2. Schepen, voortstuwingssystemen en rendementen. - Bellmarine

Herziene derde druk
Juli 2006
2

Inhoud.
1. Inleiding 4
2.Schepen, voortstuwingssystemen en rendement 5
2.1 De scheepsschroef 5
2.2 Het rendement van de schroef 7
2.3 Elektrisch varen 10
2.4 Aanvullende informatie 11
3. Vermogen en snelheid 13
3.1 Conclusies 15
3.2 Aanvullende informatie 16
3.2.1 De methode om het benodigde vermogen te berekenen 18
4. De elektrische aandrijving 19
5. De elektromotor 20
5.1 Aanvullende informatie 22
5.1.1 Vermogen, koppel en toerental 22
5.1.2 Toerental 23
5.1.3 Rendement 24
5.1.4 De gelijkstroommotor 24
5.1.5 Het toerental van de gelijkstroommotor 25
5.1.6 Gelijkstroommotoren en hun magnetisch veld 27
5.1.7 Achteruit varen 28
5.1.8 Welk type motor voor elektrisch varen 29
5.1.9 Motorgegevens interpreteren 30
5.2 Borstelloze motoren, de toekomst 32
5.3 Samenvatting 34
6. De regelaar 35
6.1 Voor en achteruit varen 36
6.2 Hoe zwaar kiezen we de regelaar 37
6.3 Aanvullende informatie 38
7. De accu’s 40
7.1 Geschiedenis 40
7.2 Verschillende soorten accu’s 41
7.3 De Loodaccu 42
7.4 Levensduur van een loodaccu 42
7.5 Zelfontlading van accu’s 43
7.6 Capaciteit van een accu 44
7.7 Meten van de accucapaciteit 45
7.8 Soorten loodaccu’s 45
7.9 Welk accutype voor het elektrisch varen 47
7.10Accuschakelingen 48
7.11 Hoeveel accu’s heb ik nodig om hoe lang te kunnen varen? 49
7.12 De plaats van de accu’s aan boord. 50
7.13 Aanvullende informatie 51
7.13.1 Serie schakeling van cellen en accu’s 51
7.13.2 Parallel schakeling van accu’s 52
7.13.3 De vaartijd afhankelijk van de accucapaciteit en snelheid 52
8. De lader 53
8.1 Snelladers 54
9. Rendement van de totale installatie 54
10. Bekabeling 56
11. Onderhoud 57
11.1 Onze elektrische aandrijving in de winter. 57
11.2 Aanvullende informatie 58
12. Binnenboord en buitenboord 59
13. Hybride systemen 62
13.1 Diesel met elektrische hulpmotor 62
13.2 Elektrische aandrijving met dieselgenerator 63
13.3 Aanvullende informatie 64
14. Brandstofcellen, de toekomstdroom van elke watersporter 67
14.1 De brandstofcel 67
14.2 De reformer 68
15. Kostenvergelijking elektrisch varen 70
16. Elektrisch varen, wanneer wel en wanneer niet 71
3

1. Inleiding.
Als je zo’n 20 jaar beroepsmatig met elektrische aandrijftechniek te maken hebt
gehad en je aan het water komt te wonen, is de verleiding groot om elektrisch te
willen gaan varen.
In 1991 was het voor mij zo ver en hakte ik de knoop door. Er moest een elektrische
sloep bij het huis komen.
Botenbouwers die ik in die tijd bezocht en over elektrisch varen aansprak, waren
weliswaar geïnteresseerd maar erg terughoudend. Veelal kreeg ik opmerkingen te
horen zoals: te duur, te moeilijk, te korte actieradius etc.
De leveranciers van elektrische systemen voor bootjes, die toen op de markt waren,
kwamen vrijwel allemaal uit de vorkheftruck markt. Een vorkheftruck gebruikt in
principe dezelfde componenten, zoals gelijkstroommotor, snelheidsregelaar en
batterijen. In feite werd een volledige aandrijving van een vorkheftruck, met al zijn
specifieke toeters en bellen in een boot gebouwd, nu alleen voorzien van een
industriële joystick voor voor-achteruit en regeling van snelheid.
Er was echter geen systeem te koop, dat werkelijk voor kleine schepen ontworpen
was. Daarom besloot ik er zelf een te bouwen.
De laagtoerige gelijkstroommotor werd door een fabrikant van elektromotoren
volgens mijn specificatie gebouwd. Voor het regelen van het toerental koos ik een
eenvoudige regelaar van het type, dat in elektrische golfcars wordt gebruikt.
De joystick, compleet met schakelmechanisme en de schroefasinstallatie maakte ik
zelf.
Eenvoudige semi-tractie batterijen die voor verlichting in caravans en campers
worden gebruikt completeerden het geheel.
Silence Electrique, onze 5 meter lange sloep werd in 1992 officieel te water gelaten en
heeft tot op heden al mijn verwachtingen ruimschoots overtroffen.
Enthousiast over elektrisch varen word je pas
echt, als je het een keer gedaan hebt. En dat
gebeurde ook met mij, en vanzelfsprekend
wilde ik mijn enthousiasme ook met anderen
delen.
Helaas stel ik daarbij ook nu in 2003 nog steeds
vast, dat er veel onbegrip heerst, in het
algemeen veroorzaakt door een onvoldoende
fundamentele kennis van voortstuwingstechniek
voor schepen en elektrische aandrijftechniek.
Tel hier een overdosis wildwest verhalen bij op
en we hebben de huidige situatie aardig omschreven.
Opmerkingen als “met mijn 23 pk diesel kan ik dus minstens 4 maal zo snel als jij met
je 5 PK elektromotor en je kunt alleen maar van die hele dure tractie batterijen
gebruiken die maar 3 jaar mee gaan” hoor ik nog vaak. Het wordt pas een
interessante discussie, als ik dan ook nog beweer, dat een moderne hoog rendement
elektrische aandrijving goedkoper is dan een kleine diesel en dat de totale
onderhoudskosten en afschrijvingen ook nog eens lager uitvallen.
In dit boekje zullen een aantal onderwerpen behandeld worden, die helpen een beter
inzicht in elektrisch varen te krijgen.
4

Aan de meeste hoofdstukken is een deel toegevoegd met aanvullende informatie
voor de technisch ingestelde liefhebbers.
Voor elektrisch varen geldt zeker: Als je het een keer gedaan hebt, wil je nooit meer
wat anders.
Mobiele elektrische aandrijvingen bestaan al heel lang. Rond 1910 was ca.10% van
alle auto’s elektrisch.
Dit kwam doordat de meeste vrouwen het met de hand aanslingeren van de motor te
zwaar of gewoon niet “ Lady like” vonden.
Deze elektrische auto’s hadden een zeer primitieve
snelheidsregeling met weerstanden en ondanks de
reusachtige accu’s een zeer beperkte actieradius.
Met de uitvinding van de elektrische startmotor voor
benzinemotoren stierf de elektrische auto.
Met de nieuwe trend van elektrische of hybride auto’s,
scooters en motoren zal ook het elektrisch varen
gestimuleerd worden, doordat gelijke componenten in
beide toepassingen gebruikt worden.
Ook zullen er nieuwe impulsen gegeven worden aan de ontwikkeling en massa-
productie van nieuwe batterijen. Zo word aangenomen dat lithium ionen batterijen,
die een vijf maal hogere capaciteit hebben als loodaccu’s van gelijke afmetingen en
gewicht, binnen vijf tot acht jaar prijstechnisch aantrekkelijk worden voor elektrisch
varen.
Ook wordt er momenteel gewerkt aan hele nieuwe unieke aandrijf concepten, die ook
bij elektrisch varen hun toepassingen zullen vinden.
Het elektrisch varen op zich is ook zeker niet nieuw. Alle onderzeeërs varen
elektrisch. Zo ook vele grote zeeschepen waarbij een diesel of turbine een generator
aandrijft, die op zijn beurt de elektriciteit voor de elektrische aandrijving levert.
Door de hoge prijs, de beperkte actieradius en de onbekendheid met de
mogelijkheden, was elektrisch varen voor kleine schepen in het verleden niet erg
populair. Dit is de laatste jaren snel aan het veranderen
2. Schepen, voortstuwingssystemen en rendementen.
Voordat we specifiek het elektrisch varen bespreken, moeten eerst een aantal
belangrijke punten over de theorie van scheepsvoortstuwing verklaard worden.
2.1 De scheepsschroef
Een schroefachtig apparaat, voor het voortstuwen van water, is niet nieuw.
In 945 v.c. gebruikten de Egyptenaren al een schroefachtig apparaat voor irrigatie
van hun akkers.
5

Archimedes (287-212 v.c. ) was de eerste die de schroef als
voortstuwingsmechanisme wetenschappelijk beschreef.
Leonardo da Vinci (1452-1519) maakte tekeningen van schroeven voor
waterpompen. Zijn tekeningen van een helikopter, met een rotor die veel weg heeft
van de eerste scheepsschroeven, zijn alom bekend.
In het begin van de 19 e eeuw was het schoepenrad
de gebruikelijke manier van voortstuwen.
De scheepsschroef, zoals die heden ten dage
wordt toegepast, werd uitgevonden door Francis
Petit Smith, die dit in 1836 vastlegde in een patent.
De eerste schroeven hadden, ofwel meerdere
achter elkaar gemonteerde wielen,
ofwel een schroef met meerdere gangen, als een
spiraal.
Ze leken daarmee nog niet erg op de schroeven van nu.
Francis Petit Smith experimenteerde met een houten schroef met twee complete
gangen op het Paddington kanaal. Toen er een stuk hout onder zijn boot kwam,
sloeg meer dan de helft van zijn schroef eraf.
Het gevolg was dat zijn boot plotseling veel sneller ging varen.
Door dit voorval ontstond het idee om een schroef van meerdere smalle bladen te
voorzien. De voorvader van de huidige
scheepsschroef was geboren.
De in Zweden geboren en in Engeland werkende
John Ericsson verbeterde het ontwerp en bouwde
schepen die van een schroef waren voorzien die al
heel veel leek op de huidige schroef. In Engeland
werd hij niet erg gewaardeerd en daarom emigreerde
hij naar Amerika waar hij zijn experimenten in dienst
van de marine voortzette.
Pas echt bekend of berucht werd Ericsson toen hij,
aangemoedigd door de activiteiten van zijn
broodheren, een heel nieuw kanon had bedacht. Het
ding werd uitgeprobeerd aan boord van een
marineschip, waarbij een
groot aantal
hoogwaardigheidsbekleders
aanwezig was. Het kanon
explodeerde en richtte een
waar bloedbad aan. Ericsson
stond bescheiden, of voorzichtig achteraan en overleefde de
explosie. Hierna wilde de marine lange tijd niets meer van
hem horen.
Een kanon moet een slachting bij de vijand aanrichten en niet
onder de eigen manschappen.
Later bouwde hij het beroemde schip de Monitor voor de
marine waardoor hij weer geheel in ere hersteld werd.
J.Ericsson
6

2.2 Het rendement van de schroef.
Met name bij elektrische aandrijvingen, maar ook
bij een diesel of benzinemotor, willen we, dat de
energie die in de boot gestopt wordt, zo veel
mogelijk wordt omgezet in voortstuwing.
Het rendement van de schroef is de verhouding
tussen de energie die de schroef levert en de
energie die erin gestopt wordt.
Dit is een onderwerp waar je veel te weinig over
leest. Wellicht komt dat, omdat hier een vrij
complexe theoretische achtergrondkennis voor
nodig is.
Het rendement van scheepsschroeven laat zich,
naar mijn mening, toch op een redelijk eenvoudige
manier verduidelijken.
We gaan ervan uit, dat een scheepsschroef een koker of tunnel water met de
diameter van de schroef van voor de schroef naar achter de schroef verplaatst.
Hierbij gedragen de bladen van de schroef zich als de vleugels van een vliegtuig. Er
ontstaat een onderdruk voor de schroef en een overdruk achter de schroef. Het
verschil in druk levert de energie waarmee de boot vooruit gaat.
Voor een hoog rendement moet de boot met ongeveer dezelfde snelheid naar voren
gaan als de tunnel met water naar achteren verplaatst wordt. Anders gezegd, de
tunnel water staat vrijwel stil en de boot “schroeft” zich hier doorheen naar voren.
De spoed van de schroef is de verplaatsing van de tunnel water per omwenteling en
wordt meestal in inches opgegeven.
Een schroef met grote spoed zal dus een tunnel water sneller verzetten dan een
schroef met een kleinere spoed, bij gelijk toerental.
De boot zal nooit met dezelfde snelheid naar voren gaan als de tunnel water naar
achteren. Het verschil wordt de propellerslip genoemd, en zal bij een juist berekende
schroef tussen 10 en 20% liggen. Anders gezegd, 10 tot 20% meer water moet naar
achteren worden gestuwd, dan de boot snelheid naar voren maakt.
Laten we nu aan de hand van een praktijkvoorbeeld het rendement van een
scheepsschroef verduidelijken.
7

We nemen een heel licht bootje met een relatief vlakke bodem, dat door zijn vorm en
gewicht heel gemakkelijk planeert. Een rubberboot, van het soort dat vaak als bijboot
wordt gebruikt, is een goed voorbeeld.
Bij deze boot heb ik aan een tunnel water met kleine diameter genoeg om voldoende
stuwkracht op te wekken. Wel moet het
water met hoge snelheid naar achteren
verplaatst worden, om de boot met vrijwel
dezelfde, hoge snelheid (planerend) vooruit
te laten komen.
Voor deze toepassing kiezen we een
schroef met kleine diameter en relatief
grote spoed.
Een buitenboord motor heeft een relatief
kleine schroef en een grote spoed en zal op
de rubberboot van ons voorbeeld, een hoog
rendement hebben.
Nu nemen we dezelfde buitenboordmotor en hangen hem aan een zwaar
rechthoekig stalen ponton van gelijke afmetingen.
Dat wordt schrikken, veel kolkend water achter de schroef, maar nauwelijks snelheid
en een zeer laag rendement.
Als ik hier een motor met een laag toerental zou hebben gebruikt en een grote
schroef met weinig spoed, dan zou mijn ponton met redelijke snelheid vooruit zijn
gekomen.
Om de logge massa van een ponton vooruit te krijgen heb ik een relatief grote tunnel
water nodig die langzaam naar achteren stroomt.
Anders gezegd, ik moet bij een zwaar en log schip veel watermassa over een
kleinere afstand verplaatsen om een hoog rendement te hebben.
Buitenboord motoren worden over het algemeen met een specifieke schroef
geleverd. Diameter, spoed en toerental zijn gekozen voor een optimaal rendement bij
de meest voorkomende toepassingen.
De grootste markt voor buitenboord motoren is Noord Amerika, waar ze bijna altijd in
planerende boten worden toegepast.
Een drie meter lange aluminium visboot heeft daar minimaal een 10 pk buitenboord
motor en vaart met gemak 25 km per uur. Deze motor heeft een kleine schroef met
een grote spoed.
De keuze van het motorvermogen
wordt in de Noord-Amerikaanse markt
sterk beïnvloed door de grootte van de
motor van de buren, maar dit ter zijde.
Als de 10 pk motor van ons voorbeeld nu op een kajuitzeilboot van 7 meter lengte
wordt gebruikt, dan zal het schroef rendement aanmerkelijk lager liggen.
8

In dit geval zal het rendement zelfs hooguit 20% bedragen.
Helaas blijkt uw dure 10 pk motor dan nog maar een 2 pk modelletje te zijn, maar wel
met de dorst van zijn veel grotere broer.
Hoe komt het dan dat de boot toch redelijk snel vaart met deze motor?
Het antwoord is eigenlijk heel eenvoudig. De 7 meter zeilboot haalt met 2 pk door de
schroef afgegeven vermogen zeker zijn rompsnelheid. Dit is de snelheid die de boot,
niet planerend, reëel kan bereiken. Hierover later meer.
Nog even terugkomend op de schroef van een
buitenboordmotor. Velen van ons kunnen zich
de Seagull buitenboord motoren van vroeger
nog wel herinneren. Het 5 pk model had een
schroef met een diameter van ca. 30 cm. Die
was zeker niet voor een snel varende
rubberboot gedacht. Je zag ze achter kleinere
kajuitzeilers of houten sloepen. Ze hadden
voor deze toepassing een juist
gedimensioneerde forse schroef, met een
relatief hoog rendement.
Theoretisch kan een maximaal schroef rendement van ca.65% behaald worden. In
de praktijk is dit echter absoluut onmogelijk.
Een heel goed berekende schroef die met uiterste precisie is gegoten en geslepen
haalt een rendement van maximaal 60%. Voor normaal in de handel verkrijgbare
schroeven is een rendement van 50% al heel goed. In het goedkopere marktsegment
is een rendement van 45% al een hele prestatie.
Uit bovenstaande wordt duidelijk dat we de helft of zelfs meer van het door de motor
geleverde vermogen in de schroef verliezen.
Wat dit betekent voor de wat grotere motorschepen laat het volgende voorbeeld zien.
Een motorboot van 11 meter lengte en een waterverplaatsing van zo’n 10 ton en een
diesel van 200 PK gebruikt bij 2/3 vermogen, naar schatting, 40 liter brandstof per
uur.
Bij de huidige brandstofprijzen kost dit dus ongeveer € 34 per uur.
Hiervan wordt €17 per uur weggegooid. Het loont dus zeker de moeite om naar het
rendement van uw schroef te kijken.
Gaat u voor uw schip een nieuwe schroef bestellen, vraag dan om de
computeruitdraai van de berekening. Hierop moet het voor uw toepassing berekende
schroefrendement vermeld staan.
9

Er zijn helaas leveranciers van schroeven die het met het optimale rendement van
het door hun geleverde product niet zo nauw nemen. U hebt immers toch genoeg
PK’s aan boord!!!
Ook moet ik constateren dat de kwaliteit van schroeven van de diverse leveranciers
sterk uiteen loopt. Bij een elektrische aandrijving is het doel zo stil mogelijk en zonder
enige trillingen in het schip te varen. De schroef moet dus dynamisch gebalanceerd
zijn en zo exact mogelijk gegoten en geslepen zijn. De meeste kwalitatief
hoogwaardige leveranciers laten hun schroeven door een gespecialiseerd bedrijf
naslijpen en balanceren. Het is aan te bevelen om dan ook een “anti zingrand” aan
de schroef te laten slijpen. Hiermee wordt voorkomen dat de schroef bij bepaalde
snelheden in resonantie komt. Dit laatste wordt ook wel het zingen van de schroef
genoemd. Een heel irritant geluid.
2.3 Elektrisch varen.
Waarom gaan we elektrisch varen?
In de meeste gevallen wordt de keuze van een elektrische aandrijving gemotiveerd
door:
Stil willen varen
Geen stank van een brandstofmotor
Geen onderhoud
Geen haast hebben
Op deze redenen zal in de komende hoofdstukken nader worden ingegaan.
Elektrische aandrijvingen zullen vrijwel nooit in planerende toepassingen worden
gebruikt.
Uit de verderop in dit hoofdstuk gegeven formule voor het berekenen van het
rendement van een schroef is te herleiden, dat het rendement toeneemt bij:
Grotere schroefdiameter
Lager schroeftoerental
Op ontwerp technische gronden, kan de schroef niet onbeperkt groot gekozen
worden.
De ruimte tussen schip en schroef moet voldoende groot zijn, de as niet te schuin
omlaag steken en er moet voldoende water boven de schroef staan.
Bij te weinig ruimte tussen schroef en boot kan cavitatie optreden. Dit is een
verschijnsel, dat we altijd zien als een vooruit varend schip snel achteruit slaat.
Gasbellen slaan met kracht tegen de bladen van de schroef.
10

2.4 Aanvullende informatie voor de liefhebbers.
Het rendement van een schroef van een varend schip wordt berekend met de
volgende formule.
Afgegeven vermogen schroef
R = X 100%
Afgegeven vermogen motor
Ofwel:
V1 X D ( V1 + ∆V/2) X Sg X ∆V
R =
M X N
In deze formule is:
X 100%
V1 Scheepssnelheid in m/sec.
D Diameter van de schroef in m.
∆V Verschil tussen snelheid inkomend en uitgaand water op de schroef
Sg Soortelijke massa van het medium ( water) 1000 kg/m 3
M Door de motor geleverde koppel
N Toerental van de schroef.
Doordat de diameter van de schroef in de teller van de formule staat, zal een grotere
diameter van de schroef een groter rendement opleveren. Een hoog toerental geeft
een laag rendement.
Scheepsschroeven en waterverplaatsing.
Zoals in het algemene deel van dit hoofdstuk al is beschreven verplaatst de schroef
een tunnel water van voor naar achter de schroef.
De hoeveelheid water die per tijdseenheid verplaatst moet worden is gelijk aan de
waterverplaatsing over deze tijd.
We kunnen ons dit als volgt voorstellen. Stel dat een rechthoekig ponton in een
zandbak ligt. Als we het ponton een meter naar voren willen verplaatsen moeten we
een gat graven met de breedte en diepte van het ponton en een meter lengte. We
schuiven het ponton één meter naar voren en vullen het gat dat achter het ponton is
ontstaan weer op met het zand dat uit het gat is gekomen.
Verplaatst
water
Bij een schip in het water werkt het op dezelfde manier. Als we een schip een meter
naar voren willen verplaatsen moet de schroef een hoeveelheid water naar achter
verplaatsen gelijk aan de waterverplaatsing per meter waterlengte.
11

Met dit gegeven kunnen we een formule berekenen die het verband aangeeft tussen
de afmetingen van de schroef, het motortoerental en de verwachte rompsnelheid.
De formule:
Hierin is:
D 2 S = 95,54
D: Diameter van de schroef in meters.
S: Spoed van de schroef in meters.
W.verpl: Waterverplaatsing in tonnen.
W.lijn: Lengte waterlijn in meters.
n Toerental schroefas.
Als voorbeeld nemen we een boot met de volgende gegevens:
Waterverplaatsing: 0,450 ton
Waterlijn: 4,5 meter
Astoerental 1000 toeren
Rompsnelheid 9,52 Km per uur
W.verpl.
√ W.lijn X n
D 2 S = 0,020267
We kiezen een schroef met een diameter D van 12 “. Dit is 0,3048 meter
Door deze waarde in de formule in te vullen vinden we de benodigde spoed S.
We vinden de waarde 0,21815 meter. Dit is 8,5 inch. We kiezen dus een schroef met
een spoed van 9 inch.
Deze formule houdt geen rekening met allerlei verliezen maar geeft toch een heel
redelijke benadering voor de afmetingen van een schroef voor een bepaald schip.
Cavitatie.
Zoals eerder gesteld, slaan, bij cavitatie, gasbellen met kracht tegen de bladen van
de schroef.
Vaak hoor je zeggen, dat de schroef dan lucht slaat. Dit is echter niet juist. Waar zou
immers plotseling onder het schip lucht vandaan moeten komen?
Het gas dat bij cavitatie vrij komt, is in feite waterdamp ofwel stoom.
Dit fenomeen laat zich eenvoudig als volgt verklaren. Water kookt op zeeniveau (101
kPa) bij 100 °C.
Als de druk afneemt wordt ook het kookpunt lager.
Bij het achteruitslaan van een vooruit varend schip ontstaat een sterke onderdruk
achter de schroef. Water kookt bij een verlaagde druk van 1.7 kPa al bij een
temperatuur van 15.5 °C.
Dit verklaart de gasbellen bij cavitatie.
12

3. Vermogen en snelheid.
Hoe emotie en gevoel kunnen botsen met de wetenschap!
Laatst sprak ik een importeur van mooi gelijnde open sloepen. We hadden het, zoals
gewoonlijk, over elektrisch varen en hij had er al aardig wat ervaring mee. Vanzelf
gaat een gesprek dan in de richting van het vermogen dat bij de boot past.
Hij vertelde dat veel klanten voor scheepjes van rond de 6 meter vragen om een
diesel van 20 pk of zelfs 40 pk, omdat ze vinden, dat daarmee pas lekker snel
gevaren kan worden. De leverancier bouwt standaard 13 pk in en kan de klant niet
altijd overtuigen, dat alles boven de 5 pk alleen maar weggegooide energie is. Hij
vertelde me zelfs op te moeten passen, dat de klant niet naar een andere leverancier
stapt, die wat minder zorgvuldig is met zijn advies.
Beste lezers, er is niets in de watersport, dat met meer emotie wordt benaderd dan
motorvermogen en snelheid.
Een aantal sloepenbouwers laat zelfs
zien, dat je met een hele dikke motor en
afschuwelijk lelijke trimvlakken achter een
sloep, planerend kan varen. Koop dan
toch gewoon een mooie klassieke
speedboot, die voor dat werk ontworpen
is en zeker zoveel uitstraling heeft!
De sloepen die tegenwoordig gebouwd
worden, zijn vrijwel altijd afgeleid van
klassieke ontwerpen, die bedoeld waren
om mee te roeien. Ze hebben weinig
vermogen nodig om vooruit te gaan maar zijn niet in staat te planeren.
Waterskiën achter een roeiboot is volgens mij alleen maar een keer in een Asterix en
Obelix verhaal geprobeerd. Daar lukte dat met behulp van toverdrank heel goed.
De meeste sloepen, kleine rond gebouwde motorschepen en kajuitzeilers kunnen
niet planeren. Dit komt, omdat het vlakke horizontale deel van de romp niet voor
voldoende lift kan zorgen, om het gewicht van het schip, bij het beschikbare
vermogen, over de boeggolf heen, uit het water te tillen.
Deze “water verdringende” schepen hebben een natuurlijk begrensde reële
maximale snelheid, die de rompsnelheid wordt genoemd en afhangt van de lengte
van de waterlijn.
Als het schip op deze snelheid vaart en het vermogen wordt opgevoerd, zal de
snelheid steeds minder toenemen. Wat we zien is dat de achterplecht verder het
water in wordt getrokken en er alleen maar hogere golven worden geproduceerd.
Het lijkt erop alsof de schroef probeert het schip over zijn boeggolf heen te duwen.
Dit effect is heel goed te zien bij een zwaar planerend schip. Als op de rompsnelheid
het vermogen wordt opgevoerd, zie je de spiegel eerst verder het water in gedrukt
worden waarna het lijkt alsof de boot over zijn eigen boeggolf heen springt.
Als het schip niet kan planeren wordt de achterplecht verder het water ingetrokken,
wordt de stroomlijn veel slechter en wordt de extra energie vrijwel alleen in golven
omgezet.
Let wel, dit geldt alleen voor verdringende schepen, bij planerende schepen gaat dit
verhaal niet op.
13

De consequentie van dit betoog is dat in de praktijk vrijwel alle extra vermogen,
boven dat wat nodig is om het schip op rompsnelheid te brengen geheel in golven
wordt omgezet.
Er moet echter altijd wel wat extra vermogen aan boord zijn om ook bij sterke
tegenwind of flinke golfslag extra stuwdruk te kunnen genereren.
De rompsnelheid van een verdringend schip kan eenvoudig berekend worden met de
volgende formule.
V = 2.43 X √ Wl.
Waarin: V = Snelheid in knopen.
Wl = Varende waterlijn, ook wet de natte lengte genoemd.
( lengte van het schip op de waterlijn)
Wil men de snelheid in km/uur berekenen, dan moet de uitkomst met 1,852
vermenigvuldigd worden.
De volgende tabel geeft enige uitkomsten.
Eigenaren van schepen met een waterlijn langer dan
12 meter zullen waarschijnlijk wel een rekenmachine
hebben om hiermee de rompsnelheid van hun schip
zelf uit te rekenen.
Het verband tussen motorvermogen en snelheid kan
niet eenvoudig met een simpele formule worden
berekend. De fabrikanten van scheepsschroeven
maken allen gebruik van software programma’s. Bij
grote schepen of bij voorbeeld zeegaande racers
worden sofware modellen gemaakt. Vaak moeten er
voor deze toepassingen zelfs de sleeptank en een
schaalmodel aan te pas komen.
Lengte
waterlijn in m.
Snelheid in
knopen
Snelheid
in km/hr.
3 4.21 7.80
3.5 4.55 8.43
4 4.86 9.00
4.5 5.15 9.52
5 5.43 10.06
5.5 5.70 10.56
6 5.95 11.02
6.5 6.20 11.48
7 6.43 11.91
7.5 6.65 12.32
8 6.87 12.72
8.5 7.08 13.11
9 7.29 13.50
9.5 7.49 13.87
10 7.68 14.22
10.5 7.87 14.58
11 8.05 14.90
11.5 8.24 15.26
12 8.42 15.59
Het benodigde vermogen hangt af van vele factoren, zoals het natte oppervlak, het
gewicht, de lengte breedte verhouding en de vorm van het onderwaterschip.
Voor een goed gelijnd schip zoals een sloep kunnen we globaal stellen dat 1kW door
de schroef geleverd vermogen nodig is per 1.000 Kg waterverplaatsing (gewicht) van
de boot.
Uitgaande van een schroefrendement van 50% zou dus 2 kW motorvermogen per
1.000 Kg waterverplaatsing voldoende zijn.
Er bestaat een redelijk nauwkeurige manier om het benodigde motorvermogen van
een bestaand schip bij verschillende toerentallen en snelheden te berekenen.
Deze methode wordt in de aanvullende informatie voor liefhebbers uitgebreid
beschreven. Daar wordt, aan de hand van een praktijkvoorbeeld, het verband tussen
snelheid en het exponentieel stijgen van het benodigde vermogen aangetoond.
14

Toerental Snelheid Vermogen
in knopen in pk
1000 3,35 1,85
1200 4,00 3,20
1400 4,70 5,08
1600 5,35 7,59
1800 5,95 10,80
2000 6,40 14,18
2200 6,85 19,72
2400 7,15 25,60
2600 7,55 32,55
2800 7,90 40,65
3000 8,15 50,00
3.1 Conclusies.
Hier een korte samenvatting.
Van een ruim 12 meter lang zeilschip met een natte
lengte van 11,2 meter, voorzien van een dieselmotor
van 50 pk en een rompsnelheid van 8,13 knopen,
werden metingen verricht en de benodigde vermogens
berekend.
Voor elektrisch aangedreven schepen gelden dezelfde
wetten en kunnen soortgelijke metingen worden
verricht.
De volgende tabel geeft een overzicht van de
resultaten:
De laatste 20% snelheidsvermeerdering kost ongeveer 70% van het totaal
beschikbare vermogen.
Op halve rompsnelheid is maar 7% van het vermogen nodig!
We zetten de belangrijkste zaken nog even op een rij.
1. Meer energie van de motor vragen, dan nodig is voor het bereiken
van de rompsnelheid, verhoogt de snelheid nauwelijks maar kost
wel heel veel meer brandstof.
2. Een kleine verlaging van de snelheid heeft een enorm effect op het
benodigde vermogen en dus op de actieradius.
Toch wel even schrikken als we ontdekken wat de propellerwet, dat is de
natuurkundige wet waarmee het verband tussen toerental en benodigde vermogen
wordt berekend, allemaal voor consequenties heeft.
Bij elektrisch varen moeten we vanwege de beschikbare capaciteit zuinig met de
energie omspringen. Maar ook als we een diesel of zelfs een hybride aandrijving
(diesel en elektrisch gecombineerd) hebben, kan het geen kwaad om over het
verbruik en snelheid na te denken. Dieselbrandstof is tenslotte ook niet echt
goedkoop.
Voor het zeilschip van ons voorbeeld hebben we het uitgerekend. De tabel geeft
weer hoeveel dieselbrandstof we nodig hebben om 50 mijl af te leggen en hoeveel
tijd dat kost.
15

Snelheid Vermogen Verbruik Tijd voor
in knopen in pk Liters voor 50 mijl 50 mijl in uren
3,35 1,85 6,08 14,93
4,00 3,20 8,80 12,50
4,70 5,08 11,89 10,64
5,35 7,59 15,60 9,35
5,95 10,80 19,97 8,40
6,40 14,18 25,46 7,81
6,85 19,72 31,66 7,30
7,15 25,60 39,38 6,99
7,55 32,55 47,42 6,62
7,90 40,65 56,60 6,33
8,15 50,00 67,48 6,13
Besef dat de benzinefabrikanten blij zijn met
deze klant.
3.2 Aanvullende informatie voor de liefhebbers.
We kunnen de helft aan brandstof
sparen als we bereid zijn, om een uur
later aan te komen.
Dit geeft toch wel te denken!
Als u nu de volgende keer weer
gepasseerd wordt door een kruiser
die, ver in het water getrokken,
krampachtig aan de wet van de
rompsnelheid probeert te ontglippen,
niet meteen schreeuwen “ HEB JE
HET BOEKJE ELEKTRISCH VAREN
NIET GELEZEN”
Een redelijk nauwkeurige methode om het benodigde motorvermogen te berekenen
maakt gebruik van de volgende formule, die ook wel de propellerwet genoemd.
Hierin is:
P = C x N 3
P Het vermogen in pk
C Een constante afhankelijk van het schip en schroef
N Het toerental van de schroef /100
Deze formule helpt ons niet veel bij een nieuw schip waar we de waarde voor C niet
van kennen. Anders wordt het voor een bestaand schip.
Als we van een bestaand schip de snelheid bij maximaal vermogen en toerental
kennen, dan kan de waarde van C berekend worden.
Met de waarde van C kan dan het opgenomen vermogen voor elk toerental van de
motor berekend worden.
Een praktijkvoorbeeld.
We hebben op een windstille dag en op diep water, de snelheid en het bijbehorende
toerental van ons, met een (hulp)dieselmotor aangedreven zeilschip nauwkeurig
gemeten.
16

Eerst enkele gegevens.
Schip. Beneteau Oceanis 40 CC bouwjaar 2001
Lengte waterlijn 11.2 m
Max. breedte 4.0 m
Gewicht ca. 9.200Kg.
Motor Nanni ( Kubota) 50PK bij 3.000 Omw/min.
De snelheid werd zowel met de Furuno GP1650 GPS als met het B&G log type
Network Quad gemeten.
In grafiek 1 wordt het resultaat van
de meting weergegeven waarbij de
waarde voor de gemeten snelheid
gemiddeld is tussen log en GPS.
Volgens de formule op blz.12 kan
de rompsnelheid voor ons schip
berekend worden.
V = 2,43 X √ 11,2 = 8,13
knopen.
We zien dat dit schip bij vol
vermogen juist zijn rompsnelheid
bereikt.
We berekenen nu de waarde C= 0,00185 en berekenen daarmee het
motorvermogen bij verschillende toerentallen.
De resultaten zijn eveneens verwerkt in grafiek 1.
De grafiek laat duidelijk zien, dat het vermogen exponentieel stijgt met het toerental.
De snelheid van het schip stijgt niet lineair met het toerental. Duidelijk is te zien dat
de curve vanaf 2800 toeren afvlakt en een maximale waarde, de rompsnelheid,
begint te naderen.
verbruik in l/hr
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
Snelheid in knopen
verbruik en snelheid grafiek 2.
3,35 4,00 4,70 5,35 5,95 6,40 6,85 7,15 7,55 7,90 8,15
snelheid in knopen
9,00
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Van deze dieselmotor is het
brandstofverbruik per pk
bekend.
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
In grafiek 2 laten we zien wat
voor invloed de snelheid heeft
op het brandstofgebruik.
Toerental van de motor
Grafiek 1
17
snelheid
verm ogen
Vermogen in Kw

3.2.1 De methode om het benodigde motorvermogen te berekenen bij
elektrisch varen.
We gaan er van uit dat een soortgelijk schip als dat waarmee we elektrisch willen
varen reeds bestaat met een dieselmotor.
We gaan als volgt te werk:
1. Met de formule V = 2.43 X √ Wl. Wordt de rompsnelheid berekend.
2. Met een draagbare GPS of een ingebouwd log wordt bij het schip met
dieselmotor de snelheid gemeten. Het toerental wordt zolang opgevoerd,
totdat de vooraf berekende rompsnelheid is bereikt. Het toerental waarbij
deze snelheid bereikt wordt, wordt genoteerd.
3. We laten nu de motor op absoluut vol toerental draaien. Hierbij nemen we
aan dat de schroef dusdanig is berekend dat ook daadwerkelijk het volle
vermogen gevraagd wordt.
4. We kunnen nu het opgenomen vermogen bij de rompsnelheid als volgt
berekenen.
P = Pmax X
N1 3
Nmax 3
Hierin is:
P Het benodigde vermogen in pk.
Pmax Het maximale motorvermogen in pk.
N1 Net toerental waarbij de rompsnelheid wordt bereikt /100
Nmax Het maximale toerental van de motor /100
Even een voorbeeld om het geheel te verduidelijken.
Een 7 meter lange sloep heeft een waterlijn van 6,20 meter en een 13 pk
dieselmotor.
De rompsnelheid is: 2,43 X √6,2 = 6,05 knopen.
Als we met de sloep met windstil weer en op diep water varen, bereiken we de
rompsnelheid bij 2100 toeren.
Bij vol vermogen draait de diesel 3600 toeren.
Nu gaan we even aan het rekenen.
21 3
P = 13 X = 2,6 pk ofwel 1,9 KW.
36 3
18

In de praktijk zien we dan ook dat met een dergelijke combinatie van boot en
dieselmotor zelden boven de 2100 toeren gevaren wordt.
We gebruiken dan dus maar 20% van het geïnstalleerde vermogen. Wil iemand nu
nog een 40 pk aanbevelen voor deze boot?
Bij het kiezen van een elektromotor voor deze boot is dus 2 KW voldoende. Een iets
lager vermogen zal de topsnelheid nog nauwelijks beïnvloeden.
Welke elektromotor we kiezen en waarom, bespreken we in hoofdstuk 5, de
elektromotor.
4. De elektrische aandrijving.
Een volledige elektrische aandrijving bestaat uit de volgende delen.
Lader
Batterijen
Joystick
Regelaar
Schakel
paneel
Motor
Elektromotor. Deze motor komt in de plaats van de Diesel met zijn
keerkoppeling. De elektronische regeling zorgt ervoor dat
de motor zowel voor als achteruit kan draaien.
Regelaar. De regelaar wordt geschakeld tussen de batterijen en de
motor en zorgt ervoor dat het toerental en de draairichting
van de motor kunnen worden geregeld.
Joystick. De joystick is het bedieningsorgaan waarmee snelheid en
richting worden ingegeven. De joystick vervangt de “één
handle” bediening van de diesel, ook wel Morse bediening
genoemd.
19

Batterijen. In de batterijen wordt de elektrische energie opgeslagen.
Door meerdere batterijen in serie te schakelen wordt de
totale spanning verhoogd tot 24, 36, of 48 volt. Door
batterijen parallel te schakelen wordt de capaciteit, en
daarmee de actieradius verhoogd.
Schakelpaneel. Hierop vinden we functies zoals sleutelschakelaar, volt en
ampère meter, en of batterij conditie meter, of zelfs de
display van de tripcomputer die bij de huidige snelheid de
actieradius berekent.
Acculader. Het is aan te bevelen de lader in de boot in te bouwen
zodat onderweg bij elk stopcontact kan worden bijgetankt!
Bekabeling. Een set hoofd- en stuurstroomkabels voor de
motorbediening en signaleringen.
In de volgende hoofdstukken worden deze componenten in detail behandeld.
5. De elektromotor.
De elektromotor is het hart van onze elektrische aandrijving.
Voor de motor gelden de volgende eisen:
-De elektromotor moet zo stil mogelijk zijn.
-Het rendement moet zo hoog mogelijk zijn.
Uit de voorgaande hoofdstukken weten we dat het schroefastoerental zo laag
mogelijk moet zijn. In de praktijk gaan we uit van een toerental van 700 tot
1200 toeren, afhankelijk van de grootte en het gewicht van het schip.
In principe kunnen we dit gewenste toerental op twee manieren bereiken.
-Een hoogtoerige motor met reductiekast.
-Een direct gekoppelde laagtoerige motor.
De hoogtoerige motor is aanmerkelijk kleiner in afmetingen en voordeliger in
aanschafprijs. Dit laatste wordt ten dele tenietgedaan door de prijs van de
reductiekast. Het nadeel is het lagere rendement door de verliezen in de
reductiekast en het iets hogere geluidsniveau.
Motor met reductiekast
20

De laagtoerige motor is stiller, heeft een hoger rendement maar is duurder in
aanschaf.
Voor kleinere schepen (tot 7 meter en een motorvermogen tot 3 kW) raad ik
de direct gekoppelde laagtoerige aandrijving aan. Daarboven is de aandrijving
met reductiekast, uit kostenoogpunt, te prefereren.
Voor elektrisch varen worden vrijwel uitsluitend gelijkstroommotoren
toegepast. Van alle typen gelijkstroommotoren worden de seriemotor en de
permanent magneetmotor het meest gebruikt.
De seriemotor is specifiek geschikt voor tractie en wordt in zo goed als alle
vorkheftrucks gebruikt. Ze worden in grote aantallen geproduceerd en zijn
hierdoor relatief goedkoop. Het rendement van deze motoren is echter relatief
laag. (55 tot 75%)
De permanent magneet motor heeft de afgelopen jaren enorm in populariteit
gewonnen. Dit komt door de introductie van nieuwe magneetmaterialen,
waarmee compacte motoren met een zeer hoog rendement gebouwd kunnen
worden.
Hoewel deze motoren nog duurder zijn dan vergelijkbare seriemotoren,
hebben zij mijn voorkeur, met name door het hoge rendement, waarover later
meer.
Gelijkstroommotoren zijn te herkennen aan de koolborstels die de elektrische
verbinding verzorgen met collector. (Een gesegmenteerde koperen ring)
Koolborstels slijten en zullen na verloop van tijd vervangen dienen te worden.
De nieuwste trend in aandrijftechniek van voertuigen met accu’s is de
toepassing van borstelloze motoren.
Van de vele toegepaste technieken zijn voor elektrisch varen de permanent
magneet synchrone motor en de asynchrone motor geschikt.
Deze motoren behoeven geen onderhoud, zijn muisstil, compact in bouwvorm
en hebben een redelijk tot hoog rendement.
Helaas is de regelaar voor het regelen van de snelheid zeer gecompliceerd,
hetgeen deze aandrijvingen momenteel nog erg duur maken.
De verwachting is dat deze aandrijvingen binnen een aantal jaren in prijs fors
zullen dalen waardoor ze een geduchte concurrent voor die goede oude
gelijkstroommotor zullen worden.
Asynchrone motoren, zoals die veelvuldig in de industrie worden toegepast
kunnen ook voor het elektrisch varen worden gebruikt. Deze motoren zijn vrij
zwaar en hebben een relatief laag rendement. Enkele jaren geleden zijn er op
het gebied van asynchrone motoren ontwikkelingen geweest om het
rendement te verbeteren. Deze motoren hebben onder meer een blikpakket
met dunner blik. Hierdoor is het rendement aanzienlijk verbeterd. Ten opzichte
van de synchrone motor is de elektronische regeling minder gecompliceerd.
De permanent magneet synchrone motor heeft een zeer hoog rendement
maar is door de toegepaste magneetmaterialen nog vrij duur.
21

Korte samenvatting.
Bij elektrisch varen wordt meestal een gelijkstroommotor toegepast.
Een permanent magneet motor heeft een hoog rendement maar is duurder
dan een seriemotor.
Een motor met een laag toerental kan direct met de schroefas worden
verbonden. Een hoogtoerige motor moet voorzien zijn van een vertraging.
Voor motoren tot 3 kW is een directe aandrijving te prefereren door het hogere
rendement en lager geluidsniveau.
Permanent magneet synchrone motoren zijn duur maar perfect geschikt voor
elektrisch varen. Door de gecompliceerde elektronica zijn ze momenteel nog
aanmerkelijk duurder dan gelijkstroommotoren.
Asynchrone motoren worden overal in de industrie toegepast. Voor het
elektrisch varen zijn de standaard motoren minder geschikt door het relatief
lage rendement. Motoren met dunner en hoogwaardiger blik (hoog rendement)
zijn echter wel geschikt voor elektrisch varen.
5.1 Aanvullende informatie voor de liefhebbers.
Er zijn heel veel verschillende soorten elektromotoren op de markt, die in feite
allemaal voor specifieke toepassingen zijn ontworpen.
Al deze soorten elektromotoren maken gebruik van dezelfde natuurkundige
wet. Deze luidt:
Op een stroom voerende geleider, die zich in een magnetisch veld bevindt,
wordt een kracht uitgeoefend.
Als we die geleider, op de omtrek van een trommel, in een magnetisch veld,
bevestigen, en er voor zorgen dat de stroom in de juiste richting loopt, dan zal
die trommel gaan draaien, de elektromotor is een fijt.
5.1.1 Vermogen, koppel en toerental.
Het vermogen dat door een (elektro) motor wordt geleverd is afhankelijk van
het toerental en de bij dit toerental ontwikkelde kracht.
Bij roterende machines spreken we niet van kracht maar van koppel. Dit is de
kracht die de roterende as op een bepaalde afstand van het hart van de as
kan ontwikkelen.
Voor het vermogen geldt de volgende formule.
P = C x N x K
Hierin is: P Het vermogen in kW
N Het toerental in omw/min.
K Het koppel in Nm
.` C 0,0001025
22

Het zal voor een ieder aannemelijk zijn dat een motor die ik in mijn hand kan
houden, nooit zoveel koppel kan ontwikkelen, als een motor waar een
serieuze takel aan te pas moet komen, om hem van zijn plaats te krijgen.
Toch zou ik uit beide motoren hetzelfde vermogen kunnen halen. Als de kleine
motor met een extreem hoog toerental draait, en de grote motor met een heel
laag toerental, kan het vermogen van beide motoren gelijk zijn.
Als voorbeeld: Motor 1. 10.000 Omw/Min.
1 Nm koppel
2kg gewicht
Motor 2. 100 Omw/Min
100 Nm koppel
80kg gewicht
Beide motoren leveren hetzelfde vermogen van 1,05 kW.
Bij motorraces wordt een hoog vermogen bereikt met hoge toerentallen. Een
50CC motortje heeft maar een klein zuigertje en kan niet zo veel koppel
genereren.
Met moderne technieken ziet men echter kans, om deze motoren boven de
20.000 toeren te laten draaien, waardoor een aanzienlijk vermogen uit een
klein en licht motortje wordt geperst. Ze gaan daarbij niet zo lang mee, maar
dat is bij motorraces niet zo’n thema.
Jammer is het als de motor juist besluit te overlijden tijdens de race, het
voordeel is wel dat de coureur niet helemaal naar de haven terug moet
peddelen. Dat is wel ons lot, als onze bootmotor er mee ophoudt.
5.1.2 Toerental.
Vaak zien we in de praktijk, dat een relatief kleine motor wordt gekozen met
een laag koppel en een hoog toerental.
Het lagere schroeftoerental wordt bereikt door middel van een vertragingskast
of poelies met verschillende diameter en een V snaar.
De vertragingskast is zeker geen onbekende in de wereld van het varen. De
meeste (kleinere) diesels draaien ongeveer 3600 toeren en hebben in de
keerkoppeling een set tandwielen waarmee het schroeftoerental verlaagd
wordt tot bij voorbeeld 1200 of 900 toeren.
We spreken in dit geval over een reductie van respectievelijk 1:3 en 1:4.
Elektrische aandrijvingen worden op het moment nog het meest toegepast in
kleine schepen met een gewicht van 800 tot 2000 kg, een lengte van 5 tot 8
meter en een motorvermogen van 2 tot maximaal 6 pk.
Meestal wordt een accuspanning gekozen van 24, 36 of 48 volt.
Motoren van deze vermogens, bij de genoemde spanningen, worden in grote
hoeveelheden gefabriceerd voor de aandrijving van hydraulische pompen en
voor het rijden van kleine vorkheftrucks.
23

Tot 2,5 pk zien we het meest hoogtoerige motoren, die voor
pompaandrijvingen ontwikkeld zijn en die voor het varen voorzien zijn van een
reductiekast van bij voorbeeld 1:3.
Voor de goede orde, een keerkoppeling is bij elektrisch varen gelukkig niet
nodig. In tegenstelling tot onze brandstofmotor, kan de elektromotor in beide
draairichtingen lopen.
Het voordeel van een hoogtoerige elektromotor met aangebouwde
reductiekast is, dat hij relatief goedkoop is, wat overigens voor een groot deel
teniet wordt gedaan, door de kosten van de reductiekast.
Enige nadelen zijn:
1. Een hoogtoerige elektromotor produceert meer geluid dan een
laagtoerige. Ook is de reductiekast zeker niet stil.
2. Een reductiekast verliest tot 10% van het vermogen. Daar we met
onze accu’s zo ver mogelijk willen varen, is het rendement van het
totale aandrijfsysteem van groot belang, dus moet onnodig verlies
vermeden worden.
Persoonlijk geef ik, voor motoren met een vermogen tot 3 KW, de voorkeur aan een
direct gekoppelde elektromotor, zonder reductiekast. Een dergelijke motor is
weliswaar 30 tot 40% duurder dan zijn kleine broertje, maar door het betere
rendement zouden we met minder accucapaciteit kunnen volstaan.
Over rendement van het ideale aandrijfconcept wordt later nog uitgebreid gesproken.
5.1.3 Rendement.
Het rendement van een elektromotor is heel eenvoudig te berekenen.
We meten het koppel en toerental op de testbank waardoor we het afgegeven
vermogen kunnen berekenen.
Het opgenomen vermogen wordt eenvoudig berekend door de stroom en
motorspanning te meten.
De verhouding tussen afgegeven vermogen en opgenomen vermogen geeft ons het
rendement.
Het is belangrijk dat we ons realiseren dat een elektromotor zijn hoogste rendement
afgeeft, bij het nominale vermogen.
Als we een te grote motor kiezen voor onze boot, en dus een flink deel van het
beschikbare vermogen nooit gebruiken, zal het rendement laag zijn. Het is dus van
belang een motor te kiezen met niet te veel overcapaciteit.
5.1.4 De gelijkstroommotor.
Voor elektrisch varen worden tot op heden vrijwel uitsluitend gelijkstroommotoren
gebruikt.
Deze motoren hebben koolborstels om de elektrische stroom naar de draaiende rotor
(ook wel anker genoemd) te voeren en weer terug.
De koolborstels maken contact met een gesegmenteerde koperen ring, de collector.
Aan de combinatie van koolborstels en collector herkennen we de gelijkstroommotor.
24

Zoals in het begin van dit hoofdstuk is vermeld, werken alle elektromotoren op
hetzelfde principe. Op een stroom voerende geleider die zich in een magnetisch veld
bevindt, wordt een kracht uitgeoefend.
De uitgeoefende kracht wordt groter naarmate ofwel het magnetisch veld sterker is,
ofwel de stroom hoger.
Dit zouden we met de volgende formule kunnen weergeven.
K = C x F x I
Hierin is: K Het koppel
C een constante
F Sterkte van het magneetveld, ook wel flux genoemd
I De elektrische stroom
Uit de formule wordt duidelijk dat het koppel groter wordt, naarmate we meer stroom
door de motor sturen en een heel krachtig magneetveld genereren.
We bouwen dus heel eenvoudig een motor met een extreem sterk magneetveld,
laten er een hoge stroom doorheen razen en we hebben alle pk’s die we wensen.
Helaas, was het maar zo simpel.
Het magneetveld kan niet onbegrensd versterkt worden. Afhankelijk van de gekozen
materialen en de constructie van de motor, zal er een verzadiging van het
magneetveld optreden. Eenvoudig gezegd, er kan gewoon niet meer in!
De elektrische stroom kan ook niet ongelimiteerd hoog worden, omdat de stroom
naast kracht ook warmte genereert. Die warmte moet afgevoerd worden. Bij
onvoldoende afvoer (koeling) zal de motor te heet worden, waardoor de isolatie
tussen de elektrische geleiders verbrandt en er kortsluiting optreedt. Er is dus
voldoende warmtegeleiding en koelend vlak nodig.
Een grotere motor kan meer warmte afvoeren dan een kleinere.
Korte samenvatting met betrekking tot kracht, koppel en vermogen.
- Een motor met een hoog toerental en weinig kracht levert evenveel vermogen als
een motor met een laag toerental en veel kracht.
- De kracht die een gelijkstroommotor kan genereren wordt bepaald door de sterkte
van het magneetveld en de maximaal toelaatbare elektrische stroom.
5.1.5 Het toerental van een gelijkstroommotor.
Eigenlijk zou nu een heel gedetailleerde beschouwing moeten volgen over het
generatoreffect van een draaiende motor. Ook zou in detail moeten worden ingegaan
op de door de motor gegenereerde EMK (Elektro Motorische Kracht) en wat voor een
effect dit heeft op het motortoerental.
Binnen het kader van dit boekje lijkt het mij echter beter ons te beperken tot de
conclusie.
Het toerental van een gelijkstroommotor is afhankelijk van de aangelegde elektrische
spanning.
25

Het verband tussen spanning en toerental is recht evenredig. Een verdubbeling van
de spanning geeft in principe ook een verdubbeling van het toerental.
Voorbeeld:
Een motor draait bij 12 Volt 1000 toeren. Bij 24 volt is dit 2000 toeren en bij 36
volt 3000 toeren.
In een formule ziet dit er als volgt uit:
N = C x V
Hierin zijn: N Het toerental
C Een constante factor
V De elektrische spanning.
In dit hoofdstuk hebben we tot dusver de volgende formules besproken.
I.
P = C x N x K Het vermogen is afhankelijk van toerental N en koppel K.
K = C x F x I Het koppel is afhankelijk van magneetsterkte F en stroom
N = C x V Het toerental is afhankelijk van de elektrische spanning V.
Als we deze formules samenvoegen krijgen we een duidelijk beeld van de factoren
die het vermogen van een gelijkstroommotor bepalen.
De uitgewerkte formule wordt:
P = C x V x F x I
Het vermogen van een gelijkstroommotor is afhankelijk van:
-De elektrische spanning V
-De flux ofwel sterkte van het magneetveld F
-De elektrische stroom I
Met deze kennis in huis zijn we meteen toegetreden tot het eliteleger van de
motorexperts.
Met het volgende praktijkvoorbeeld zullen we de consequenties van de formule eens
nader analyseren.
Motor 1. Vermogen 2 KW
Toerental 5000 Omw/Min
Spanning 24 V
Stroom 100A
Gewicht 15 Kg
26

Motor 2.
Vermogen 2 KW
Toerental 1000 Omw/Min
Spanning 24 V
Stroom 100A
Gewicht 45 Kg
Beide motoren zijn conventioneel gebouwd en het ontwerp is gebaseerd op gelijke
magneetveld sterktes.
We kunnen nu het volgende concluderen:
- Het koppel dat motor 2 kan leveren is 5 maal sterker dan dat van motor 1. (het
toerental is maar 1/5)
- Het is dan ook niet vreemd, dat motor 2, 3 maal zwaarder is en ook aanzienlijk
groter zal zijn.
We kunnen stellen dat 5.000 toeren voor een gelijkstroommotor in een industriële
omgeving wel zo ongeveer de bovenste grens is.
Als we motor 2 met 120 Volt zouden voeden, dan zou het toerental van deze motor
tot 5000 toeren zijn opgelopen. De motor levert dan wel 10 KW.
In feite is deze motor 5 maal zo groot qua vermogen als motor 1.
Hiervoor is gesteld, dat het toerental van gelijkstroommotoren niet al te hoog kan
worden opgevoerd. De middelpuntvliegende krachten die werken op de wikkelingen
en de collector kunnen de wikkelingen uit de rotor trekken, of de collector uit elkaar
laten springen.
Dat zoiets er niet erg fraai uitziet kan ik vanuit de praktijk bevestigen.
In vaktermen wordt dan over een vogelnest gesproken. De stukgeslagen wikkelingen
van de motor lijken daar op.
5.1.6 Gelijkstroommotoren en hun magnetisch veld.
Uit de natuurkunde is bekend dat een elektrische stroom in die spoel een magnetisch
veld opwekt.
In de elektromotor vloeit een stroom door (veld)spoelen, waardoor het magneetveld
wordt opgewekt.
Als door de veldspoelen dezelfde stroom loopt als door de rotor, dan spreken we van
een seriemotor. De veldspoelen staan in serie met de rotor.
Rotor
Veldspoel
27

Worden de veldspoelen door dezelfde spanning gevoed als de rotor, dan spreken we
van een shuntmotor. In dit geval staan het veld en de rotor parallel geschakeld.
Rotor
Veldspoel
Bij stilstand loopt door de rotor van een gelijkstroommotor een heel hoge stroom.
Als de motor een seriemotor is, zal dezelfde hoge stroom door de veldspoelen lopen.
Hierdoor ontstaat een hoog koppel bij stilstand.
Van deze eigenschap van de seriemotor wordt in tractietoepassingen gebruik
gemaakt.
Treinen, trams, vorkheftrucks en andere elektrisch voortbewogen voertuigen zijn
voorzien van seriemotoren. Juist bij het optrekken vanaf stilstand is de meeste kracht
nodig.
Bij de shuntmotor is het magneetveld van de spanning afhankelijk. Zoals eerder
vermeld is het toerental eveneens van de spanning afhankelijk.
Bij de shuntmotor neemt het koppel met het toerental toe.
Combinaties van shunt en seriewikkelingen komen ook voor.
Naast motoren, die spoelen gebruiken om het veld op te wekken, zijn er ook motoren
die permanente magneten gebruiken.
Permanent magneetmotoren hebben de laatste jaren veel in populariteit gewonnen.
Dit komt doordat een aantal nieuwe magneetstoffen zijn ontwikkeld waarmee
extreem sterke permanente magneten kunnen worden geproduceerd.
Met name het materiaal neodemium-ijzer-boor (NdFeB) is enorm populair.
Dit materiaal heeft een zestienvoudige veldsterkte ten opzichte van het oude
vertrouwde ferriet. Met dit nieuwe materiaal kunnen zeer compacte motoren met een
hoog koppel gebouwd worden.
De kracht van deze magneten ondervond ik op hardhandige wijze toen ik bij een
constructeur van elektromotoren aan tafel zat. Hij liet me twee magneetsegmenten
zien en zei nog, let er op ze zijn al bekrachtigd hoor!
De twee magneten wilden met een vaart naar elkaar toe, dit ging niet omdat mijn
vingers ertussen zaten!!!
5.1.7 Achteruit varen
Zoals hiervoor al kort werd vermeld heeft de elektromotor geen keerkoppeling nodig.
Een gelijkstroommotor kan heel eenvoudig in beide draairichtingen werken en ook in
beide richtingen het nominale vermogen leveren.
28

Bij een gelijkstroommotor met een gewikkeld veld, dus een shunt of seriemotor, kan
de draairichting omgedraaid worden door de polariteit van ofwel het veld ofwel de
rotor te veranderen.
Eenvoudiger geformuleerd betekent dit dat we de + en – van het veld of de rotor
moeten omwisselen.
Rotor
Veld
Als we veld en rotorspanning omkeren dan blijft de motor gewoon dezelfde richting
uit draaien en dat zal niet de bedoeling zijn.
Bij de permanent magneet motor is het veld constant aanwezig. Alleen de rotor heeft
elektrische aansluitingen. We kunnen dus volstaan met het omdraaien van de
polariteit van de gehele motor.
Hoe we dit op een nette manier doen, wordt in het hoofdstuk 6, Regelaars
besproken.
5.1.8 Welk type motor voor elektrisch varen.
Omdat onze accucapaciteit beperkt is, moeten we letten op het rendement van de
aandrijving.
Zowel bij de serie of shuntmotor wordt een deel van de elektrische energie gebruikt
om een magnetisch veld op te wekken.
Een permanent magneetmotor doet dit niet. Hierbij wordt alle energie gebruikt om
motorvermogen te genereren.
Een serie of shunt motor van tussen 2 en 6 KW vermogen heeft een rendement van
55 tot 75 %, afhankelijk van de toegepaste materialen en het ontwerp. Een moderne
permanent magneet motor haalt een rendement van tussen de 80 en 93%.
Als een seriemotor voor elektrisch varen wordt gebruikt, kan de eigenschap van een
hoog koppel bij stilstand een nadeel zijn. Stel dat de schroef vastloopt op een stuk
hout of plastic. Juist bij stilstand kan de motor zijn hoogste koppel genereren,
waardoor schroef en as beschadigd kunnen worden. De elektronische
snelheidsregelaar kan de motorstroom begrenzen. Bij een seriemotor moet deze
begrenzing exact ingesteld worden om beschadiging van schroef en as te
voorkomen.
Een andere eigenschap van de seriemotor is, dat het toerental erg hoog wordt als de
belasting wegvalt. Zou de schroef van de boot door bijvoorbeeld hoge golven boven
29

water komen, dan valt op dat moment de belasting weg en vliegt het toerental
omhoog.
Dit laatste is de reden waarom op grote professionele elektrisch aangedreven
schepen, nooit seriemotoren worden toegepast.
Mijn voorkeur gaat voor boten tot 10 meter uit naar permanent magneet motoren met
hoogwaardige neodemium-ijzer-boor magneten. Deze motoren zijn klein en licht en
hebben het hoogste rendement. Daarboven is een synchrone motor of een
gelijkstroommotor met gewikkeld shuntveld te prefereren.
Voor motoren tot 3 KW geef ik de voorkeur aan laagtoerige direct gekoppelde
motoren, daarboven wordt een direct aangedreven motor te duur. Een hoger
toerental met reductiekast is dan de oplossing.
5.1.9 Motorgegevens interpreteren.
Op een elektromotor zit altijd een fraai plaatje waarop naast de naam van de bouwer
een heleboel gegevens in geheimschrift staan. Tevens is deze informatie in de
technische documentatie terug te vinden.
Nu we toch besloten hebben om experts te worden, moeten we ook hier iets van
weten.
Op het plaatje vinden we gegevens terug die we reeds besproken hebben zoals:
Motorspanning in Volt V
Maximale stroom in Ampère A .
Eventuele veldspanning en stroom
Nominaal toerental. n
Nominaal koppel in Nm.
Verder kunnen we nog een aantal volgens de Europese IEC norm vastgestelde
gegevens vinden.
Deze zijn:
Isolatieklasse.
De elektrische windingen van de motor zijn van elkaar geïsoleerd met een
materiaal, dat een bepaalde temperatuur kan verdragen. Bij een hogere
temperatuur zou de isolatie doorbranden.
Enige klasse aanduidingen zijn:
Klasse B 130 °C
Klasse F 155 °C
Klasse H 180 °C
De meeste moderne gelijkstroommotoren zijn in klasse F gebouwd.
Inschakelduur
Hier moeten we even heel goed oppassen!
De inschakelduur geeft aan hoe lang de motor het opgegeven vermogen kan
leveren voordat hij oververhit raakt.
30

De inschakelduur wordt als volgt gecodeerd.
S1. Het vermogen kan continue worden gegenereerd.
S2. Het vermogen kan een bepaalde tijd worden gegenereerd.
De tijd 10, 30 of 60 minuten moet hierbij vermeld staan
Bij voorbeeld: S2, 10 Min.
Bij elektrische varen is dit een belangrijk punt. We dienen het nominale
vermogen continue beschikbaar te hebben
Bij een elektrische boegschroef daarentegen wordt het vermogen nooit langer
dan 10 minuten tijdens manoeuvreren gevraagd.
Beschermingsklasse ( IP nummer)
Dit getal geeft aan hoe “dicht” de motor is voor het binnendringen van deeltjes
en water.
De “dichtheid” wordt aangegeven met een getal van twee cijfers, waarvan het
eerste cijfer de waterdichtheid aangeeft en het tweede cijfer de dichtheid voor
binnendringende deeltjes.
Enkele voorbeelden.
IP 21 Bescherming tegen alles met een diameter groter dan 12 mm.
Water kan vrij naar binnen.
IP 44 Bescherming tegen alles groter dan 1 mm. Spatwaterdicht.
IP 65 Stofdicht en waterdicht. Geschikt voor montage aan dek.
Bij aandrijvingen, waarbij de motor in een afgesloten motorruimte staat, is IP
21 voldoende. Zou de motor in de buitenlucht staan, dan is IP44 een minimum
vereiste. Moet alles nog blijven werken als de motor onder water staat, dan
moeten we denken aan IP65 en hoger.
De schipper zelf is ook ongeveer IP65, het nadeel is alleen dat hij het hooguit
een paar minuten volhoudt en daarna spontaan in IP21 verandert.
Motoren die geheel gesloten (in klasse IP44 en hoger) gebouwd zijn, kunnen
hun warmte slecht kwijt. Daarom zal het continue vermogen voor de
afmetingen van de motor relatief laag zijn.
Anders gezegd, een volledig gesloten motor voor een bepaald continu
vermogen is veel groter dan een open motor en kost ook veel meer.
Om toch een hoog vermogen uit de geheel gesloten motor te kunnen halen,
wordt meestal een geforceerde luchtkoeling of waterkoeling gebruikt.
Bij elektrisch varen is waterkoeling met een gesloten systeem zeer
aantrekkelijk door de betrekkelijk eenvoudige opstelling en het ontbreken van
ventilatorgeluid.
31

Bouwvorm.
In een Europese norm is een onderverdeling gemaakt in hoe de motor aan het
aan te drijven apparaat wordt gekoppeld. Bouwvorm B3 betekent dat de motor
horizontaal op 4 voeten staat. B14 geeft aan dat de motor met een flens direct
aan het aan te drijven apparaat is gekoppeld. V1 betekent dat de motor
verticaal met een flens gemonteerd wordt.
5.2 Borstelloze motoren, de toekomst.
Bij industriële regelbare aandrijvingen worden hoe langer hoe meer borstelloze
motoren ingezet.
Bij dit type motoren is het toerental afhankelijk van de frequentie van de
voedingsspanning. Dit in tegenstelling tot de gelijkstroommotor, waar het toerental
afhangt van de spanning.
In industriële toepassingen wordt meestal een 3 fasen, 380V, asynchrone
draaistroommotor gebruikt die door een gecompliceerde toerenregelaar gevoed
wordt. De asynchrone motor wordt zonder toerenregelaar al meer dan honderd jaar
in de meest uiteenlopende industriële toepassingen gebruikt, kortom, het echte
werkpaard van de industrie.
Een belangrijk nadeel van de asynchrone motor is het lage rendement van ca. 75%.
Dit maakt deze motor voor elektrisch varen minder geschikt. De afgelopen jaren is
veel gedaan om deze motoren te verbeteren. Motoren met dunner en beter blik
hebben een rendement dat rond de 85% ligt.
Recentelijk zijn een aantal regelaars op de markt gekomen die de asynchrone motor
als voortstuwing interessant maken.
Bij aandrijvingen met accu voeding zien we nog een, voor het elektrisch varen
interessante trend.
Hier zien we de opkomst van borstelloze gelijkstroommotoren en synchrone motoren.
Bij dit type motoren is het toerental net als bij de asynchrone motor, afhankelijk van
de frequentie van de voedingsspanning. Dit in tegenstelling tot de gelijkstroommotor,
waar het toerental afhangt van de spanning.
Op beide motortypen zullen we kort ingaan.
De borstelloze gelijkstroom aandrijving.
De motor is hierbij opgebouwd als synchrone permanent magneet motor. Dit
betekent, dat de rotor uit een aantal permanente magneten bestaat.
De stator is, wat betreft zijn functie, te vergelijken met de veldspoelen van een
gelijkstroommotor. Het zijn, in de eenvoudigste vorm, 3 spoelen die 120 ° verschoven
van elkaar zijn aangebracht.
De elektronische regelaar bekrachtigt de spoelen na elkaar, waardoor de magneten
van de rotor telkens naar de volgende spoel getrokken worden en de rotor draait.
32

Stator, of veldspoel
Rotor Permanente magneet
De elektronische regelaar stuurt de spanning en de frequentie waarmee de spoelen
worden bekrachtigd. Omdat de motor met een blokvormige spanning wordt gevoed,
zal het rendement van deze aandrijving niet boven de 80% uitkomen.
Wel heeft deze motor een zeer hoog koppel.
De synchrone aandrijving.
N
Z
Bij deze aandrijving wordt in principe dezelfde motor gebruikt als bij de borstelloze
gelijkstroom motor.
Op de motoras is een encoder gemonteerd. Dit is een nauwkeurig stukje techniek,dat
exact de positie van de draaiende rotor ten opzichte van de stator bepaalt.
De regelaar bestuurt elke spoel met een sinusvormige spanning waarvan de hoogte
frequentie en fase door een microprocessor wordt berekend.
De sinusvorm van de spanning wordt verkregen door de accuspanning met een
speciale regelaar zodanig te sturen, dat met geringe elektrische verliezen de
gewenste sinusvorm ontstaat.
Het resultaat is een stabiele, extreem rustige en soepel lopende aandrijving.
Het rendement van een synchrone motor met permanente magneten ligt ruim boven
de 90%.
De borstelloze gelijkstroomaandrijving zal in de toekomst veelvuldig gebruikt worden
in minder kritische toepassingen zoals pompaandrijvingen in vorkheftrucks.
Op het moment dat dit boekje uitkomt, wordt door een gerenommeerde leverancier
van watersportartikelen een met blokvormige spanning gestuurde borstelloze
aandrijving voor elektrisch varen aangeboden.
De motor en regelaar zijn ontwikkeld voor pompaandrijvingen door een fabrikant van
vorkheftruckmotoren in Slovenië. Kort na de introductie werd de motor voorzien van
een koelwatermantel omdat de motor, bij het opgegeven nominale vermogen,
te heet werd.
De met sinusvormige spanningen geregelde synchrone en asynchrone aandrijvingen
zullen in de toekomst zeer serieuze concurrenten worden van gelijkstroom. Met
name voor de aandrijving van voertuigen zal dit het geval zijn.
Een zeer recente ontwikkeling is de synchrone aandrijving zonder encoder. Een
geavanceerd rekenprogramma berekent de positie van de rotor en bestuurt de 3
stromen door de spoelen van de stator. Deze regelingen zijn zeer betrouwbaar door
33

het ontbreken van de encoder. Bij lage toerentallen is het koppel echter gelimiteerd.
De schroef vraagt bij een laag toerental een heel laag koppel. Dit maakt deze nieuwe
regelingen uitermate geschikt voor onze toepassingen.
Door het kostbare magneetmateriaal en de gecompliceerde regelaar, is de
synchrone aandrijving momenteel nog erg duur. De verwachting is echter dat de
synchrone aandrijving over enkele jaren niet veel duurder meer zal zijn dan de
gelijkstroomaandrijving. We wachten af.
5.3 Samenvatting
Dit hoofdstuk heeft een hele berg informatie verschaft over het hart van onze
elektrische aandrijving, de motor.
De belangrijkste zaken zetten we nog even op een rijtje.
Gelijkstroommotoren
- Hoogtoerige motor met reductiekast.
- Goedkoop.
- Wat minder rendement en iets meer lawaai.
- Laagtoerige direct gekoppelde motor.
- Stil, duurzaam en met een hoog rendement.
- Duurder, groter en zwaarder.
- Seriemotor
- Goedkoop door grote aantallen voor vorkheftruck toepassingen
- Laag rendement
- Hoog koppel bij stilstand en heel hoog toerental bij wegvallen van
de belasting
- Permanent magneet motor
- Zeer hoog rendement
- Constant koppel
- Wat duurder door hoogwaardige materialen voor de magneten.
- Inschakelduur.
Let op dat uw bootmotor het benodigde vermogen continu kan leveren.
Indien dit niet op het motorplaatje staat, is het aan te bevelen de
technische specificatie op te vragen.
Borstelloze motoren
De hoog rendement asynchrone motor is geschikt voor elektrisch varen.
De motor is absoluut onderhoudsvrij en erg stil. Helaas is deze techniek
momenteel nog erg duur.
De synchrone motor heeft een hoger rendement en is hierdoor zeer
geschikt. Er zijn op dit moment echter nog nauwelijks goede, betaalbare
motoren op de markt.
34

6. De regelaar.
Uit het vorige hoofdstuk weten we dat de gelijkstroommotor een toerental heeft, dat
afhangt van de aangelegde spanning. Eenvoudig voorgesteld, is de regelaar dan ook
een apparaat, dat tussen de batterijen en de motor wordt geschakeld en de
motorspanning regelt.
Voor de ontwikkeling van de vermogenselektronica in de vijftiger jaren van de vorige
eeuw, werd het toerental van een gelijkstroommotor meestal met behulp van
weerstanden geregeld.
Hierbij wordt het deel van het door de accu geleverde vermogen dat niet door de
motor wordt opgenomen, in warmte omgezet.
Hoog-rendement regelaars voor batterij gevoede aandrijvingen bestaan nu al zo’n 25
jaar. Gedurende de laatste 10 jaar zijn, door gebruik te maken van nieuwe
elektronische componenten, enorme verbeteringen gerealiseerd.
Alle moderne regelaars voor batterij gevoede systemen werken op het principe van
de pulsbreedte modulatie.
Deze methode laat zich als volgt eenvoudig verklaren.
Stel, we nemen een accu, een schakelaar en een motor en maken de elektrische
verbindingen. Als we nu de stroom inschakelen, zal de motor vlot naar het maximale
toerental gaan. Nu schakelen we de stroom heel snel, afwisselend in en uit.
De motor zal nu niet meer het maximale maar een (gemiddeld) lager toerental
bereiken.
Door de ingeschakelde tijd te variëren, kunnen we het toerental van de motor
regelen. Deze techniek wordt pulsbreedte regeling genoemd.
We waren er in de zeventiger jaren gelukkig ook al achter, dat je een hele lamme
hand krijgt van het snel heen en weer halen van een schakelaar.
Ook hier werd de elektronica met succes te hulp geroepen.
Met behulp van vermogenstransistoren werden schakelingen ontworpen die de
accuspanning heel snel in en uit schakelen.
Als dit echt snel gebeurt, dan lijkt het voor de motor alsof hij met een lagere spanning
wordt gevoed.
Het zal duidelijk zijn, dat als we de spanning dezelfde tijd in en uit schakelen, het
resultaat overeenkomt met de halve spanning.
Zouden we de spanning 25% van de tijd in, en 75% van de tijd uitschakelen, dan
komt dit overeen met 25% van de accuspanning.
50%
25%
35

Door de ingeschakelde tijd, ook wel de pulsbreedte genoemd, te variëren, regelen
we de uitgaande spanning en daarmee het toerental.
De meeste toerenregelaars schakelen zo’n 12.000 maal per seconde. Modernere
versies gaan al tot 30.000 schakelingen en hoger.
Om het in en uitschakelen met minimale elektrische verliezen te doen, zijn zeer snel
schakelende vermogenstransistoren nodig.
Voor regelingen tot ca. 150 volt, worden hiervoor veldeffect transistoren (mosfets)
gebruikt. Door het toepassen van deze moderne componenten worden regelaars
gebouwd met een rendement van boven de 95%.
De verwachting is, dat in de nabije toekomst de mosfet massaal in de
automobielindustrie ingezet zal worden.
Deze trend zal de prijs van de regelaar voor onze boot ook gunstig beïnvloeden.
6.1 Voor en achteruit varen.
De draairichting van een gelijkstroom motor kan worden omgekeerd door ofwel de
rotorstroom, ofwel de veldstroom in richting om te draaien.
De meest voor de hand liggende methode hiervoor, is de stroom door het veld om te
draaien. Hiervoor wordt een gecompliceerde vermogensschakelaar gebruikt.
Deze elektromechanische componenten worden in vorkheftrucks voor het voor en
achteruit rijden gebruikt.
Als gelijkstroom met een elektromechanische schakelaar wordt uitgeschakeld,
ontstaat er een vonk. Hierdoor kunnen de veelal verzilverde koperen contacten van
de schakelaar na verloop van tijd gaan inbranden.
Dit kan dusdanige vormen aannemen dat de contacten vervangen dienen te worden.
Bij een vorkheftruck in bij voorbeeld een continu opererend distributiecentrum,
worden de contacten dan ook minstens eens per jaar vervangen. Ook al schakelt
onze boot veel minder frequent tussen voor- en achteruit, toch moeten we er
rekening mee houden dat de elektromechanische schakelaar niet onbeperkt mee
gaat. Gelukkig hebben de specialisten op het gebied van de vermogenselektronica
ook hier een heel fraaie oplossing voor gevonden, die ook nog relatief simpel is.
We nemen gewoon twee regelaars. Een voor vooruit en een voor achteruit. Simpel
toch!
Vanzelfsprekend bouwen we de twee regelaars samen in een behuizing en laten ze
besturen door een gemeenschappelijk elektronische schakeling.
Motor
Rechts Links
Regelaar
36

Een dergelijk apparaat wordt een vier kwadranten regelaar genoemd.
De naam vier kwadranten regelaar kan aan de hand van het volgende schema
verduidelijkt worden.
Aandrijven
Linksom Rechtsom
Remmen
Een regelaar die alleen maar kan aandrijven in één draairichting wordt een éénkwadrant
regelaar genoemd.
Als de regelaar ook nog in staat zou zijn de motor elektrisch te kunnen afremmen,
dan was dit een twee-kwadranten regelaar.
Een vier-kwadranten regelaar kan aandrijven en remmen in beide richtingen.
Het grote voordeel van een vier-kwadranten regelaar bij elektrisch varen is, dat als
van vol voor naar vol achteruit geschakeld wordt, de motor perfect beheerst
bestuurbaar blijft.
Allereerst wordt de schroef elektrisch afgeremd tot stilstand en vervolgens wordt het
vermogen weer gecontroleerd vrijgegeven in de andere draairichting.
Gelukkig voor het vaarvolk, zijn de prijzen van mosfets de laatste jaren al flink
gedaald. Hierdoor is de prijs van een elektronische vierkwadranten regelaar nog
maar een fractie hoger dan die van één-kwadrant regelaar met
vermogensschakelaar.
6.2 Hoe zwaar kiezen we de regelaar.
Het ligt voor de hand dat de regelaar geschikt moet zijn om het nominale vermogen
van de motor continu te kunnen leveren.
Bij een gelijkstroommotor die nominaal 100A trekt moet ook een regelaar worden
gekozen die dit kan leveren of iets meer.
Bij dit punt moeten we even goed oppassen. De meeste fabrikanten en leveranciers
van regelaars schermen graag met de maximale stroom die de regelaar heel kort kan
leveren. Na goed zoeken kom je dan de nominale of continue stroom in de
documentatie tegen. Deze waarde ligt op minder dan de helft van de maximale
stroom. Vooral de fabrikanten in noord Amerika zijn hier heel bedreven in.
37

6.3 Aanvullende informatie voor de liefhebbers.
Het besturingssysteem van de regelaar.
Tot voor enige jaren, werd het brein van de regelaar opgebouwd uit analoge
schakelingen, die gebruik maakten van transistoren, versterker IC’s en dergelijke.
Bij moderne regelaars zijn deze componenten vervangen door een microprocessor.
Voordelen hiervan zijn:
-Geringere storingskans
-Nauwkeurige regeling
-Foutanalyse via een display of de laptop
-Eenvoudige instelling van parameters zoals aanloopstroom, maximale
stroom, en bewaking van de accuspanning.
-Een gegarandeerd stabiele regeling
De spanning van de regelaar.
Voor een gelijkstroommotor maakt het qua kosten niet veel uit of we hem in 24, 36, of
48 volt bouwen.
Bij de regelaar ligt dit iets anders.
De mosfets die het vermogen moeten schakelen, zijn in een lagere spanning
aanzienlijk goedkoper dan voor hogere spanning.
Dit maakt een regelaar bij dezelfde stroom, voor 48 volt meestal duurder dan een
regelaar van 24 volt. Bij regelaars voor 72 volt, wordt het prijsverschil nog veel groter.
Opbouw van een regelaar.
Koeling.
Zoals reeds vermeld, heeft een moderne regelaar een rendement van boven de
95%. De resterende 5% wordt omgezet in warmte.
De regelaar is voorzien van een aluminium koelplaat die deze warmte moet afvoeren.
Van vele regelaars is deze koelplaat voor continu gebruik te klein en moet het geheel
nog op een aluminium plaat gemonteerd worden. Het is belangrijk hierbij de
instructies van de fabrikant op te volgen.
Ook zijn er regelaars die voorzien zijn van een automatisch werkende klein ventilator.
Deze ventilator wordt automatisch ingeschakeld als de temperatuur van de regelaar
te hoog dreigt te worden.
Dit werkt natuurlijk perfect, het is echter wel een extra component met kans op
storingen en een geluidsbron. Een kwestie van smaak!!!
Overigens hebben alle regelaars een schakeling die het motorvermogen reduceert
als de regelaar te heet dreigt te worden.
Regelaars met waterkoeling heb ik tot op heden nog niet op de markt gevonden.
Toeters en bellen.
De grootste markt voor pulsbreedte toerenregelaars voor batterij gevoede
aandrijvingen zijn elektrische voertuigen.
Alle regelaars die voor deze toepassingen zijn ontworpen hebben een aantal, soms
best dure, toeters en bellen, die we voor elektrisch varen echt niet nodig hebben.
38

Toeters en bellen wordt hier overigens letterlijk bedoeld.
Vrijwel alle regelaars hebben een schakeling waarmee een claxon kan worden
aangestuurd bij het achteruit rijden.
Dit is bij een voertuig verstandig, en zelfs verplicht. Op een boot zie ik er echter de lol
niet van in.
Verder zien we regelaars met ingebouwde schakelingen voor het besturen van een
hydraulische pomp. Een vorkheftruck zal hier blij mee zijn, op de boot heeft het geen
nut.
Gelukkig komen er de laatste tijd regelaars op de markt, die echt voor het elektrisch
varen ontworpen zijn. Zonder toeters en bellen, zeer functioneel en prijstechnisch
interessant.
Elektrische aansluitingen.
Een 3.5kW motor met een spanning van 24V zal bij maximaal vermogen een stroom
vragen van 162 A.
Voor de berekening van de motorstroom, ben ik van een rendement van 90%
uitgegaan.
Tijdens versnellen of omkeer van de draairichting kan de stroom oplopen tot 300 A.
en hoger. Om deze hoge stromen goed te kunnen verwerken moet de regelaar
voorzien zijn van robuuste aansluitklemmen voor de bekabeling naar de accu’s en de
motor.
Ook de interne opbouw van het vermogensdeel van de regelaar moet op deze hoge
stromen zijn afgestemd.
Helaas moet ik vaststellen dat dit laatste nog wel eens te wensen over laat.
Overzicht van de belangrijkste zaken.
- Een mosfet pulsbreedte regelaar heeft een rendement van boven de 95% en is
uitermate geschikt voor het regelen van de snelheid van onze boot.
- De elektronische vierkwadranten regelaar heeft de voorkeur boven de regelaar
met elektromechanische omschakeling.
- Een moderne microprocessor gestuurde regelaar heeft de voorkeur boven een
analoge regelaar.
- Een regelaar zonder ventilator kan een koelplaat nodig hebben. Volg de
aanwijzingen van de leverancier op.
- Probeer een regelaar te vinden zonder de onnodige toeters en bellen
- De elektrische aansluitpunten voor de bedrading naar de motor en de accu’s
moeten voor de hoge stromen geschikt zijn.
De regelaar voor borstelloze motoren.
Zoals eerder vermeld, bestaat de borstelloze gelijkstroommotor uit een rotor met
permanente magneten en drie 120° van elkaar verschoven spoelen in de stator.
Elke spoel heeft een eigen pulsbreedte regelaar. De vrij complexe besturing wordt
geregeld door een microprocessor.
Bij de regelaar voor een synchrone of asynchrone motor wordt elke spoel gevoed
door een pulsbreedte geregelde spanning die lijkt op een sinusvorm.
39

Omdat er 3 paren vermogenstransistoren gebruikt worden, in plaats van 2 bij een
gelijkstroomregelaar en de elektronica vele malen complexer is, is deze regelaar nog
vrij prijzig.
7. De accu’s
In de accu’s van onze elektrische aandrijving wordt de energie opgeslagen die we
voor de voortstuwing nodig hebben.
De accu’s zijn dan ook de brandstoftank van het elektrisch varen en dus in
hoofdzaak bepalend voor hoe ver we kunnen varen.
7.1 Geschiedenis.
Elektrische tractie, het aandrijven van een voertuig door middel van elektriciteit, werd
voor het eerst gedemonstreerd in Aberdeen, Schotland in 1837.
Robert Davidson bouwde er de eerste elektrische trein die voorzien was van
galvanische cellen als opslagmedium voor elektrische energie.
Een galvanische cel ontstaat als twee verschillende metalen elektroden in een
geleidend bad worden gehangen. Door de natuurlijke verschillen in elektrische
potentiaal tussen de metalen zal, indien de stroomkring gesloten wordt, een stroom
gaan lopen.
De eerste cellen maakten veelal gebruik van koper en zink als elektroden, en worden
naar de uitvinder “Daniell cellen” genoemd. Galvanische cellen hebben een veel te
lage energie inhoud en zijn dus niet geschikt als modern opslagmedium voor
elektrische energie.
Op 26 mei 1860 introduceerde Gaston Planté zijn loodaccu aan de Franse academie
van wetenschappen.
Zijn accu maakte gebruik van lood en loodoxide als elektroden en zwavelzuur als
elektrolyt.
40

De loodaccu zoals wij die veelvuldig toepassen was geboren. Toch duurde het nog
zeker 20 jaar voordat de techniek zo verbeterd was dat een bruikbare accu
geproduceerd kon worden.
In 1911 vond Charles Kettering de elektrische startmotor uit. Hierdoor kwam er
abrupt een einde aan de elektrische auto maar werd er tevens een enorme markt
voor start accu’s geboren.
De eerste auto’s hadden een startmotor van 6 Volt en een accu met geringe
capaciteit. Halverwege de vorige eeuw werden vooral in Noord Amerika de
automotoren steeds groter en werden de auto’s van hoe langer hoe meer elektrische
accessoires voorzien. De 6 Volt installatie was niet meer toerijkend waarna besloten
werd op 12 Volt over te gaan.
12 Volt loodaccu’s worden in enorme aantallen over de hele wereld gefabriceerd en
zijn daarom ook goedkoop.
7.2 Verschillende soorten accu’s.
Vrij snel na de uitvinding van de loodaccu werden de nikkel-ijzer en nikkel-cadmium
batterij uitgevonden.
Deze accu’s hebben een lagere spanning per cel en een lagere energie inhoud dan
de loodaccu maar hebben het voordeel dat ze pas na lange tijd zonder lading hun
capaciteit verliezen.
Nikkel-cadmium batterijen zijn uit milieu overwegingen verdwenen. Soms zie je er
nog die uit oude telefooncentrales zijn gekomen en daar als noodvoorziening
dienden.
Nikkel-ijzer en nikkel-cadmium zijn voor aandrijving van voertuigen te groot, te zwaar
en veel te duur.
Met de toenemende belangstelling voor elektrisch aangedreven voertuigen, is de
vraag naar accu’s met een hoge energie dichtheid (vermogen per kg gewicht) sterk
toegenomen. Het gevolg is dat de laatste decennia een hele reeks van nieuw
batterijsystemen zijn ontwikkeld, waarvan de meeste dermate ingewikkeld zijn, dat ze
wellicht nooit op commerciële basis geproduceerd zullen worden.
Een technologie die hier zeker een uitzondering op maakt is de lithium ionen accu.
Deze accu’s hebben bij gelijk gewicht, een tot 5 maal grotere capaciteit dan
loodaccu’s en worden momenteel massaal toegepast in mobiele telefoons en
notebook computers.
Lithium ionen accu’s voor aandrijftechniek van voertuigen worden nu nog in heel
kleine hoeveelheden geproduceerd en zijn daardoor nog extreem duur.
De fabrikanten van lithium ionen batterijen investeren momenteel enorm in
vereenvoudiging van de technologie en productieproces. Ook wordt fors
geïnvesteerd in volledig geautomatiseerde fabrieken. We moeten dus nog een paar
jaar geduld hebben.
Naast de hierboven beschreven lithium ionen batterijen zijn ook de nikkel metaal
hydride batterijen in opkomst. Ze worden net als de hierboven omschreven lithium
ionen batterijen ook in palmtop computers, GSM telefoons en allerlei andere batterij
gevoede apparaten gebruikt.
41

De automobielindustrie heeft de laatste jaren veel geld geïnvesteerd in deze
technologie als accu voor elektrische en hybride auto’s.
Zeer recentelijk is echter duidelijk geworden dat de resultaten in tractietoepassingen
zodanig tegenvallen dat een aantal grote autofabrikanten het project hebben gestopt
en weer verder gaan met loodaccu’s.
Voor het elektrisch varen is de loodaccu momenteel de technisch en economisch
gezien meest verstandige keuze. We zullen dan ook aan deze technologie wat meer
aandacht besteden.
7.3 De loodaccu
Bij een loodaccu bestaat de positieve elektrode uit loodoxide of sulfide, en de
negatieve elektrode uit lood. De platen loodoxide en lood worden van elkaar
gescheiden door separatoren. Als elektrolyt wordt zwavelzuur gebruikt.
Ten opzichte van de andere accusystemen hebben loodaccu’s de volgende
voordelen:
De hoogste celspanning
Inzetbaar bij lage en hoge stromen
Groot temperatuurbereik
Rendement beter dan 80%
Daarentegen zijn ze letterlijk lood zwaar en is de energie-inhoud per Kg gewicht laag.
De opbouw van een loodaccu hangt af van de toepassing.
Een startaccu moet een korte tijd een heel hoge stroom kunnen leveren. Hiervoor is
deze accu uitgevoerd met veel dunne platen met een relatief groot oppervlak.
Hierdoor kan het elektrochemische proces op veel plaatsen tegelijkertijd plaatsvinden
en er dus een hogere stroom lopen.
Accu’s voor verlichting en voor lichte tractie moeten en lagere stroom heel lang
kunnen produceren. Hiervoor hebben ze minder platen nodig dan startaccu’s maar
de platen zijn wel dikker. Verderop in dit hoofdstuk wordt nader ingegaan op de
verschillende soorten loodaccu’s.
7.4 Levensduur van een loodaccu.
Accu fabrikanten spreken van het einde van de levensduur als de capaciteit van de
accu is teruggelopen tot 80% van de capaciteit in nieuwstaat.
Vele factoren spelen een rol bij de levensduur van een accu. We noemen de meest
belangrijke:
Ontlading.
Een zeer grote invloed heeft de mate waarin de accu wordt ontladen. Hieronder volgt
een tabel van een willekeurige semi tractie accu die dit effect duidelijk weergeeft.
42

Ontlading in % van Levensduur in aantal
capaciteit
ontladingen
100% 350
80% 500
60% 800
40% 1400
20% 2500
De tabel laat duidelijk zien dat we de levensduur van een accu sterk kunnen
verbeteren door ervoor te zorgen niet te diep te ontladen.
Voor de berekening van de benodigde capaciteit voor de boot moet hiermee
rekening gehouden worden. Persoonlijk reken ik met maximaal 80% ontlading.
Hierbij zal het set accu’s een redelijk lange levensduur hebben.
Zuiverheid van de gebruikte metalen.
Een extreem zuiver metaal is duurder dan een metaal met lichte verontreinigingen.
Fabrikanten van goedkope accu’s zijn eerder bereid hier wat concessies te doen dan
de gerenommeerde merken, althans dat hopen we.
Temperatuur.
Loodaccu’s verliezen bij lage temperatuur een deel van hun capaciteit. Dit hebben
we allemaal wel eens ervaren toen onze auto op een zeer ongelegen moment, en
natuurlijk in de winter, niet meer wilde starten.
Hoge temperaturen van boven de 50 0 C zijn nadelig voor de levensduur van de accu.
Laadcyclus.
Lood accu’s worden in een aantal verschillende uitvoeringen gefabriceerd, die allen
een afwijkende laadkarakteristiek hebben. Bij moderne microprocessor gestuurde
laders kan het type accu worden ingegeven waarna de accu op de juiste manier
wordt geladen. Het laden met de verkeerde karakteristiek heeft over het algemeen
een nadelig effect op de levensduur van de accu.
7.5 Zelfontlading van accu’s
We hebben het allemaal wel eens meegemaakt. De auto, motorfiets, of ander van
een startmotor voorzien apparaat heft een tijd stil gestaan en prompt is de accu
dood.
Dit probleem wordt veroorzaakt door zelfontlading. Normaal ontlaadt een accu zich
doordat er extern een gesloten stroomkring op wordt aangesloten.
Zelfontlading vindt plaats zonder externe stroomkring en wordt veroorzaakt doordat
loodoxide in de nabijheid van zwavelzuur langzaam uiteenvalt.
De snelheid van zelfontlading hangt af van de zuurconcentratie, de temperatuur en
het ontwerp van de accu.
Als vuistregel kunnen we stellen dat de accu 1% capaciteit verliest per dag.
De enige manier om dit probleem tegen te gaan is gebruik te maken van een
druppellader die de accu constant op volle lading houdt.
43

7.6 Capaciteit van een accu.
De capaciteit van een accu wordt opgegeven in Ah,
oftewel de stroom vermenigvuldigd met de tijd zolang
de accu deze stroom kan leveren.
Voor start accu’s wordt deze waarde opgegeven bij 20
uur ontlading.
Een 80 Ah accu kan dus 4 A stroom gedurende 20 uur
leveren voordat hij weer
opgeladen dient te worden.
Bij tractie en semi-tractie accu’s is deze waarde
gebaseerd op 5 uur ontlading.
Dit laatste maakt aardig wat verschil uit zoals we
hieronder zullen verklaren.
Ontlaadstroom Capaciteit
in A
in Ah
10 130
20 100
30 86
40 77
50 71
60 66
80 56
100 54
De capaciteit van een accu is geen constante maar hangt af van een groot aantal
factoren.
We noemen de belangrijkste:
Ontlaadstroom.
Bij een hogere stroom neemt de capaciteit van een accu af. De volgende tabel geeft
een indruk van de capaciteit van een 100 Ah ( 5 uur waarde) semi-tractie accu.
De accu van dit voorbeeld heeft bij 20 A ontlaadstroom een capaciteit van 100Ah.
Zouden we deze capaciteit opgeven bij een ontlading met 10 A, dan is de capaciteit
ineens veel hoger. Volgens de tabel 130 Ah. Ontladen we deze accu met 100A dan
is de capaciteit nog maar 54 Ah.
Bij de aanschaf van accu’s moeten we er dus goed op letten bij welk ontlaadtijd de
capaciteit (Ah waarde) is opgegeven; 5 uur of 20 uur. De accu met 100 Ah capaciteit
bij 20 uur is aanmerkelijk kleiner en terecht voordeliger dan een accu met dezelfde
capaciteit bij 5 uur.
Vorm van de ontlaadstroom.
Zoals we weten, is de stroom die de snelheidsregelaar van de accu vraagt niet
constant maar pulserend. Dit heeft een nadelig effect op de capaciteit van de accu.
Onderhoud.
Bij natte accu’s zal er bij het laden water verdwijnen. Wordt dit niet bijgevuld, dan zal
een deel van de platen boven het niveau van het elektrolyt uitsteken waardoor de
capaciteit vermindert.
Leeftijd.
Met het aantal laad en ontlaad cycli, loopt de capaciteit terug. De fabrikanten
beschouwen een accu aan het einde van zijn leven als de capaciteit tot 80% is
teruggelopen.
Temperatuur.
De capaciteit van een accu is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de
temperatuur, des te hoger de capaciteit. Bij lagere temperatuur loopt de capaciteit
44

terug. Als onze accu in de auto wat ouder is en ons in de winter plotseling laat staan
weten we nu tenminste waarom.
7.7 Meten van de accucapaciteit
Wat zou het prettig zijn om een metertje in de boot te hebben dat de restcapaciteit
van de accu exact aangeeft. Ik denk hierbij aan de vervanger van de tankmeter in de
brandstoftank. Zelf heb ik de onaangename gewoonte mijn auto zover leeg te rijden
dat de meter echt op leeg staat en de elektronica me al een aantal malen nerveus
heeft gewaarschuwd dat het nu toch wel tijd wordt te gaan tanken. In mijn auto wordt
mij zelfs verteld hoever ik nog kan gaan. Dit systeem is verbazingwekkend exact. Bij
accu’s is dit heel wat moeilijker. De capaciteit is niet constant en afhankelijk van heel
wat factoren zoals we hiervoor gezien hebben.
Er zijn heel wat accu capaciteitmeters te koop. De meest eenvoudige typen meten de
accuspanning en geven dit aan met een aantal gekleurde LED’s.
Dit is de minst nauwkeurige methode, temeer omdat de spanning ook afhankelijk is
van de stroomsterkte.
Veel betere, maar ook veel duurdere systemen, zijn voorzien van een
microprocessor die het aantal Ah laadstroom en ontlaadstroom berekent en de
restwaarde aangeeft. De meest geavanceerde apparaten berekenen zelfs de invloed
van de stroomsterkte, de temperatuur en de veroudering op de capaciteit. Het
resultaat is redelijk nauwkeurig maar helaas niet zo nauwkeurig als het metertje voor
de dieseltank.
Heel prettig zij de capaciteitsmeters die de nog te varen tijd bij de huidige snelheid
aangeven. Met dit soort meter is meteen duidelijk wat een enorme invloed een klein
beetje meer snelheid voor gevolg heeft op de actieradius van de boot.
Besluit men een capaciteitsmeter aan te schaffen dan dient dit instrument aan de
volgende voorwaarden te voldoen:
- Duidelijke uitlezing
- Eenvoudig te programmeren
- Rekening houden met de laadstroom ( Peukert formule)
- Rekening houden met de veroudering van de accu’s
- Uitlezing van de nog te varen tijd.
- Uitlezing van de resterende laadtijd tot vol.
- Display van meerdere waarden tegelijkertijd zodat niet steeds moet worden
omgeschakeld.
Een metertje met een paar gekleurde LED’s geeft onvoldoende informatie en is niet
zo’n verstandige investering.
7.8 Soorten loodaccu’s
De uitdrukking “we koken tenslotte allemaal gewoon met water”, is in acculand nog
niet zo doorgedrongen.
Vaak worden, met name in de Noord Amerikaanse markt, maar helaas ook bij
gerenommeerde Europese leveranciers, hele nieuwe termen bedacht door marketing
45

specialisten die alleen worden ingehuurd als ze kunnen aantonen al meerdere
generaties volkomen atechnisch te zijn.
Het resultaat is dat het lijkt alsof een geheel nieuwe, baanbrekende technologie
wordt gepresenteerd, terwijl het toch gewoon gaat om een bekend stuk elementaire
accu techniek.
Helaas zijn er ook handelaren die op een bekende accu hun eigen sticker plakken en
daarmee meteen de capaciteit denken te kunnen opvoeren of eigenschappen
compleet kunnen veranderen.
Er bestaan een aantal productie technieken en principes waar alle fabrikanten het
mee moeten doen. De betere fabrikanten gebruiken nauwkeuriger
productietechnieken en zuivere grondstoffen.
De meest eenvoudige indeling van de verschillende soorten loodaccu’s is de
volgende:
De natte accu. Bij deze accu is het elektrolyt vloeibaar en kan het er uitlopen,
als bij een ongeluk de accu scheurt.
De droge accu. Bij de droge accu is het elektrolyt ofwel gelvormig ofwel in
Hele dunne glasbuisjes gevangen. Als deze accu openbarst, zal
er geen vloeistof uitlopen.
Binnen deze globale indeling kennen we nog een aantal specifieke types. Deze zijn:
De startaccu. Nagenoeg altijd in natte technologe, wat te herkennen is
aan de dopjes voor het bijvullen van het
gedemineraliseerd water.
De deep cycle accu. Deze accu kan dieper ontladen worden dan een standaard
accu. Ook hierbij geldt echter dat een diepe ontlading de
levensduur niet ten goede komt.
Deep cycle accu’s zijn uitermate geschikt voor elektrisch varen. Daarom zullen we
Wat uitgebreider ingaan op de verschillende soorten.
Natte deep cycle accu’s
Droge deep cycle accu’s
Onderhoudsarm
` Onderhoudsvrij
AGM
Gel
46

Onderhoudsarme accu.
De platen zijn gemaakt van lood-antimoon en antimoon waardoor minder gasvorming
ontstaat en dus ook minder water moet worden bijgevuld.
Onderhoudsvrije accu.
Over het algemeen worden lood/antimoon en calcium/calcium platen gebruikt. Deze
accu’s zijn geheel gesloten en worden niet bijgevuld. Het verlies aan water is 250%
lager dan de onderhoudsarme accu, hij gaat 40% langer mee en de zelfontlading is
de helft.
Bij deze voordelen komt nog dat deze accu relatief voordelig is en voor onze
toepassingen bijzonder geschikt.
Wel moeten we bij de calcium/calcium accu’s voor het laden een hiervoor geschikte
lader gebruiken. Als een calcium/calcium accu eenmaal volledig leeg is geweest is hij
niet meer te gebruken.
AGM accu.
De naam van dit type accu is de afkorting van Absorptive Glass Microfibre.
Tussen de platen van de accu zijn lagen glasmat aangebracht waarbij het elektrolyt
als het ware gevangen zit in heel dunne glazen buisjes.
De zuurstof die wordt gevormd bij het uitgassen wordt in de accu aan de negatieve
pool teruggevormd in water.
Deze accu’s kunnen heel hoge stromen verdragen, zijn lichter en hebben een lange
levensduur.
Ze kunnen niet zo goed tegen hogere temperaturen ( 45 o C), moeten met een
speciale laadcurve in minimaal 5 uur geladen worden en zijn relatief kostbaar.
Gel accu
Bij de gel accu is het elektrolyt geleiachtig van substantie. Ook hier wordt de
gevormde zuurstof teruggevormd in water en behoeft de accu nooit bijgevuld te
worden. De eigenschappen van de gel accu komen sterk overeen met de AGM accu.
Opmerking.
Zowel de calcium/calcium, de AGM als de gel accu worden ook wel V.R.L.A. accu’s
genoemd.
V.R.G is de afkorting voor “Valve Regulated Lead Acide”. Deze naam geeft aan dat
de accu’s voorzien zijn van een ventiel. Dit is voor de veiligheid, zodat bij een te hoog
opgelopen druk in de accu gas kan ontsnappen.
AGM en GEL accu’s zijn uitermate geschikt voor tractie toepassingen. Ze hebben
een lange levensduur, zijn kleiner, kunnen in elke stand gemonteerd worden maar
zijn relatief duur.
7.9 Welk type accu voor het elektrisch varen?
Het antwoord op deze vraag is afhankelijk van het vaargedrag en de vulhoogte van
de schatkist.
Recreatief varen waarbij de boot enkele malen per week voor een rustig tochtje
gebruikt wordt op kalm binnenwater.
47

Hierbij is mijn eerste keus de onderhoudsvrije accu. We dienen voldoende capaciteit
te installeren om al te diepe ontladingen te voorkomen.
Is men bereid om ongeveer het dubbele uit te geven dan zijn AGM of gel accu’s een
goede keuze. Deze accu’s gaan waarschijnlijk wel minstens 50% langer mee!
Recreatief varen waarbij de nadruk ligt op een heel lange vaartijd.
Hierbij bieden AGM en gel accu’s grote voordelen. Door hun kleinere afmetingen
kunnen we meer Ah capaciteit onderbrengen en is ook het gewicht gunstiger.
De semi-tractie deep cycle accu is ook hier een prima keuze maar zal wat meer
plaats vragen en zwaarder zijn. Ook dienen we bij deze accu’s regelmatig het water
bij te vullen. Ze zijn wel veel voordeliger dan gel of AGM accu’s.
Professioneel gebruik voor korte vaartijden.
Ik denk hierbij aan een rondvaartboot die dagelijks vele rondjes moet varen. Hierbij is
van belang dat in een heel korte tijd veel energie in de accu geladen kan worden.
Tractie accu’s zoals in vorkheftrucks worden gebruikt zijn hier de beste oplossing.
Gezien het zeer hoge prijsniveau en kolossale afmetingen van deze industriële
krachtpatsers wordt de tractie accu niet verder behandeld.
De semi-tractie deep cycle accu is ook hier geen slecht alternatief maar gaat naar
verwachting iets meer dan de helft van de tijd mee van een tractie accu.
Professioneel gebruik voor lange vaartijden.
Dit is voor alle elektrisch aangedreven voertuigen het hete hangijzer. Boeken vol,
lezingen te over, laboratoria in de hoogste versnelling. Het resultaat is dat er nog
geen betaalbaar product bestaat. Voorlopig zou ik voor onze toepassing de AGM
accu aanbevelen en heel voorzichtig het woord hybride laten vallen!!!
7.10 Accuschakelingen.
De meest gangbare accu’s hebben een spanning van 12 volt. Voor een 24 volt
aandrijvingmoeten twee accu’s in serie geschakeld worden
+
- Serieschakeling
+
-
Willen we de capaciteit van accu’s verhogen, dan moeten meerdere accu’s parallel
geschakeld worden.
Voorbeeld.
We gaan uit van accu’s met een capaciteit van 100Ah, en een spanning van 12 Volt.
De aandrijving werkt met 24 Volt
48

Om de gewenste actieradius te halen hebben we 200 Ah nodig.
De schakeling wordt als volgt.
+
-
7.11 Hoeveel accu’s heb ik nodig om hoe lang te kunnen varen?
Deze heel vaak gestelde vraag is niet zo eenvoudig te beantwoorden.
Uit de voorgaande hoofdstukken weten we dat het energieverbruik exponentieel
toeneemt met het toerental van de motor. Zo stelden we reeds vast dat bij 80% van
het nominale toerental de motor minder dan de helft van het nominale vermogen
vraagt. Dit betekent dat we dus bij 80% toerental, minstens twee maal zo lang
kunnen varen als bij vol toerental.
Ook de accu maakt het ons in dit verband extra moeilijk. Zoals we weten is de
capaciteit namelijk niet constant, maar neemt af bij een hogere stroom.
De heer Peukert heeft in 1897 en formule ontwikkeld, die het verband tussen
capaciteit van een lood accu en de ontlaadstroom redelijk benadert.
De formule van Peukert houdt geen rekening met de temperatuur en de soort
ontlading. (gelijkmatig of pulserend) Als een exacte berekening verlangd wordt,
dienen de ontlaad/capaciteit curven van de toegepaste accu bekend te zijn
Uitgaande van pessimistische gegevens heb ik voor verschillende motor accu
combinaties de vaartijd uitgerekend.
Voor de tabellen gaan we uit van semi tractie batterijen waarvan de capaciteit bij 5
uur ontlading is gedefinieerd.
In de aanvullende informatie is de formule gegeven om de vaartijd voor elke
willekeurige motor en accuset uit te rekenen.
Motor met een nominale stroom van 100 A, vaartijd in uren.
Motorstroom in A
Ah accu's 20 30 40 50 60 70 80 90 100
100 5,00 2,86 1,92 1,41 1,10 0,89 0,74 0,63 0,54
150 8,75 5,00 3,36 2,47 1,92 1,55 1,29 1,10 0,95
200 13,01 7,44 5,00 3,67 2,86 2,31 1,92 1,63 1,41
250 17,71 10,12 6,80 5,00 3,89 3,14 2,61 2,22 1,92
300 22,77 13,01 8,75 6,43 5,00 4,04 3,36 2,86 2,47
350 28,17 16,10 10,82 7,95 6,19 5,00 4,16 3,53 3,06
400 33,87 19,36 13,01 9,56 7,44 6,01 5,00 4,25 3,67
49

Uit de tabel is duidelijk te zien welke enorme invloed de motorstroom op de vaartijd
heeft.
Een gelijkstroommotor met een hoog rendement levert bij 24Volt en een stroom van
100A, een vermogen van ongeveer 2,2 kW.
Goed gelijnde sloepen van rond de 6 meter varen op een prettige ( vlotte)
kruissnelheid bij 50 tot 60 A.
Als we 300 Ah capaciteit aan boord installeren ( in totaal 6 accu’s van 12 Volt en een
capaciteit van 100Ah) zullen na 5 tot 6 uur de accu’s leeg zijn. Zoals hiervoor is
beschreven moeten we er echter voor zorgen de accu’s nooit geheel leeg te varen.
Een marge van 20% is minimal als extra reserve vereist.
Motor met een nominale stroom van 200 A
Motorstroom in A
Ah accu's 40 60 80 100 120 140 160 180 200
100 1,92 1,10 0,74 0,54 0,42 0,34 0,28 0,24 0,21
200 5,00 2,86 1,92 1,41 1,10 0,89 0,74 0,63 0,54
300 8,75 5,00 3,36 2,47 1,92 1,55 1,29 1,10 0,95
400 13,01 7,44 5,00 3,67 2,86 2,31 1,92 1,63 1,41
500 17,71 10,12 6,80 5,00 3,89 3,14 2,61 2,22 1,92
600 22,77 13,01 8,75 6,43 5,00 4,04 3,36 2,86 2,47
In deze tabel valt op dat bij een capaciteit van 100Ah en vol vermogen de accu’s al in
ca. 12 minuten leeg zijn.
Deep cycle accu’s zoals in dit hoofdstuk beschreven zullen een dergelijke afranseling
niet al te vaak kunnen doorstaan. Bij dergelijke extreme toepassingen verdient het
aanbeveling om professionele tractieaccu’s toe te passen of deelname aan
wedstrijden verder op te geven.
7.12 De plaats van de accu’s aan boord
Voor de plaatsbepaling van de accu’s aan boord gelden drie belangrijke criteria.
Deze zijn:
Minimale kabellengtes
Goede gewichtsverdeling
Plaatsing volgens ISO voorschriften.
Minimale kabellengtes.
Om de verliezen in de kabels zo laag mogelijk te houden verdient het aanbeveling de
accu’s niet te ver van de regelaar en motor te plaatsen. Ook is belangrijk dat de
kabels naar parallel geschakelde accu’s even lang zijn. Als er grote verschillen in
lengte bestaan zal een accu meer stroom trekken dan de andere.
Goede gewichtsverdeling.
Bij kleine en lichte schepen is het aan te bevelen de definitieve plaats van de accu’s
te bepalen als het schip in het water ligt. Meestal worden de accu’s geplaatst onder
de achterbank, de zijbanken of in het vooronder. We kunnen de accu’s dan tevens
gebruiken om de boot te trimmen.
50

Plaatsing volgens de ISO voorschriften.
ISO 10133 geeft een aantal belangrijke voorschriften met betrekking tot de plaatsing
van accu’s aan boord. We noemen er enkele:
In een droge geventileerde ruimte boven het verwachte bilgewater niveau.
Accu’s moeten zodanig zijn vastgezet dat ze niet meer dan 10 mm in iedere
richting kunnen bewegen.
In motorboten mag bij 30º helling geen elektrolyt uit de accu’s of accukisten
lekken. Bij enkelromps zeilboten is dit bij 45º
Accu’s dienen zodanig te worden geplaatst of afgedekt dat metalen
voorwerpen niet per ongeluk op de accupolen kunnen vallen.
7.13 Aanvullende informatie voor liefhebbers.
Geheugenwerking.
Heel vaak wordt gesproken over het geheugen effect van accu’s. Als een accu een
aantal malen tot hetzelfde niveau ontladen is, wordt de capaciteit automatisch tot dit
punt gereduceerd. Je hoort dan ook wel eens zeggen dat je de ontlading zo veel
mogelijk moet variëren. Deze verhalen komen uit de beginperiode van de
nikkelcadmium batterijen, waarbij dit fenomeen optrad. Loodaccu’s kennen dit
verschijnsel absoluut niet. Dus gewoon even glimlachen als iemand beweert dat hij
een semi tractie batterij in de aanbieding heeft zonder geheugenwerking. Bedenk
daar maar bij dat de verkoper misschien zelf last van verminderde geheugenwerking
heeft.
7.13.1 Serie schakeling van cellen en accu’s.
Een accu is opgebouwd uit cellen die elk een nominale spanning hebben van 2 Volt.
Als we uitgaan van 12 Volt accu’s staan er per accu dus 6 cellen in serie.
Als een van deze cellen een veel lagere capaciteit heeft dan de anderen zal de totale
capaciteit tot deze laagste waarde gereduceerd zijn.
Als we accu’s met een verschillende capaciteit in serie schakelen zal de totale
capaciteit die van de kleinste accu zijn. Het is dus van belang om accu’s van
dezelfde capaciteit en van hetzelfde fabrikaat in serie te schakelen.
Ook bij normaal bedrijf zullen de in serie geschakelde gelijke cellen in capaciteit gaan
verschillen. Om de capaciteit van alle cellen weer gelijk te krijgen kan gedurende een
korte tijd een verhoogde laadspanning ( 15,1 tot 15,8 Volt) worden aangelegd. Als
deze laadtoestand te lang duurt of de spanning te hoog is zal de accu beschadigd
raken. Het is dan ook niet aan te bevelen hiermee te experimenteren.
Dit zogenaamde egaliseren is met name bij VRLA accu’s van zeer groot belang.
Moderne, microprocessor gestuurde laders, verdelen de totale laadcyclus
In 5 delen. Voorladen, snel laden, volladen, egaliseren en druppel laden, en zijn dus
in staat dit, indien nodig, geheel automatisch bij elke laadcyclus te doen.
51

7.13.2 Parallel schakeling van accu’s
Accu’s kunnen zonder problemen parallel geschakeld worden. Wel moeten we er
voor zorgen dat het dezelfde soort accu’s zijn. Om echter alle mogelijke problemen te
voorkomen is het aan te bevelen van een type met gelijke capaciteit uit te gaan.
7.13.3 De vaartijd afhankelijk van de accucapaciteit en de vaarsnelheid
Voor de tabellen van het algemene deel van dit hoofdstuk heb ik de formule van
Peukert gebruikt en in een Excel spreadsheet verwerkt. Dan te bedenken dat de
heer Peukert hooguit een logaritme tabel een potlood en een matige hoeveelheid
papier tot zijn beschikking moet hebben gehad.
De formule:
Hierin is:
C=
K
( p-1)
Id
C: De capaciteit van de accu
K: Een constante waarde afhankelijk van de toegepaste accu.
Id: De ontlaadstroom
P: Een constante die afhangt van de constructie en kwaliteit van de accu en ligt
tussen 1,28 en 1,4. ( voor de tabellen ben ik van de zeer ongunstige waarde
1,38 uitgegaan)
Hoe wordt de constante waarde K van een bestaande accu berekend.
Stel we gaan uit van een accu met de volgende gegevens:
Capaciteit 100Ah.
Ontlaadtijd 5 uur.
Bij de nominale ontlaadtijd is de stroom 100/5 = 20A
In de formule kennen we nu de waarden van C, Id, en P. Hiermee kunnen we K
berekenen.
( P-1)
K = C X Id
K = 100 X 20 0.38 = 312,1702
52

Met de waarde voor K kunnen we nu de capaciteit bij verschillende stroomsterktes
berekenen.
Hebben we de capaciteit van een accu bij verschillende ontlaadstromen, dan kunnen
we ook de waarde voor P van deze accu berekenen.
Beperkingen van de formule van Peukert:
- De invloed van de temperatuur is niet in de formule meegenomen.
- P is alleen juist voor een beperkte variatie in ontlaadstroom
- De formule houdt geen rekening met de soort ontlading. ( pulserend of gelijkmatig)
Voor diegenen die het helemaal exact willen weten is er nog het rekenmodel van de
heren Kaushik en Mawston waarbij de onnauwkeurigheden van de hier gebruikte
formule niet gelden. ( Boek “Power Sources” 1989)
8. De lader
De lader speelt een heel belangrijke rol in de levensduur van de accu. Vooral het
overladen van de accu’s is niet bevorderlijk voor de gezondheid van de accu en de
portemonnee van zijn eigenaar.
Voor het optimaal gezond houden van de accu’s moet de lader in staat zijn de
laadstroom te variëren, afhankelijk van de laadtoestand van de accu’s.
Goedkope, niet elektronisch geregelde laders kunnen dit niet, en zijn voor het
elektrisch varen niet aan te bevelen.
Moderne elektronische laders regelen de laadstroom, afhankelijk van de
laadtoestand. Hierbij wordt de laadcyclus in vijf delen verdeeld:
Voorladen
Als de accu door omstandigheden helemaal leeg is, moet eerst met een
betrekkelijk lage stroom geladen worden tot een bepaalde spanning
bereikt is.
Snel laden vanaf laagste spanning.
De accu’s worden met een hoge stroom geladen totdat de
accuspanning een exact gedefinieerde waarde bereikt heeft.
Volladen.
De laadstroom neemt hierbij af, zodat de accuspanning niet te hoog
wordt.
Egaliseren
Met een verhoogde spanning ervoor zorgen dat de in serie geschakelde
cellen op een zelfde capaciteit komen.
Op capaciteit houden.
Met een lage stroom worden de accu’s in optimale conditie gehouden.
Deze fase wordt ook wel druppel laden genoemd.
Als er niet gevaren wordt moet de lader permanent op de accu’s
aangesloten blijven om na een voltooide laadcyclus continue te kunnen
druppel laden. De spanning bij druppel laden is afhankelijk van de
53

temperatuur. De betere laders zijn voorzien van een temperatuur
voeler die in de nabijheid van de accu moet worden geplaatst.
De microprocessor van de lader berekent de optimale accuspanning bij
elke temperatuur.
De hierboven omschreven laadcyclus is afhankelijk van het type accu.
Goede elektronisch geregelde laders zijn microprocessor gestuurd . Het type accu
wordt via een schakelaar of een keyboard geselecteerd waarna de lader de optimale
laadcyclus zal uitvoeren.
Capaciteit van de lader.
Vanzelfsprekend wordt een lader gekozen voor de spanning van de installatie. Bij
kleinere schepen zal deze 24, 36, of 48 volt bedragen.
De stroom die de lader moet kunnen leveren, hangt af van het soort en de capaciteit
van de accu’s. Een goede vuistregel is dat de lader 20% van de accucapaciteit als
maximale stroom mag kunnen leveren. VRLA accu’s mogen maximaal met 20% van
de 5 uur capaciteit worden geladen. Open accu’s en onderhoudsvrije natte accu’s
kunnen over het algemeen met een veel hogere stroom worden geladen. Het
voordeel hiervan is dat de batterijen eerder opgeladen zijn.
Lood accu’s mogen ook niet met een te kleine lader worden opgeladen. 10% van de
capaciteit bij 20 uur ontlading is een goede gemiddelde waarde.
Als we een 200 Ah(20 uur) accubatterij hebben geïnstalleerd, dan moet de lader
minimaal 20A kunnen leveren. Bij een 300Ah accubatterij is dit 30A.
8.1 Snelladers.
Bij industrieel gebruik bestond al jaren de behoefte om de accu’s veel sneller op te
kunnen laden. Een continu werkend overslagbedrijf heeft immers zijn vorkheftrucks
maar de helft van de tijd beschikbaar, uitgaande van een 12 uur laadtijd.
Als de laadcyclus kan worden teruggebracht tot een uur, dan zijn enorme
besparingen mogelijk. Het totaal aantal benodigde vorkheftrucks kan in dit geval
aanmerkelijk lager zijn.
De laatste jaren zijn voor deze markt snelladers ontworpen die tractie accu’s binnen
een uur opladen, zonder de levensduur van de accu nadelig te beïnvloeden.
Deze gecompliceerde microprocessor gestuurde krachtpatsers zijn zeker 5 maal
duurder dan normale elektronische laders en daardoor alleen voor tractie accu’s in
de professionele markt interessant.
9. Rendement van de totale installatie.
Het zal de lezer niet ontgaan zijn dat voor elk deel van de aandrijving het rendement
vrij gedetailleerd aan de orde kwam.
De energie die we in onze accu’s mee kunnen nemen is vrij beperkt. Toch willen we
zo ver mogelijk kunnen varen.
54

Ook zouden we het aantal accu’s in de boot willen beperken omdat die elke 5 tot 9
jaar vervangen moeten worden.
Aan de hand van een voorbeeld zullen we zien hoe belangrijk het is om
hoogrendement componenten te kiezen, en hoe dit kan schelen in onze totale
kosten.
Voor dit voorbeeld gaan we uit van een goed gelijnde boot van een lengte van 6
meter, een waterlijn 5.4 meter en een waterverplaatsing, inclusief accu’s, van 950
kg.
De voorgaande hoofdstukken leren ons, dat de rompsnelheid 5,65 knopen ofwel
10,46 km/uur zal bedragen. Tevens weten we dat we bij benadering 1kW aan door
de schroef afgegeven vermogen nodig hebben, om het schip op zijn rompsnelheid te
krijgen.
Gezien het relatief kleine vermogen kiezen we voor een 24 Volt systeem.
Bij deze spanning is de regelaar relatief goedkoop en is een standaard, in grotere
aantallen gefabriceerde acculader toe te passen
Omschrijving Rendement Vermogen Omschrijving Rendement Vermogen
in % in kW in % in kW
Voortstuwing Voorbeeld 1 1.00 Voorbeeld 2 1.00
Schroef onvoldoende berekend 35 2.86 nauwkeurig berekend 58 1.72
Motor seriemotor hoogtoerig 65 4.40 perm. magneet laag toerig 91 1.89
Reductie 1:3 met V snaar 92 4.78 Geen
Regelaar 90 5.31 90 2.11
Benodigde
stroom
bij een 24 Volt systeem* 221A
* Stroom= Vermogen in Watt/ Accuspanning in Volt
bij een 24 Volt systeem 88A
Bij voorbeeld 1 zijn we uitgegaan van een schroef die niet exact berekend is en een
rendement heeft van 35%. We moeten dus 2.86 kW vermogen aan de schroef
toevoeren om er 1 kW uit te krijgen.
Bij voorbeeld 2 is de schroef beter berekend. We behalen een rendement van 58%.
De motor van voorbeeld 1 is een seriemotor met een rendement van 65%. Deze
hoogtoerige motor heeft een reductiekast, waardoor het rendement nog 8% extra
verlaagd wordt.
De motor van voorbeeld 2 is een permanent magneet motor met een rendement van
91%.
In beide voorbeelden wordt een standaard toerenregelaar toegepast.
Conclusie.
Om de schroef in beide voorbeelden 1kW vermogen te laten leveren, hebben we in
het eerste voorbeeld 221 A stroom nodig. Bij het tweede voorbeeld is slechts 88 A.
Duidelijk is dus aangetoond dat het rendement van de schroef en van de motor een
heel grote invloed hebben op het opgenomen vermogen.
Bij een gelijke accucapaciteit zal het schip uit het tweede voorbeeld ruim twee en een
half maal verder kunnen varen. Anders geredeneerd kan met de helft van de
accucapaciteit dezelfde afstand gevaren worden.
55

Het is dus ook vanuit het economisch perspectief aan te bevelen een wat duurdere
hoogrendement aandrijving te kiezen, en de daarmee gepaard gaande extra kosten
weer terug te verdienen met minder of kleinere accu’s.
10. Bekabeling
In de internationale standaard ISO 10133 worden de normen beschreven waaraan
laagspanningsinstallaties aan boord van kleine schepen dienen te voldoen.
Het is absoluut noodzakelijk deze normen goed te bestuderen voordat de elektrische
installatie wordt aangelegd.
In principe kunnen we de bekabeling van de elektrische installatie onderverdelen in
drie categorieën.
Deze zijn:
Hoofdstroom. Dit zijn de kabels van de regelaar naar de motor en de
batterijen.
Besturing Dit zijn de kabels die verlichting verzorgen,
elektromagnetische schakelaars bedienen etc.
Signalen Bekabeling voor signaallampen, joystick,
sleutelschakelaar etc.
Voor alle bekabeling aan boord van een schip geldt dat soepele kabel gebruikt moet
worden. Bij deze kabel is de koperen kern opgebouwd uit meerdere geleiders.
Installatiekabel zoals in een woning wordt toegepast heeft een vaste kern en zou bij
langdurig blootstellen aan trillingen kunnen breken.
Welke kabeldikte moet worden toegepast?
Voor de hoofdstroombekabeling met korte afstanden kunnen we ruwweg uitgaan van
5 A per mm 2 kabel oppervlakte. Stel dat de nominale stroom van de motor 120A is,
dan zou een kabel van 24mm 2 voldoende zijn. Een kabel van 25mm 2 kan nominaal
met een stroom van 125 A belast worden en zou voor deze toepassing aan te
bevelen zijn. In het hoofdstroomcircuit moet de kabeldoorsnede worden gekozen op
de waarde van de toegepaste smeltzekering. Het voorbeeld van installatie met een
maximale motorstroom van 120 A, zal worden gezekerd met een smeltveiligheid van
160A. We dienen dus een hoofdstroomkabel te kiezen van 35mm 2
Altijd geldt, dat een te dunne kabel onnodige elektrische verliezen veroorzaakt. Een
veel te dunne kabel kan zelfs oververhit raken, en brand kunnen veroorzaken.
Mijn voorkeur gaat voor deze toepassing uit naar het type kabel dat voor elektrisch
lassen gebruikt wordt. Deze kabel is zeer flexibel en is gunstig in prijs.
Voor de besturingskabels, waarbij de stroom niet boven de 10A uitkomt, wordt een
kabel van 2,5mm 2 aanbevolen.
56

Voor signaalkabels, waar nauwelijks stroom door loopt, kan theoretisch een heel
dunne kabel gebruikt worden. We zien vaak, dat een meeraderige kabel tussen
regelaar en bedieningspaneel wordt toegepast.
Mochten er losse eenaderige kabels gebruikt worden, dan is aan te bevelen niet
dunner dan 0,75mm 2 te gaan. Deze keuze is gebaseerd op de mechanische sterkte,
en niet op de elektrische eigenschappen.
11. Onderhoud
Nooit meer zitten knoeien met zo’n ongemakkelijk oliepompje voorzien van een veel
te dun plastic slangetje om de oude olie uit het carter te pompen. Alleen dit
vooruitzicht zou al voldoende moeten zijn om elektrisch te gaan varen.
De elektrische aandrijving is zo goed als onderhoudsvrij.
De koolborstels in de motor dienen na ongeveer 2000 draaiuren geïnspecteerd en
zonodig vervangen te worden. Dit is een klus voor de specialist.
Afhankelijk van het type accu moet het niveau van de elektrolyt ( vloeistof in de accu)
een aantal malen per seizoen gecontroleerd worden.
Bij een te laag niveau dient dit te worden aangevuld met gedestilleerd water.
Hoe vaak er water bij moet en hoeveel hangt sterk af van het aantal ontladingen en
de gebruikte lader. Bij een goed gedimensioneerde lader zal het waterverbruik
minimaal zijn.
Gebruik nooit leidingwater om de accu’s bij te vullen en kijk goed op de fles of het wel
echt gedestilleerd water is en geen verfverdunner. Dit laatste overkwam een heel
ijverige watersporter. Hij keek heel beteuterd toen het gebeurd was en heel erg
bedroefd toen hij de nieuwe accu moest betalen.
11.1 Onze elektrische aandrijving in de winter.
De motor, regelaar en lader hebben bij het winterklaar maken van de boot geen
bijzondere aandacht nodig.
Mocht de boot voor een langere periode, bij voorbeeld een jaar of meer, uit de vaart
genomen worden, dan is het aan te bevelen de koolborstels van de collector te
isoleren. Dit kan gedaan worden door ze geheel uit de houders te halen of door een
stukje papier tussen de borstel en de collector te plaatsen.
Niet vergeten om die papiertjes later weer te verwijderen, want anders loopt de motor
echt niet.
Een asynchrone of synchrone motor behoeven geen enkel onderhoud.
Als de boot in de winter buiten blijft, dan is het aan te bevelen de accu’s eruit te
halen.
Ligt de boot binnen, waarbij de temperatuur niet te ver onder het vriespunt zal
komen, kunnen de accu’s in de boot blijven.
In alle gevallen is het van belang de accu’s onder lading te houden.
57

Dit kan gedaan worden met de lader op de boot, die voorzien is van een
automatische lader, of met een aparte druppellader die we op de accu’s aansluiten in
de opslag.
Gebruik voor dit laatste nooit een goedkoop ladertje van de doe-het-zelf winkel, maar
een echte druppellader.
11.2 Aanvullende informatie voor de liefhebber
De regelaar.
Alleen als we een regelaar hebben met elektromagnetische schakelaar, zullen na
verloop van een aantal jaren de contacten moeten worden schoongemaakt of
vervangen.
Mochten de contacten zijn voorzien van een laagje zilver, dan is het schuren niet aan
te bevelen. In dit geval moeten de contacten of de hele schakelaar worden
vervangen.
Koperen contacten kunnen, nadat de ingebrande putjes zijn weggevijld, met fijn
schuurpapier weer glad gemaakt worden. Het is niet aan te bevelen deze klus uit te
voeren als men geen ervaring heeft in dit soort werkzaamheden.
Een reden te meer om een elektronische vierkwadranten regelaar toe te passen.
De motor.
De gelijkstroommotor vergt mechanisch geen onderhoud. Moderne motoren hebben
volledig gesloten lagers die, bij normaal gebruik, vele jaren probleemloos mee
moeten gaan.
Lagers die beschadigd zijn dienen te worden vervangen. Dit is een klusje voor de
specialist.
Koolborstels zijn aan slijtage onderhevig.
We mogen ervan uitgaan dat een koolborstel maximaal 6 mm zal slijten per 1000
draaiuren. Ligt deze waarde aanmerkelijk hoger, dan is er iets in de motor of de
regelaar niet in orde en dient de motorenspecialist hier naar te kijken.
Overigens kan men bij dit soort problemen het beste bij de fabrikant van de motor of
een goed wikkelbedrijf van elektromotoren terecht.
Deze laatste zal ook uw aanspreekpartner zijn voor het vervangen van de
koolborstels.
Als we uitgaan van een effectieve borstellengte van minimaal 12 mm, dan zal onder
normale omstandigheden deze klus pas na 2000 uur, of langer nodig zijn.
Bij mijn elektrische sloep zijn na 10 jaar de borstels nog nauwelijks gesleten. Ik
verwacht nog minstens 5 jaar zonder vervanging verder te kunnen.
Voor de echte liefhebbers, die deze werkzaamheden zelf willen uitvoeren, volgen
hier een paar tips.
Collector, borstels en de borstelhouders moeten we bij het vervangen van de borstels
grondig inspecteren.
Een paar belangrijke punten
- Gaan de borstels soepel in de houder op en neer?
.
- Zijn de veren die op de borstels drukken gelijk van druk?
58

- Is de collector ingelopen of zijn er brandvlekken?
- Zitten de elektrische verbindingen goed vast?
- Is er veel koolstof of ander vuil in de motor? De meeste motoren zoals hier
worden toegepast, hebben koolborstels waarin naast koolstof ook koperpoeder is
verwerkt. Koolstof en koperstof zijn goede geleiders en dienen dus verwijderd te
worden.
Bij het vervangen van de koolborstels moet het contactvlak tussen borstel en
collector exact passend gemaakt worden.
Dit wordt gedaan met behulp van een stuk schuurlinnen dat met de gladde kant op
de collector word gedrukt en onder de koolborstel wordt doorgehaald. Zo krijgt de
borstel dezelfde radius als de collector.
Nadat alle borstels zijn ingeschuurd, moet het stof met een krachtige stofzuiger uit de
motor worden verwijderd. Let op. Met perslucht wordt het stof alleen maar verder de
motor in geblazen.
Mocht de collector brandplekken vertonen of ingelopen zijn, dan kan dit door een
specialist worden verholpen. Probeer nooit met een stukje schuurpapier of een
slijpsteen de collector op te knappen. Hiermee wordt het probleem alleen maar erger.
Het wikkelbedrijf voor elektromotoren heeft op dit gebied de juiste kennis en ervaring
in huis.
De batterijen.
Loodaccu’s kunnen, afhankelijk van het type enig onderhoud nodig hebben.
Tijdens het laden kan wat water uit de accu verdwijnen. Het is belangrijk het niveau
van de elektrolyt zo nu en dan te controleren. Bij een te laag niveau moet dit
aangevuld worden met gedestilleerd water.
Het spreekt vanzelf dat de accuklemmen schoon moeten zijn en de verbindingsklem
goed te zijn aangedraaid.
Het is aan te bevelen de accuklemmen voor montage met een dun laagje zuurvrije
vaseline in te smeren. Dit vertraagt het oxidatieproces.
12. Binnenboord en buitenboord.
Tot op heden hebben we alle componenten van een elektrische aandrijving
besproken. We hebben een motor met regelaar, een set accu’s met lader en een
schroef. Nu moet dit nog op de een of andere manier aan of in de boot gemonteerd
worden. Hierbij moet de techniek altijd droog en de schroef altijd nat zijn.
Uitgaande van deze eisen kunnen we twee verschillende systemen bedenken. De
binnenboord en de buitenboord motor.
Elektrische buitenboordmotoren worden al geruime tijd op de markt
aangeboden. De meest gebruikte types komen uit de VS waar ze bij het
vissen als hulpaandrijving worden gebruikt. Grote snelle visboten worden
over kleine afstanden van de ene visstek naar de andere verplaatst. Voor
hoofdaandrijving zijn ze niet ontworpen. De motor is onder water geplaatst.
Omdat de motor een relatief kleine diameter moet hebben, is gekozen
59

voor een hoog toerental en een relatief kleine schroef. Het resultaat is een zeer laag
rendement en een schipper die, ofwel verveeld om zich heen zit te kijken, ofwel
hoopt dat het niet echt gaat waaien. Technisch gezien zijn deze motoren ook niet
echt voor langdurig gebruik ontworpen.
Zo laten de schroefasafdichtingen het nogal eens afweten met alle gevolgen van
dien. Concluderend zou ik deze motoren alleen aanbevelen voor heel lichte bootjes
waarmee zo nu en dan een stukje gevaren wordt.
In Europa worden ook een aantal elektrische buitenboordmotoren
gebouwd. Sommige typen maken gebruik van de staart van een
bestaande buitenboordmotor waarbij de benzinemotor vervangen
is door een elektromotor. Ook hier geldt dat door de te kleine
schroef het rendement niet al te geweldig is.
Buitenboordmotoren met de motor onder water worden ook in
Europa geproduceerd. Technisch zijn ze aanmerkelijk beter dan
de motoren uit de VS. Doordat deze motoren in betrekkelijk kleine
series worden gebouwd zijn ze relatief kostbaar. Helaas worden ook hier meestal
hoogtoerige motoren met veel te kleine schroeven toegepast. Het rendement is niet
geweldig en de vaarprestaties zijn matig.
Veel zien we deze motoren achter verhuurscheepjes waarbij de betrouwbaarheid
absoluut bewezen is. De vaareigenschappen zijn voor deze toepassingen niet zo
belangrijk.
Concluderend kunnen we stellen dat er nog nauwelijks keuze is aan elektrische
buitenboordmotoren die echt voor het elektrisch varen met redelijk grote en
zwaardere schepen ontworpen zijn. De meeste elektrische buitenboordmotoren zijn
alles behalve fraai. De technisch betere motoren zijn helaas vrijwel allemaal erg
prijzig.
Voor heel lichte bootjes en matig gebruik kunnen de lichte en prijstechnisch
interessante motoren uit de VS toegepast worden.
Systemen met een vaste schroefas worden meestal voor wat grotere schepen
toegepast. Veelal wordt een standaard schroefas met watergesmeerd achterlager en
zwevend binnenlager gebruikt.
De elektromotor wordt op vier rubber motorsteunen geplaatst zoals die worden
toegepast bij dieselmotoren.
Bij een dergelijke opstelling dient op de volgende punten gelet te worden:
1. Zijn de rubbers niet te stug en te zwaar voor de relatief lichte elektromotor?
2. Is de schroefas gericht? Een slinger van 0,3 mm is helaas bij de
goedkopere aanbieders van schroefassen geen uitzondering. Bij een
lawaaierige diesel valt dit misschien niet op, bij een stille elektrische
aandrijving des te meer. Een slinger van 0,05 mm is het maximum.
Een technisch fraaie oplossing is het “Aquapella”systeem
waarbij gebruik gemaakt wordt van een in rubber opgevangen
stuwdruklager en flexibele koppeling.
Bij deze opstelling wordt de aangeflanste motor niet op
stuwdruk belast maar levert hij uitsluitend het benodigde
koppel.
Het watergesmeerde teflon lager is in rubber opgehangen.
60

Het onderwaterschip.
We kopen een stille elektromotor, balanceren de schroef, richten de schroefas,
hangen het geheel overvloedig in rubber en toch trilt de aandrijving bij hogere
vermogens. Bij een door een diesel aangedreven schip zullen we dit schoorvoetend
willen accepteren. Een diesel is nu eenmaal niet stil. Bij een elektrische aandrijving
zijn we veel minder vergevingsgezind.
Als de aandrijfcomponenten niet in onbalans zijn en de aandrijving uit het water heeft
gedraaid waarbij geen noemenswaardige trillingen optraden moeten we wel
concluderen dat het schip zelf de boosdoener is.
Het antwoord is de aanstroming van het water naar de schroef.
De ervaring heeft mij geleerd dat dit het belangrijkste aandachtsveld is voor een
stille elektrische aandrijving.
Waar moet op gelet worden:
1. Als de boot een kiel heeft moet de hak zo veel mogelijk verjongd zijn en de
schroefas relatief ver uitsteken om het water de gelegenheid te geven goed
naar de schroef toe te stromen.
2. De ruimte tussen het vlak van het schip en de schroef moet zo groot mogelijk
zijn.
Een boot met een vrije op één punt opgehangen
schroefas is dus over het algemeen aanmerkelijk
stiller dan een boot met een kielbalk waar de
schroefas doorheen steekt.
Algemeen geldt dat het water zo gemakkelijk
mogelijk bij de schroef moet kunnen komen en dat
water dat door de schroef wordt weggeslingerd
niet te veel bonkt op het vlak van de boot.
Ter verduidelijking. Een 2,4 kW aandrijving bij 1000 toeren met een schroef van 12 X
9 inch verpompt per seconde bijna 280 liter water!
We kunnen ons voorstellen wat er onder de boot
gebeurt als de aanstroming verstoord is.
13. Hybride systemen.
Te weinig ruimte
Slechte aanstroming
61

Een hybride systeem is een aandrijving waarbij een elektromotor en een
brandstofmotor gecombineerd worden toegepast.
Het grote voordeel van een hybride systeem is dat zowel heel stil maar ook heel ver
gevaren kan worden. Het nadeel is dat in feite twee complete systemen zijn
ingebouwd wat het geheel erg kostbaar kan maken.
De volgende hybride systemen kunnen worden onderscheiden.
13.1. Diesel met elektrische hulpmotor.
De dieselmotor is voorzien van een standaard keerkoppeling en vormt als zodanig de
hoofdaandrijving.
Achter de keerkoppeling is een elektromotor gemonteerd die voor de elektrische
voortstuwing zorgt. Er zijn twee mogelijkheden om de diesel en de elektromotor te
laten samenwerken deze zijn:
1.Op de uitgaande flens van de keerkoppeling is een snaarschijf bevestigd waarmee
een gelijkstroommotor wordt gekoppeld. De gelijkstroommotor werkt als generator als
de diesel loopt en laadt de accu’s op. Bij het elektrisch varen is de diesel
uitgeschakeld en drijft de gelijkstroommotor de schroefas aan.
Diesel Keerkoppeling Koppeling
Elektromotor
Snaar
Deze opstelling heeft als voordeel dat een bij de botenbouwers zeer bekende
aandrijving wordt gebruikt waar alleen een extra gelijkstroommotor wordt
opgebouwd.
Het nadeel van deze aandrijving is dat we bij het varen op de diesel nog steeds het
geluid en de trillingen van de brandstofmotor zullen ondervinden.
2.De elektromotor wordt tussen de diesel met keerkoppeling en de schroefas
gemonteerd. Hierbij vervalt de snaaraandrijving hetgeen het rendement verbetert.
Het nadeel van deze opstelling is dat het geheel vrij lang wordt en dat het uitlijnen
van de diesel en de elektromotor niet altijd eenvoudig is.
Elektromotor
62

Dit laatste kan opgelost worden door de elektromotor te voorzien van een lager dat
als stuwdruklager gebruikt kan worden. De elektromotor wordt dan direct op de
schroefas gekoppeld en de diesel met behulp van een homokinetische koppeling met
de elektromotor verbonden. Deze opstelling maakt de diesel ook nog stiller .
Homokinetische
koppeling
13.2 Elektrische aandrijving met dieselgenerator.
Elektromotor
Bij deze vorm van hybride aandrijving wordt het schip altijd aangedreven door een
elektromotor. De elektromotor wordt ofwel gevoed door de accu’s ofwel door de
dieselgenerator. De accu’s worden bij het varen op de diesel tevens door de
dieselgenerator opgeladen.
Dieselgenerator Elektromotor
Deze vorm van hybride aandrijving heeft de volgende voordelen:
Dwarsschot
Starre koppeling
- Altijd de perfecte regelbaarheid van de elektromotor
- Een trillingsvrije aandrijving
- De dieselgenerator kan op een willekeurige plaats in het schip worden
ingebouwd.
- De diesel kan trillingsvrij en goed geluigeïsoleerd worden opgesteld.
- De diesel loopt altijd op een vast toerental met een heel hoog rendement.
63

- De levensduur van de diesel kan aanzienlijk worden verlengd doordat hij altijd
voor een langere periode draait en dus goed warm kan worden.
- De dieselgenerator kan ook andere elektrische apparaten aan boord van energie
voorzien, zoals een magnetron, elektrische oven of kookplaat. Hierbij is de fles
propaangas niet meer nodig. Wat een geweldig vooruitzicht!
Nadelen van deze vorm van hybride aandrijving:
- Een vrij dure oplossing.
- Er zijn nog geen gestandaardiseerde systemen op de markt beschikbaar.
13.3 Aanvullende informatie voor de liefhebber.
Bij de hybride aandrijvingen met standaard scheepsdiesel en elektrische
hulpmotor moet de overbrenging van de elektromotor naar de schroefas
zodanig gekozen worden dat de elektromotor zijn nominale vermogen leveren
kan.
Omdat de dieselmotor veelal een veel groter vermogen kan leveren dan de
elektromotor en de schroef is berekend op de dieselmotor moeten we enig
rekenwerk verrichten om beide systemen goed samen te laten werken. Voor
alle hier volgende berekeningen gaan we uit van de propellerwet, waarin het
verband tussen toerental en opgenomen vermogen van een propeller of
schroef is vastgelegd.
De formule: P = C X N 3
Hierin is: P: Het door de schroef opgenomen vermogen.
C: Een constante waarde die afhangt van de schroef.
N: Het toerental van de schroef.
Elektromotor met een snaaroverbrenging
Uitgaande van deze propellerwet kan een formule herleid worden warmee de
overbrengingsverhouding van de elektromotor berekend wordt.
De formule:
Ne
n =
Pe 1/3 X Nd
Pd
Hierin is:
n: De overbrengingsverhouding van de pullies en V snaar.
Ne: Het nominale toerental van de elektromotor.
Pe: Het nominale vermogen van de elektromotor.
Pd: Het nominale vermogen van de diesel.
Nd: Het nominale toerental van de diesel gemeten aan de schroefas
( dus na de vertraging van de keerkoppeling)
We zullen deze formule gebruiken in het volgende praktijkvoorbeeld:
64

Dieselmotor. 13 kW
3600 Omw, vertraagd tot 900 Omw. door de keerkoppeling
Elektromotor. 2,2 kW
1200 Omw.
De overbrengingsverhouding van de pullies kan nu berekend worden:
1200
n = = 2,4
2,2 1/3 X 900
13
De vertraging tussen de elektromotor en de schroefas moet dus 1 : 2,4 zijn om
optimaal van het vermogen van de elektromotor gebruik te maken.
Opmerking:
Voor deze formule is ervan uitgegaan dat de dieselmotor bij vol toerental ook
daadwerkelijk zijn nominale vermogen levert en de schroef hiervoor dus juist
berekend is.
Elektromotor tussen de diesel en de schroefas.
Ook bij deze opstelling moet enig rekenwerk worden gedaan om beide motoren
optimaal te laten functioneren.
We gaan uit van de hierboven reeds gebruikte propellerwet waaruit we kunnen
herleiden dat het door de propeller gevraagde vermogen bij een willekeurig toerental
is:
P = Pmax X
N1 3
Nmax 3
Hierin is:
P Het gevraagde vermogen in kW.
Pmax Het maximale motorvermogen in kW.
N1 Het toerental van de schroefas.
Nmax Het maximale toerental van de schroefas.( De diesel loopt
op vol toerental en vol vermogen)
We gaan uit van een dieselmotor met een nominaal vermogen van Pd bij een
astoerental van Nmax.
Het vermogen dat de diesel bij een willekeurig toerental levert is dus:
N1 3
P = Pd X
Nmax 3
De diesel met keerkoppeling is direct gekoppeld met de elektromotor. Als de
elektromotor op vol toerental Ne en vol vermogen Pe loopt is dus Pe = P uit de vorige
formule. Anders gezegd: de diesel en de elektromotor leveren op dit moment een
gelijk koppel.
65

Pe = Pd X
Uit deze formule herleiden we:
Ne 3
Nmax 3
3 Pe
Ne= Pd X Nmax
Het volgende voorbeeld zal het belang van deze berekening aantonen.
Dieselmotor: 8,2 kW, bij 1500 toeren op de schroefas
Elektromotor 2,2 kW bij 1250 toeren
De schroef is berekend op het nominale vermogen van de diesel.
3 2,2
Ne= 8,2 X 1500 = 967 omw.
Uit deze berekening blijkt dat de elektromotor bij 967 toeren zijn nominale koppel
heeft bereikt. Zouden we de motor verder in toerental uitsturen dan zal het koppel en
het vermogen exponentieel verder stijgen.
De elektromotor levert bij 967 toeren een lager dan nominaal vermogen.
Voor de berekening gebruiken we de volgende formule:
N
P= X P max
N max
Hierin is:
P: het door de motor geleverde vermogen
N: het toerental
Nmax: het nominale toerental
Pmax: het nominale vermogen
In ons voorbeeld levert de elektromotor dus:
967
P= X 2,2 = 1,70 kW
1250
We stellen vast dat de elektromotor maar tot 77,2% van zijn nominale vermogen
wordt gebruikt.
Conclusie:
66

Het is bij hybride aandrijvingen van groot belang de vermogens en toerentallen van
de diesel met keerkoppeling en de elektromotor goed op elkaar af te stemmen. Als
dit niet het geval is zal ofwel de elektromotor nooit zijn nominale vermogen leveren of
zelfs continue overbelast kunnen worden.
14. Brandstofcellen, de toekomstdroom van elke watersporter.
Een glimmend metalen kast met bescheiden afmetingen in je boot monteren,
aansluiten op de dieseltank, elektromotor erbij en varen, doodstil varen, tot de
volgende dieselpomp en het woord onderhoud uit het woordenboek schrappen.
Het lijkt veel te mooi om waar te zijn, maar het is mogelijk, en wellicht niet eens zo
heel ver weg.
Hoe dit allemaal kan en hoe het werkt, wordt in dit hoofdstuk besproken.
14.1 De brandstofcel.
Een brandstofcel is een elektrochemisch apparaat waarin waterstofgas wordt
gevoerd door een systeem van elektrisch geleidende platen waarbij de waterstof
wordt omgezet in water en op de geleidende platen een elektrische spanning
ontstaat en een elektrische stroom kan gaan lopen.
Brandstofcellen zijn al zo’n 50 jaar geleden uitgevonden en werden al regelmatig in
onder meer satellieten en specifieke militaire apparaten toegepast. De voordelen van
een heel bedrijfszekere en compacte elektrische stroombron bepaalden hierbij de
keuze. De prijs is bij deze toepassingen volslagen secundair.
De laatste jaren is heel veel onderzoek verricht naar brandstofcellen, is er heel veel
vooruitgang geboekt en zijn er inmiddels al heel wat aanbieders van functionerende
systemen.
67

Een van de grootste potentiële toepassingen is de elektrische auto. Als we hierin de
accu’s kunnen vervangen door een brandstofcel dan is in één klap het nadeel van de
beperkte actieradius opgelost en hebben we een auto die geen schadelijke stoffen
uitstoot.
Alle grote autofabrikanten stortten zich de afgelopen jaren op deze nieuwe
technologie, niet zelden alleen maar voor de extra publiciteit. Het verkoopt goed als
je kunt zeggen heel veel geld te investeren in de ontwikkeling van “Zero Emission”
voertuigen.
Maar ja, zoals eerder gesteld, loopt de brandstofcel op waterstof. Dit is een zeer
explosief gas, zoals het ongeluk met de zeppelin Hindenburg in 1937 pijnlijk duidelijk
bewees.
Hier ligt het probleem. De
pompstations staan niet te
dringen om waterstof
onder heel hoge druk te
verkopen, en het vloeibaar
maken en houden is veel
te duur.
De bouw van een veilig
distributienet parallel aan
dat voor de bestaande
brandstoffen is zeer
kostbaar en niemand staat
te springen om in deze
installaties te investeren.
Enkele autofabrikanten worden al wat stiller, zeker nu het publiek zich
langzamerhand ook nog eens gaat afvragen hoe waterstofgas gewonnen of gemaakt
moet worden en wat dat betekent voor het energierendement en het milieu.
Als ik een groot artikel in een zaterdagkrant lees waarin uitgebreid verslag gedaan
wordt van een mini brandstofcel voor mijn notebook computer of GSMmetje dan krijg
ik wegwerp aansteker visioenen, alleen wel met een klein tankje zeer explosief
waterstofgas onder hoge druk. Kortom niet meer met je telefoontje smijten als je
boos bent want dan ga je voor de rest van je leven door voor terrorist.
Ik kies nog maar even voor mijn Lithium ionen batterij.
14.2 De reformer.
Brandstofcel
Waterstof Elektriciteit
Lucht Warmte en water
Een heel fraaie oplossing van het probleem van het opslaan van waterstof is gebruik
te maken van een reformer.
Dit is een apparaat dat een koolwaterstof verbinding, lees normale brandstof, omzet
in waterstofgas en kooldioxide.
We kunnen nu een bekende brandstof zoals benzine of diesel, maar ook ethanol of
methanol, direct omzetten in waterstofgas en hiermee direct de brandstofcel voeden.
68

Pomphouder blij, automobilist blij, politiek blij, kortom het ei van Columbus.
Brandstof
Reformer Brandstofcel
Warmte
Lucht
Warmte en water
Elektriciteit
Technisch kleven er helaas nog een aantal problemen aan de reformer. Het
vermogen is niet onmiddellijk beschikbaar en de extreem koude start is ook nog niet
geweldig, om maar te zwijgen van het rendement.
Voor grote vermogens die nodig zijn om een middenklasser auto voort te bewegen is
nog heel wat research nodig.
Een voor het elektrisch varen heel interessante ontwikkeling is echter de veel
kleinere brandstofcel met reformer die is ontworpen voor hulpaandrijving in
vrachtwagens en heel dure auto’s.
Als de vrachtwagen met gekoelde lading in de file staat moet de diesel gewoon door
blijven draaien om de energie op te wekken voor het koelaggregaat. Dit is een dure
oplossing omdat een grote dieselmotor draait waar maar een klein beetje energie
nodig is.
Voor de hele dure personenauto geldt in wezen hetzelfde. De koeling of verwarming,
koelkastje, verlichting en nog veel meer heerlijkheden moeten blijven functioneren als
de auto stil staat.
Het is uiterst waarschijnlijk dat de brandstofcel hier op redelijk grote schaal zijn
intrede doet.
De hiervoor benodigde techniek is redelijk ver ontwikkeld en heeft een sterke
publiciteitswaarde, kortom het komt er.
De hiervoor in aantallen gefabriceerde brandstofcellen hebben een vermogen tussen
5 en 25 kW. Waarschijnlijk bij een spanning van 42 Volt.
Als dit gebeurt, zal er een ideale energiebron voor elektrisch varen voor een
betaalbare prijs op de markt komen.
Deze brandstofcel met reformer zou dan geschikt zijn voor boten tot 10 meter en een
heel geduchte concurrent voor de diesel worden.
We zullen nog een paar jaar geduld moeten hebben, maar dat het eraan komt is naar
mijn mening absoluut zeker.
69

15. Kostenvergelijking elektrisch varen.
Als we het roeien en zeilen even buiten beschouwing laten, zijn er voor de
aandrijving van een boot drie reële mogelijkheden.
Deze zijn:
Een buitenboordmotor, over het algemeen op benzine
Een diesel binnenboord motor
Een elektrische binnen of buitenboordmotor
We gaan uit van een schip met een waterverplaatsing van 900Kg en een
waterlijnlengte van 5,60 m.
Voor de motorisering kiezen we:
1. Een 9,9 PK elektrisch startende viertakt buitenboordmotor in
langstaartuitvoering.
2. Een 11 PK twee cylinder dieselmotor met keerkoppeling en toebehoren
3. Een hoogrendement 2,4 kW elektrische aandrijving bij 1100 toeren met een
schroef van 12 X 9 inch.
Voor de berekeningen gaan we er verder van uit dat:
1. Per jaar 100 uur gevaren wordt.
2. Over het algemeen zo’n 8 Km per uur wordt gevaren.
3. De boot en aandrijving professioneel worden onderhouden.
4. De rente 5% bedraagt
Kostenpost Buitenboordmotor € Diesel
€ Elektrisch €
Afschrijving aanschaf 2800 over 6 jaar 467 7200 met inbouw 10 jr 720 5200 met inbouw 15 jr. 347
Renteverlies gemiddeld per jaar 70 205 inclusief accu's 137
Afschrijving accu's 80 over 4 jaar 20 120 over 4 jr. 30 420 Ah/24V over 5 jr. 256
Brandstof 100uur X 4 L 484 100 uur X 3 L 267 140 kW.Uur 20
Onderhoudsbeurt 90 160 0
Totaal 1131 1382 760
Kosten per uur 11,31 13,82 7,60
Uit de voorgaande berekeningen wordt duidelijk dat de elektrische aandrijving per
uur het voordeligst is. De dieselmotor is relatief duur door de hoge investering. Een
belangrijke factor hierin is de relatief lange inbouwtijd en dure toebehoren zoals
brandstoftank, uitlaatsysteem en motorbedieningen.
Bij de elektrische aandrijving vallen de lage kosten voor brandstof op. In Nederland
betalen we €. 0,17 per kW.Uur. Dit in tegenstelling tot de fossiele brandstoffen
benzine en dieselolie waarop enorme percentages belasting wordt betaald.
70

16. Elektrisch varen, wanneer wel en wanneer niet.
De keuze elektrisch te gaan varen wordt meestal gebaseerd op het volgende:
1. Stil willen varen
2. Geen stank
3. Geen onderhoud
4. Lage kosten
5. Eenvoudige bediening
De laatste twee factoren zijn van belang voor verhuurbedrijven. In deze markt is
gebleken dat de elektrische aandrijving uiterst betrouwbaar is, eenvoudig kan worden
bediend en zoaks in het vorige hoofdstuk werd aangetoond de laagste kosten heeft.
De eigenaar van een schip zal zijn keuze voor een elektrische aandrijving
hoofdzakelijk baseren op het stil kunnen varen.
Dit laatste is alleen interessant als men door relatief smalle sloten en kanalen door
natuurgebieden vaart. Op groot water is dit een minder belangrijk voordeel.
Met een hoog rendement aandrijving en voldoende accucapaciteit kunnen we zo’n
60 Km bij een snelheid van 80% van de rompsnelheid varen zonder de accu’s te
laden. Dit is voor dagtochten meestal ruimschoots voldoende. Wordt de boot ook
gebruikt voor lange meerdaagse tochten dan is de diesel aan te raden.
Voor zeilschepen die op zee zeilen is de elektrische aandrijving niet geschikt. De
motor wordt gebruikt als er te weinig of veel te veel wind is. In dit laatste geval moet
vele uren op hoog vermogen tegen de storm in gevaren kunnen worden. Voor een
zeilboot die bij voorbeeld uitsluitend op de Friese meren vaart kan de elektrische
aandrijving juist een uitkomst zijn. Voor het manoeuvreren voor een brug of in een
sluis is de elektrische aandrijving perfect geschikt.
Geschikt. Ongeschikt
Dagtochten Lange tochten
In natuurgebieden Op groot water
Van huis naar huis Gebieden zonder laadmogelijkheden
Hulpaandrijving zeilboot meren Grote zware schepen
Geen haast Snel varen
Minder ervaren schippers
Verhuur
Bij de keuze van een aandrijving is het dus belangrijk goed te weten waar gevaren
zal worden en wat het vaargedrag zal worden.
Een voorbeeld van een goede toepassing van een
elektrische aandrijving is deze boot die dienst doet in
de haven van Hoorn. De elektromotor heeft een
vermogen van 4,8 kW bij 900 toeren. Hierdoor heeft de
boot voldoende kracht om grote schepen weg te
slepen. Geen stank, geen herrie, uiterst betrouwbaar,
perfect manoeuvreerbaar en zeer lage kosten.
71

Over de schrijver.
Kok Kroef werd in 1950 te Rotterdam geboren. Na de HBS
studeerde hij elektronica aan de HTS aldaar. Gedurende zijn
gehele loopbaan heeft hij altijd met elektrische aandrijfsystemen
te maken gehad. In het begin als projectleider en marketing
specialist voor regelbare aandrijfsystemen, later als presidentdirecteur
van een van de grootste multinationale
bedrijvengroepen gespecialiseerd in de fabricage van
onderdelen van elektromotoren.
Een groot deel van zijn jeugd bracht hij de zomers door op het
schip van zijn ouders. Tegenwoordig is hij zelf met zijn
Beneteau 40CC genaamd Dreamcatcher op het IJsselmeer, de
wadden of de Noordzee te vinden.
Op zijn 50 e besloot hij zijn wereldbaan op te zeggen en zich met
leukere dingen bezig te gaan houden. Voor hem zijn dat:
Restauratie van oude auto’s en motoren, langere zeiltochten en natuurlijk het elektrisch varen.
In dit boekje heeft hij zijn jarenlange ervaring op het gebied van elektrische aandrijvingen weten te combineren
met zijn liefde voor alles wat vaart.
Dit boekje is in eigen beheer uitgegeven door:
IDTechnology / E-Motion.
Elektrisch Varen
Nobelweg 26
3899BN Zeewolde
Tel. 036-5387270
www.idtechnology.nl
Info@idtechnology.nl
72