks als unbefriedigend erkannt, die Arbeiten an dem Projekt wurden eingeschränkt.
Projekte von "elektrischen" Panzern wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts in Großbritannien, den USA, der UdSSR, Deutschland und Frankreich sowie in anderen Ländern durchgeführt. Trotzdem haben Panzer und gepanzerte Fahrzeuge mit traditionellem Layout derzeit die maximale Entwicklung erfahren.
Vorteile und Perspektiven
Warum kommt trotz der Vielzahl abgeschlossener Versuchsprojekte immer wieder das Thema Sicherstellung des elektrischen Antriebs von Bodenkampffahrzeugen auf?
Auf der einen Seite gibt es eine Entwicklung von Technologien, deren Einsatz in Elektroantrieben es ermöglicht, mit bisher nicht erreichbaren positiven Ergebnissen zu rechnen. Permanentmagnet- und asynchrone Elektromotoren, hocheffiziente Stromgeneratoren, Stromverteilungssysteme, Schnellladebatterien und vieles mehr werden entwickelt.
In letzter Zeit sprechen wir nicht nur über Bodentechnik mit Elektroantrieb, sondern auch über die Schaffung von vollelektrischen Flugzeugen bis hin zu größeren Passagiermodellen.
Andererseits werden die Vorteile, die Elektroantriebe für Bodenkampfausrüstung bieten können, zunehmend nachgefragt:
- die Möglichkeit einer flexiblen Anordnung des Kampffahrzeugs aufgrund des Fehlens der elektrischen Übertragung von Einheiten mit einer starren mechanischen Verbindung, die durch die Wellen bereitgestellt wird;
- erhöhte Überlebensfähigkeit militärischer Ausrüstung aufgrund der Möglichkeit der Redundanz der Komponenten der elektrischen Übertragung;
- die Möglichkeit, feuergefährliche hydraulische Antriebe zugunsten elektrischer Antriebe aufzugeben;
- die Möglichkeit der Bewegung militärischer Ausrüstung auf begrenzten Abschnitten des Weges im maximalen Tarnmodus mit minimaler Demaskierung durch Schall- und Wärmeeigenschaften;
- die Fähigkeit, beim Bremsen Strom zurückzugewinnen;
- die besten dynamischen Eigenschaften und Geländeparameter von gepanzerten Fahrzeugen, die mit einem Elektrogetriebe ausgestattet sind;
- große Kontrollierbarkeit von gepanzerten Fahrzeugen mit Elektroantrieb;
- die Fähigkeit, eine ausreichende Menge an Strom für eine ständig wachsende Anzahl von Geräten, Sensoren und fortschrittlichen Waffen bereitzustellen.
Schauen wir uns diese Vorteile genauer an. Die Hauptenergiequelle ist ein Diesel oder eine Gasturbine, bei Autos mit Elektrogetriebe haben sie eine höhere Ressourcen- und Effizienz, da zunächst die optimale Motordrehzahl gewählt werden kann, bei der es zu minimalem Verschleiß und maximalem Kraftstoffverbrauch kommt Effizienz. Die erhöhten Belastungen beim Beschleunigen und heftigen Rangieren werden durch die Pufferbatterien ausgeglichen.
In Kombination mit einem Generator kann beispielsweise eine schnelllaufende Gasturbine installiert werden, die im "Ein / Aus"-Modus zum Aufladen der Pufferbatterien arbeitet, ohne die Drehzahl zu ändern.
Beim Elektrogetriebe müssen keine sperrigen Wellen und Getriebe verbaut werden. Die mechanische Verbindung im Elektrogetriebe ist nur in den Paaren Motor-Elektro-Generator und Elektromotor-Rad vorhanden, diese Einheiten können jedoch als eine Einheit hergestellt werden. Der Rest der Einheiten ist mit flexiblen Kabeln verbunden.
Im Gegensatz zu mechanischen Verbindungen können elektrische Verbindungen um ein Vielfaches redundant sein. So können beispielsweise beim Zusammenbau des Gehäuses geschützte Kabelkanäle verlegt werden, die einen universellen Strom- und Datenbus inklusive Strom- und Datenkabel aufnehmen.
Die räumliche Trennung von Energiequellen, Versorgungs- und Kommunikationskanälen sowie Motoren und Propellern mit erhöhter Wahrscheinlichkeit ermöglicht es dem Kampffahrzeug, bei Beschädigung die Mobilität und das Lagebewusstsein zu bewahren, was die Möglichkeit gewährleistet, das Kampffahrzeug aus der Schusszone zurückzuziehen und Evakuierung vom Schlachtfeld.
Die Abkehr von hydraulischen Antrieben zugunsten elektrischer Antriebe wird auch dazu beitragen, die Überlebensfähigkeit von Bodenkampffahrzeugen zu erhöhen, sowohl wegen der geringeren Brandgefahr der letzteren als auch wegen ihrer höheren Zuverlässigkeit. Die russische Luftwaffe will bis 2022 auf hydraulische Antriebe des Jagdflugzeugs Su-57 der fünften Generation verzichten.
Das Vorhandensein von Pufferbatterien ermöglicht es Ihnen, mobil zu bleiben, ohne den Hauptmotor einzuschalten, wenn auch über einen ziemlich begrenzten Abschnitt. Dadurch können vielversprechende Kampffahrzeuge neue taktische Szenarien für die Durchführung von Kampfhandlungen aus dem Hinterhalt umsetzen, wenn sich das gepanzerte Fahrzeug im Standby-Modus in voller Kampfbereitschaft befindet und seine thermische Signatur mit der Umgebungstemperatur vergleichbar ist.
Batterien bieten auch die Möglichkeit, sich bei einem Ausfall des Hauptkraftwerks zu bewegen, wodurch gepanzerte Fahrzeuge das Schlachtfeld selbstständig verlassen können. Um ein Kampffahrzeug mit Elektrogetriebe zu evakuieren, reicht es in einigen Fällen aus, es einfach an eine externe Stromquelle anzuschließen. So kann beispielsweise ein Bergepanzer auf diese Weise gleichzeitig zwei weitere gepanzerte Fahrzeuge mit teilweise beschädigter elektrischer Übertragung evakuieren, indem einfach Stromkabel darüber geworfen werden.
Wie bei zivilen Elektrofahrzeugen kann bei gepanzerten Fahrzeugen mit elektrischem Getriebe beim Bremsen eine Energierückgewinnung erfolgen.
Bodenkampffahrzeuge mit Elektroantrieb werden durch die stufenlose Kraftübertragung auf die Propeller sowie die flexible Kraftverteilung zwischen den Elektromotoren an Backbord- und Steuerbordseite beste Mobilitäts- und Steuerbarkeitseigenschaften aufweisen. Beispielsweise wird während einer Kurve ein Leistungsabfall des Nachlaufwulstmotors durch einen Leistungsanstieg des Nachlaufwulstmotors ausgeglichen.
Einer der wichtigsten Vorteile der elektrischen Übertragung wird die Möglichkeit sein, Geräte und Sensoren mit Strom zu versorgen, beispielsweise Radarstationen (Radare) zur Aufklärung, Führung und Rundumverteidigung des aktiven Schutzkomplexes.
In naher Zukunft werden Laserwaffen ein fester Bestandteil von Bodenkampffahrzeugen sein, die die Bedrohung durch kleine unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), Panzerabwehrlenkflugkörper und Streusubmunition mit thermischen und optischen Zielsuchköpfen weitgehend neutralisieren können.
Strom kann auch für aktive Tarnsysteme für gepanzerte Fahrzeuge im thermischen und optischen Wellenlängenbereich benötigt werden.
Schlussfolgerungen
Die Entwicklung von bodengebundenen Kampffahrzeugen mit Elektroantrieb dürfte unvermeidlich werden, da sich die Technik verbessert und die Anforderungen an die Stromversorgung von Bordausrüstung und Waffen steigen. Der zivile Markt für Elektrofahrzeuge kann einen erheblichen Einfluss auf die Einführungsrate von bodengebundenen Kampffahrzeugen mit Elektroantrieb haben.
Vielversprechende Bodenkampffahrzeuge mit Elektroantrieb werden die „klassischen“Modelle hinsichtlich Dynamik, Manövrierfähigkeit, Kontrollierbarkeit, Überlebensfähigkeit und Sicherheit sowie, wenn möglich, Platzierung vielversprechender Waffen und Sensoren mit hohem Energieverbrauch darauf übertreffen.
