Dr. Charles Kuehmann leitet die Werkstoffentwicklung in zwei der weltweit innovativsten Unternehmen: Tesla und SpaceX. Und er besitzt eine Elan GT5 mit Deep Blue Hybrid Antriebssystem. Wir haben mit ihm darüber gesprochen, wie er elektrische Energie erlebt.
Sie arbeiten an Elektroautos und Raumschiffen – was zieht Sie raus aufs Wasser?
Mein Vater hatte einen kleinen Hafen am Colorado River, ich bin also mit dem Bootsfahren aufgewachsen. Wir waren immer auf dem Wasser. Ich lernte das Segeln während meines Studiums an der Northwestern University in Chicago und blieb 28 Jahre lang in der Region. Oft war ich mit Schnellbooten oder Daysailern auf dem Lake Michigan unterwegs. Dazu machte ich noch ein paar Charterfahrten in der Karibik. Jetzt lebe ich in Kalifornien, und ich wollte die Gelegenheit nutzen, um längere Reisen zu unternehmen und ganze Wochenenden auf dem Wasser zu verbringen. Es war an der Zeit, mir ein größeres Boot zuzulegen.
Ich glaube, jeder Bootsfahrer hat irgendwann einmal genau diese Worte ausgesprochen. Was erwarteten Sie von Ihrem Upgrade?
Ich wollte unbedingt elektrisch fahren und suchte deshalb nach einem schnellen, leichten und effizienten Rumpf, der trotzdem eine ordentliche Unterkunft für Wochenenden an Bord und Küstenfahrten bietet.
Warum wollten Sie auf elektrischen Antrieb umsteigen?
Ich arbeite für Tesla; ich kenne die Vorteile von elektrischer Energie. Ich habe viel über den Stand der Technik und die auf dem Schiffsmarkt erhältlichen leistungsstarken elektrischen Antriebe recherchiert. Es gibt viele Leute, die in Blogs und Online-Foren posten und sagen, es sei nicht machbar und auch nicht praktikabel. Aber es gibt immer Pessimisten – daran bin ich gewöhnt. Ich war überzeugt, dass es nicht nur möglich ist, sondern dass die Umstellung auf Hybridelektrik viele Vorteile bringen könnte. Ich wollte es beweisen. Ich entschied mich für das 25 kW Deep Blue Saildrive System, und da ich bereits mit Torqeedo in Kontakt stand, wusste ich genau, welche Komponenten in einer Deep Blue Hybrid Installation zum Einsatz kommen würden, welche Abmessungen sie haben und wie viel sie wiegen würden. Bei einem Segelboot dreht sich alles um Gewicht und Balance – ich musste das Gewicht niedrig und so nah wie möglich an der Kiellinie halten.
„Ich arbeite für Tesla; ich kenne die Vorteile von elektrischer Energie“, sagt Charles Kuehmann.
Was hat Sie auf die Elan GT5 gebracht?
Eine Menge Hausaufgaben! Wie Sie vielleicht schon vermutet haben, interessiere ich mich für die Bauweise und die Werkstoffe – die Elan GT5 verwendet die hochwertigsten Materialien, darunter strukturelle Stirnwände und einen laminierten Rumpf, der mit 3-D-Vakuuminfusionstechnologie gebaut wurde. Der Rumpf und das Deck bestehen aus Fiberglas und einem Kern aus strukturellem geschlossenporigem Schaumstoff. Das Boot ist sehr gut verarbeitet, es macht Spaß, damit zu segeln, und es bietet eine Menge Komfort an Bord, den man normalerweise nur in einem größeren Boot findet. Ich wollte das elektrische System direkt in der Fabrik einbauen lassen, aber Elan hatte nicht die Kapazität, das Projekt zu übernehmen.
Ich überlegte, mir ein anderes Boot zu kaufen, aber schließlich entschied ich mich für eine Umrüstung, damit ich das Boot und die Systeme genau so haben konnte, wie ich es wollte. Es gab aber auch frustrierende Momente. Wir haben versucht, das Boot ohne den Dieselhilfsantrieb zu bauen, aber um die Exportgenehmigung zu erhalten, musste das Boot als „seetüchtig“ zertifiziert werden. Und eine Hochseeyacht kann ohne Motor nicht zertifiziert werden. Schließlich akzeptierte ich, dass wir den Dieselhilfsantrieb einbauen mussten, nur damit das Boot offiziell seetüchtig ist, und ihn nach der Ankunft wieder entfernen würden.
Wie haben Sie mit Torqeedo zusammengearbeitet?
Torqeedo liefert die Ausrüstung und das technische Wissen, aber man braucht eine gute Bootswerft, um die mechanische Installation durchzuführen. Ich fand eine lokale Firma in San Diego mit viel Erfahrung in der Installation von Hochspannungssystemen. Sie halfen mir bei den Plänen für die Modifikationen.
Okay, Sie haben sich also für Ihr System und Ihr Boot entschieden. Ihre nagelneue GT5 wird nun an die Werft geliefert – wie verlief dann die Installation?
Ich hatte die Informationen von Torqeedo, aber die technischen Details und die genauen Abmessungen des Innenraums und der Mechanik des Bootes waren schwieriger zu bekommen. Als dann das Boot geliefert wurde und wir selbst messen konnten, gab es ein paar Planänderungen.
Was war der Grund dafür?
Ich habe mich für das Hybridsystem mit dem Dieselgenerator entschieden. Wegen seines Gewichts musste das Aggregat auf der Kiellinie liegen. Ich hatte gehofft, sowohl das Aggregat als auch den Motor im Antriebsraum unterbringen zu können, aber es war ein wenig zu eng. Wir konnten etwas Platz unter dem Kabinenboden für den Einbau des Motors nutzen. Jetzt sind die schwersten Komponenten alle auf der Kiellinie installiert, superkompakt, dicht beieinander und leicht zugänglich. Es ist ein hervorragendes Set-up, aber es erforderte eine umfangreiche Veränderung am Rumpf, um den vorhandenen Saildrive zu schließen und ein neues Loch für den Deep Blue zu schneiden. Nur in der hinteren Kabine mussten wir einen Kompromiss eingehen, der sichtbar ist: Wir haben die Doppelkoje in eine Einzelkoje umgebaut, damit ich wirklich guten Zugriff auf das Aggregat, die Elektronik, die Spannungswandler und die elektronische Schalttafel habe.
In der hinteren Kabine sind zwei 10 kWh Deep Blue Batterien verbaut – und gut zu erreichen.
Wie haben Sie die Deep Blue Batterien untergebracht?
Ich entschied mich für zwei 10-kWh-Batterien wegen ihres geringeren Platzbedarfs. Man sollte die Batterien möglichst niedrig im Boot lagern, aber man kann sie fast überall problemlos platzieren. Es ist nur eine Frage der Kabelführung.
Wurden während der Umrüstung auch andere Systeme geändert?
Ich hätte wahrscheinlich viele Systemverbesserungen vorgenommen, wenn ich mich für eine andere Yacht entschieden hätte, aber die Elan verfügt ab Werk über ein modernes elektronisches System mit einer ganzen Reihe von Sensoren und Fernüberwachung. Insgesamt ist es ein hochtechnologisches und gut durchdachtes Boot, deshalb ging es nur darum, die Komponenten möglichst gut in das Deep Blue Hybrid System zu integrieren, damit sie so sauber und effizient wie möglich betrieben werden können.
Wie gefällt Ihnen der elektrische Antrieb?
Ich benutze ihn wirklich nur, wenn ich in der Marina bin – mit dem Diesel muss man erst kräftig Gas geben, bevor man das Boot unter Kontrolle bekommt. Das Manövrieren des Bootes mit dem elektrischen Antrieb ist viel sanfter. Das sofortige Drehmoment und die unmittelbare Energieübertragung machen es sehr einfach, das Boot zu steuern.
Wie sieht das Leben an Bord mit Deep Blue Hybrid aus?
Zu wissen, dass man nachhaltig unterwegs ist, fühlt sich großartig an – aber mir fällt besonders auf, wie bequem es ist. Ich tauche am Dock auf und mein „Tank“ ist voll – ich muss nicht daran denken, wann ich zur Tankstelle gehe und nachfülle. Das System kümmert sich darum. Jetzt, wo ich länger unterwegs bin und auch auf der Yacht übernachte, habe ich festgestellt, dass ich auf dem Boot mehr Strom zur Verfügung habe, als wenn ich am Dock eingesteckt bin. Ich kann die Klimaanlage und alle elektrischen Geräte auf dem Boot betreiben, ohne mir jemals Sorgen machen zu müssen, dass mir der Strom ausgeht. Der Generator läuft eine halbe Stunde oder eine Stunde pro Tag, und ich kann die Tageszeit einprogrammieren.
„Tiha Strela“ bedeutet „stiller Blitz“ auf Slowenisch – das Boot kann im Hafen geladen werden.
Wie haben Sie Ihr Boot getauft?
Elan ist ein slowenisches Unternehmen, also habe ich es „Tiha Strela“ genannt, was auf Slowenisch „stiller Blitz“ bedeutet. Es ist in Mars, Kalifornien, registriert – das ist ein Wink an meinen Chef, Elon Musk. Teil meiner Aufgabe bei SpaceX ist die Entwicklung der Materialien, die es uns ermöglichen werden, unseren Nachbarplaneten zu besuchen; deshalb möchte er, dass ich immer an den Mars denke. Ob ich nun für die Arbeit über eine interplanetare Reise nachdenke oder am Wochenende nach Catalina fahre, meine Gedanken sind immer beim Mars.
Haben Sie das Gefühl, dass Sie das erreicht haben, was Sie sich vorgenommen haben?
Ja. Der Elektro- und Hybridantrieb für Segelboote macht Sinn. Es ist möglich. Alles funktioniert sehr gut und macht den Aufenthalt auf dem Boot viel angenehmer. Und es ist der richtige Weg.
Alles unter Kontrolle: Kuehmann schätzt die Nachhaltigkeit des elektrischen Antriebssystems. Und genießt den Komfort.
Sie sind verantwortlich für die rechnergestützte Materialtechnik bei Tesla und SpaceX, zwei Unternehmen, die ihre Branchen neu definieren. Wie sieht Ihr Job aus?
Werkstoffingenieure haben in der Regel nicht die Aufgabe, das absolut perfekte Material für die Anwendung zu entwickeln. Sie entwickeln oft ein Material, das zuverlässig produziert werden kann, die Aufgabe effektiv erfüllt, einen bestimmten Preis nicht überschreitet und die geringstmöglichen Auswirkungen auf den Menschen oder den Planeten hat. Wenn eine Änderung an der Struktur eines Materials die Leistung um 10 Prozent erhöht, es aber nicht so gut Wärme überträgt, was dazu führen könnte, dass das Bauteil um 0,02 Prozent häufiger versagt, dann muss der Ingenieur entscheiden, was wichtiger ist. Wir führen computergestützte Simulationen durch, die diese Entscheidungen erleichtern.
Elektromobilität und fortgeschrittene Materialwissenschaft verändern die Automobilindustrie. Sehen Sie einen Technologietransfer in die Schifffahrtsindustrie?
Die Schifffahrtsindustrie ist ziemlich geschickt darin, die neuesten Materialtrends zu übernehmen, vor allem bei fortschrittlichen Verbundwerkstoffen und hochmodernen Klebstoffen. Und, bis zu einem gewissen Grad, bei den Antriebssystemen – wir sehen immer mehr Lithium-Ionen-Batterien, um die „Hotel Load“ an Bord und oder den Elektroantrieb zu versorgen. Aber die meisten Hightech-Materialien und -Systeme werden aufgrund der geringen Stückzahlen außerhalb der Schiffsindustrie entwickelt. Die technisch fortschrittlichsten Yachten verwenden die für die Luftfahrt entwickelte CFD-Modellierung und viele Materialien und Herstellungsmethoden, die aus der Luft- und Raumfahrtindustrie stammen.
Welche Industrien arbeiten in den USA am engsten zusammen und tauschen ihre Technologien aus?
SpaceX und Tesla arbeiten zwar in gewissem Maße zusammen, aber die Unternehmen sind getrennt, und die Automobilindustrie hat ein so hohes Produktionsvolumen – jährlich werden weltweit 90 Millionen Autos gebaut –, dass sich die Herstellung und die Kostenstrukturen stark von denen der Luft-, Raum- und Schifffahrt unterscheiden. Wenn ich verallgemeinern müsste, würde ich sagen, dass die Automobilunternehmen die Elektrofahrzeug- und die Batterietechnologie vorantreiben, und die meisten Hightech-Materialien, Modelle und Methoden ihren Ursprung in der Luft- und Raumfahrtindustrie haben. Bei High-End-Yachten können Sie die idealen Materialien und Systeme auswählen, ohne sich Gedanken über den Umfang und die Schwierigkeiten der Massenproduktion machen zu müssen, die für den Bau von Autos erforderlich sind, die zudem einen wettbewerbsfähigeren Preis erzielen müssen. Sie bieten ihren Eigentümern die beste Erfahrung, anstatt herausfinden zu müssen, wie sie Millionen zufrieden stellen können.
Leben unter Strom
Charles Kuehmann promovierte 1994 an der Northwestern University in Materialwissenschaften und Ingenieurwesen. Nach seinem Abschluss war er Mitbegründer eines Unternehmens, das große Fortschritte bei werkstofftechnischen Prozessen machte – und neue Legierungen auf den Markt brachte. Es wurde von einer Firma für Verbraucherelektronik im Silicon Valley übernommen, und Kuehmann leitete daraufhin deren Werkstofftechnik-Team, wo er sich auf Aluminiumlegierungen konzentrierte. Kuehmann wechselte 2015 zu Tesla und SpaceX und ist in beiden Unternehmen für den Aufbau der Werkstofftechnik-Teams verantwortlich.
Mehr Information:
Hochauflösende Fotos finden Sie in der: › Torqeedo Dropbox
Den Produktkatalog 2020 finden Sie hier: › Katalog 2020
„Es ist möglich. Und der richtige Weg.“
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