Schiffbauhche MaBnahnÏenH
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zur Erzielunujöptimaler Verkehrssicherheit
bei modernen, großen Brnnensçhiffén
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Einzelvortrag aus der Reipel
Die Sicherheit auf Wasserstraßen hoher Verkehrsdichte gehalten am 9 Februar 1966
von Dr ng H H e us r Duisburg
89 Mitteilung er Versuchsonstalt fur Binnenschiffbau e V, Duisburg * '1
Institut an der Rheinisch VestfaIischen iechnischen Hochschule Aachen
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Sonderdruck us derLFachzeitsthrift ;,Shiff lind Hafen
Jahrgang 18 :He 11... November 166 ..ISéiten 733 bis 737
Druck und Verlag:C: b C. Heydorns Buthdrudcerei, Uet3ersen bei Hamburg
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-Schiftbauliche Maßnahmen zur Erzielung
optimaler Verkehrssicherheit bei modernen, großen Binnenschilîen
Von Dr.-Ing.Heuser, Duisburg
Die Beförderung von Gütern auf den Wasserstraßen der
Bundesrepublik Deutschland hat im Laufe der letzten Jahr-zehnte einen für diesen Verkehrszweig sahr erfreulichen Auf-schwung erfahren (Abb. 1).
An dieser Steigerung waren im wesentiichen der Rhein und seine kanalisierten Nebenflüsse, aber auch die
west-deutschen Kanäle beteiligt. Die aufgezeigte Entwiddung war nur möglich dadurch, daß einerseits Anzahl und Größe der Schiffe und damit die Transportkapazität, andererseits aber in besonders starkem Maße die rationelle Ausnutzung dieser Kapazität zugenommen haben.
Auf dem Sektor des Güt'erverkehrs war dabei der stetig wachsende Anteil der Motorsthiffe und der Bau größerer
Transporteinheiten von entscheidendem Einfluß. So konnte die sogenannte ,,Spezifische Verkehrsleistung" der Schiffe
unter deutscher Flagge, als Maß für die Ausnutzung der
Transportkapazität, von
2480 tkmlt Ladefähigkeit im Jahre 1986
auf 4900 &m/t Ladefähigkeit im Jahre 1964
gesteigert werden. 1km 40. z 30. io. 3
Abb. 1: Transportarbeit (tkm) und Ladefähigkeit (t) der
Frathtflotte auf den Binnenwasserstraßen der BRD. Quelle: Statîst. Bundesamt, Wiesbaden
Diese, von der verkehrswirtschaftlichen Seite her so be-deutsame und positive. Entwiddung wirft indessen
weit-gehende Probteme im Rereich der Transportsicherung auf. Sie sind einerseits auf den zunehmenden Sättigungsgrad in der Aufnahmefähigkeit unserer Wasserstraßen und anderer-seits auf die erhöhten Fahrgeschwindigkeiten bei wachsenden
Schiffsabmessungen zurückzuführen.
Als charakteristische Größe für die Kennzeichnung dieses Sachverhaltes kann die Spezifische Verkehrsbelastung" einer
Wasserstraße in tkmlkin Weglänge bezeichnet werden. Diese,
zuweilen auch mehrdeutig dynamische Verkehrsdichte" ge-nannte Größe hat eine Entwicklung gemäß der nachfolgen-den Tabelle genommen (Abb. 2).
Den sich abzeichnenden Schwierigkeiten der Sicherung des
Transportes auf den verkehrsmäßig höthstbelasteten Wasser-straßen der Erde kann man in gewissem Umfang durch die
Wahl der Verkehrsmittel selbst sowie deren Formgebung
und Antrieb entgegentreten.
Ein wichtiger Kennwert bei der Wahl des geeigneten
Transportmittels ist in der mittleren Ladungsdidite als Maß für die Konzentration der Ladungsmenge zu sehen.
Jedes einzeln fahrende Schiff und jeder Verband bean-spruchen im Verkehr einen Platz der gleich oder - in der
Gesamt ve,'*ehr
Schiffe u,ter deAsche,- Flagge
Praxis stets - größer ist als seine Hauptabmessungen: größte
Länge X größte Breite. Befördern ein Schlepper oder ein
Motorgiiterschiff einen oder mehrere 'Kähne an langer Trosse,
so ist der Abstand zwischen den Schiffen und die
Wasser-fläche, die sich aus Abstand X Schiffsbreite errechnet, für den
Alle &nnerssersfraßen der BRO
,Çheinsfrom
20
10
rhä(friiszahlen der spez. Verkehrsbelastunqen in derBRD,1959 (Eisenbahnenr0getztT
VerMlfr,iszahlen der oez. rkehrsbelastungen der
Binnenwarstrd3en ir, 3 wichtigen
Industrielän-dern, 1959 (UdSSR r 1,0 gesetrt)
Abb. 2: Spezifische Verkehrsbelastungen tkmlkm Trans portweglänge.
Quelle: Stat'ist. Bundesamt, Wiesbaden
SCHJFFSZUS4MMENS TELWM3 Mill!. Ladungsdichle
Tiefgang der Gütersthiffe 2,50 m
SfJ'ILEPPZUG
¡ Sd,!epper. 4 RHK-Kôhne ca. 0,71 SCHLEPPENDES MC)7VRGÜTERSO4FF
¡ )}'psthiff ':Iohann Welker" (1 -Sthrauber) 1PHK-Kahn
M01oRGÜ7ERSCHF' oUe(ahrend
7Typsthiff 'Johann Welker" (1-Sthrauber) 1,70
sQ-lIFF-SGLBVERB4ND
MO7ORGÜ7EPSO-!IFF-SO9LEFP'VERa4ND
7 Typsri,iff 7chann Welker"(7-Sthmuber)
7RHK -Kahn R-5O4UBL'EBAND 7 Molor(eid*r. 80x 90m (2-Schmubeiì iSd,ub!eithler,70x9,50m Sa-LB8XT-SC-!UBVEAND lSd,ubbool. L 35 m 4Sdaibleiddec 70x9,50m bei T=3,Om (Niederrhein)
Abb. 3: Ladungsdithte
übrigen Verkehr nicht nutzbar. Diese Fläche ist also bei der vergleichenden Bestimmung des Platzbedarfs verschiedener
Schiffszusammenstellungon mit einzubeziehen. Bei den
heuti-gen Verkehrsverhältnissen auf dem Rhein, insbesondere in
der Gebirgsstredce und bei Niedrigwasser, ist die auf den
Quadratmeter mindestbeanspruchte Wasserfläche entfallende Ladungsmenge (= mittlere Ladungsdithte) von erheblicher Bedeutung für die Sicherheit und Leichtigkeit des
Verkehrs-ablaufes.
Ein Wasserweg mit hoher spezifischer Verkehrsbelastung wie der Rhein sollte, zur Verminderung der Havariegefahr
ca 7,00 1,74 )82 Z53 (1,92) UdSSR USA BRD 7,0 8,74 10,70 Phpinstram 1.68 Eisenbahnen 70 Straf3engüterfern Verkehr 0,093 Olfemleitungen 2,840 Binnensciaffahrt 4,530 1936 1956 1964 40 1km 30 z 106
und zur Auf rechterhaltung eines reibungslosen Verkehrs-flusses, von Güterschiff en oder Schuffszusammenstellungen befahren werden, die eine möglichst hohe mittlere
Ladungs-dichte erreichen.
Eine Übersicht über die mittleren Ladungsdithten bei den
wichtigsten, auf dem Rhein eingesetzten
Massenguttrans-portern gibt Abb. 3. (Die Werte sind für einen leidien Tief-gang bei allen Güterschiffen, T = 2,50 m, errethnet.)
Wegen der Unterschiedlichkeit der vorkommenden
Drift-winkel wird nicht die tatsächlich beanspruchte
Fahrbahn-breite, sondern nur das Produkt aus Länge X größte Breite
als Flächenbedarf der Schiffe oder Schiffszusainmenstellungen
eingesetzt. Durch diese Vereinfachung wird auch das Gieren der Kähne bei den Schleppzügen nicht berücksichtigt.
Der Vorteil der großen nautischen Einheiten bezüglich der mittleren Ladungsdichte ist groß. Man darf
fest-stellen, daß bei 2,50 m Sdiiffstiefgang eine untere
Grenze der mittleren Ladungsdichte von 1,50 t/m2
ein-gehalten werden kann. Dieser Wert sollte demnach
bei künftigen Neubauten und Verbandsbildungen nicht unterschritten werden. u 60 '00 z 0,6 Q5 0.4 0)
LADEFÄHIGKEIT bt spez. LEISTUNG chrMS-Neubau(en in den
einzel-t I4 rien Jahren
1952 1956 1960 1964
1952 1956 1960 964 Abb. 4: Mittlere Ladefähigkeit und mittlere Leistung je t Ladefähigkeil von
Motorgüter-schiffen auf dem Gebiet der BRD. Quelle: Statiet. Bundesamt, Wiesbaden
Während eine hohe Konzentration der Ladungsmengen
dem Verkehrsingenieur sehr gut in sein Konzept paßt, macht
sie dem Schiffskonstrukteur einiges Kopfzerbrechen
hinsicht-lich der Probleme, die eine nautisthe Einheit mit großer
Masse an die Ausbildung der Vortriebs- und Steuerorgane stellt. Abb. 4 gibt eine Übersicht über die Entwicklung der Schiffsgrößen und der Leistungen von Motorgüterschiffen in
der Bundesrepublik.
Die wichtigsten Forderungen im Zusammenhang mit der
nautischen Sicherheit sind: Gutes Stoppvermögen.
Kombination von hoher Kursstetigkeit mit kurzzeitiger Reaktion auf Steuerimpulse.
Zu Punkt 1. Gutes Stoppvermögen
Vor großen Schiffen oder Schiffszusammenstellungen, die in Gefalirensituationen nicht in der Lage sind, ein Aufdxeh-manöver durchzuführen, muß die Bedingung erfüllt werden, daß sie mit eigener Kraft aus voller Talfalirt im Strom zum Stillstand gegen Ufer gebracht werden können. Es versteht sich, daß dieser Vorgang einen möglichst geringen Aufwand
an Zeit und Weglänge erfordern sollte. Das Problem ist in
seiner vollen Schärfe auf dem Rhein bisher nicht zur
Aus-wirkung gekommen, da die Bergfalirt mit 1964 67 O/ der
Ladungsmengen den weitaus größten Anteil am Transport-volumen umfaßt. Diese Situation wird sich voraussichtlich
in Zukunft dadurch verändern, daß Abfaliprodukte der
chemi-schen Industrie in steigendem Ausmaß in großen
Sdiiffsver-bänden zu Tal gebracht werden. Dabei wird es notwendig
sein, die bisher bekannten Maßnahmen zur Erzielung eines
guten Stoppvermögens konsequent anzuwenden und sie viel-leicht sogar durch neuartige zu ergänzen.
Auch in Zukunft werden die rüdcwärtsarbeitenden normalen
Propulsionsorgane den größten Beitrag zum Stoppvermögen der Schiffe bzw. Verbände zu liefern haben. Die hier
gegebe-nen Möglichkeiten sind dadurch begrenzt, daß der feste
Schraubenpropeller, im Drehsinn rückwärts arbeitend, einen geringeren Schub als in Vorausfahrt erzeugt. Hier soll jedoch
eine genauere Betrachtung Aufschluß über die wirklichen
Verhältnisse geben.
Zunächst wird anhand der Ergebnisse eigens zu diesem Zweck durchgeführter Modellversuche die Analyse eines
Stoppmanövers gegeben.
Abb. 5 zeigt die während eines Stoppmanövers auf das
bremsende Schiff wirksam werdenden Kräfte. Im Versuch wurde ein Typschiff Johann Welker", 1000 PSe, mit einem
normalen Sdirauben-Propeller von 1,70 m Ø geprüft.
An-fangspunkt der Darstellung ist der Moment, in welchem der Propeller nach dem Umsteuern seine Nenndxehzabl im Dreh-sinn rückwärts erreicht hat und kavitationsfrei arbeitet.
Die resultierende Bremskraft setzt sich zusammen aus Schiffswiderstand
Propellerschub P
und propulsionsbedingten
Reibungs- und Sogkräften Ps
Eïnsthrrjuber ..JOHANN WELKER 1000 PSe Prop.- ijOm
Gesthwindigkeit voll voraus - voll zurück relativ zum ruhenden W,sser
Tiefgong = 250m Wassertiefe = 5.0 m C FAHPOESC.HWIND!GKEJ b 5de5witrsIond
°
P krsd,uh O Peibun-u.Scg*mfteAbb. 5: Kräfte beim Stoppmanöver
Während der Verlauf der Einzeikräfte über der
Schiffs-geschwindigkeit unterschiedlich ist, besteht eine eindeutig ab-.
nehmende Tendenz der Resultierenden mit kleiner werden-. der Fahrgeschwindigkeit
Die ini stationären Modellversuch gemessene resultierende Kraft kann nun in einfacher Weise zur Berechnung der Ver-zögerung b verwendet werden, wenn in der Gleichung
Kraft = Masse X Beschleunigung
die Masse bekannt ist. Sie ist die Summe aus der Masse des bremsenden Schiffes MS und der größenmäßig zunächst
un-bekannten Masse des mitbewegten Wassers, Mw.
Es gelingt jedoch, durch Vergleich von berechneten Ver-zögerungskurven für mehrere angenommene Gesamtmassen mit dem Ergebnis eines echten, instationären
Modell-Stopp-versuchs die Größe Mw zu bestimmen.
So ergab sich im untersuchten Fall des Johann Welker"
eine mitbewegte Wassermasse in der Größe -von 16 0/o dem Schiffsmasse.
Abb. 6 zeigt das auf dieser Basis berechnete Bremsdia-gramm. Um den Einfluß der Umsteuerzeit auf Stoppweg
und -zeit in ruhendem Wasser und in Strömung erkennen zu können, sind nacheinander die Umsteuerzeiten 0, 10 und 20 sek angenommen worden. Es handelt sich hier um den Zeit-raum zwischen den Zuständen: ,,Nenndrehzahl voraus" und: ,,gleithe Drehzahl im Gegendrehsinn".
Während der Umsteuerphase dürften sich die Impulse aus
dem Vorausschub des heruntergeregelten und danach aus dem beginnenden Rüdcwärtsschub des im Gegendrehsinn
hochgeregelten Propellers in erster Näherung aufheben. In diesem Zeitraum wird also im wesentlichen nur der Eigen-widerstand des Schiffes bremsend wirksam.
Das Bremsdiagramin erlaubt folgende Feststellungen für den Beispielfall ,,Johann Welker":
In ruhendem Wasser (Binnensee)
Differenzen in der Umsteuerzeit von 2 sek verlängern
die gesamte Stoppzeit um ca. 2,2 O/e, den Stoppweg dagegen
um ca. 4,8O/
Dauert z. B. das Umsteuern in einem Fall 10 sek und in
einem zweiten Fall 15 sek, so bedeutet das eine Verlängerung des Stoppweges um ca. 17 rn
Im Strom mit einer Fließgeschwindigkeit von 6 km/h bis zum Stillstand über Grund
Differenzen in der Umsteuerzeit um 2 sek verliingern die
gesamte Stoppzeit um ca. 1,4 O/e, den Stoppweg dagegen um ca. 3,4O/e.
Dauert das Umsteuern in einem Fall 10 sek und in einem zweiten Fall 15 sek, so wird dadurch der Stoppweg um 46 m
verlängert!
Die gefundenen Differenzen im Stoppweg lassen eine Ver-kürzung der Umsteuerzeit interessant erscheinen, wenn sie
von erheblicher Größenordnung ist, d. h. mindestens 2GO/
der heute mit starren Sthraubenpropellern erzielten Werte
beträgt.
Eine Gegenüberstellung der noch kavitationsfrei und ohne
Uberlastung der Motoren erreithbaren Umsteuerzeiten für
verschiedene Propulsionsorgane zeigt Abb. 7. Die angegebe-nen Zahlen sind mittlere Näherungswerte für den Normal-fall. Sie können bei Notbremsungen mit den Anlagen III bis V noch wesentlich verringert werden.
Hervorstechend ist der Vorteil des Wendegetriebes gegen-über der Motorumsteuerung beim festen Sthraubenpropeller. Auf Binnenwasserstraßen hoher Verkehrsdichte sollten des-halb aus Sicherheitsgründen keine Neubauten mit Motorum-steuerung mehr eingesetzt werden.
Die Verkürzung der Umsteuerzeiten ist nur e i n e Maß-nahme zur Verminderung der Stoppwege.
Aus der Betrachtung von Abb. 5 ergeben sich theoretisch
als weitere Möglichkeiten:
Eine Vergrößerung des Schiffs-Widerstandes beim Stoppmanöver,
Eine Erhöhung des Propellerschubes in Bremsstellung.
Abgesehen von technischen Schwierigkeiten
- z. B.
Aus-fahrmechanismen für einen Bremsschild
- sind, wie aus
Abb. 5 hervorgeht, Maßnahmen in Richtung auf eine Wider-standserhöhung beim Bremsen nur in der ersten Phase des Stoppmanövers, bei hoher Anfangsgeschwindigkejt, sinnvoll. Eine Vergrößerung des Bremsschubes der Propulsionsorgane
dagegen ist während des ganzen Stoppmanövers wirksam
und sollte deshalb vornehmlich ins Auge gefaßt werden. Interessant ist in diesem Zusammenhang der Verlauf des
Rückwärtssthubes des starren Schraubenpropellers beim
untersuchten Bremsmanöv,er mit einem Johann Weilcer".
Im ersten Moment nach dem Umsteuervorgang werden 840/o des Sthubes bei Nenngeschwindigkeit voraus erreicht. Der Schub steigt dann bei konstanter Drehzahl bis zum Stillstand
gegen Wasser allmählich auf 94 °/o des Voraussdiubes an.
Beim starren Sdiraubenpropeller kann der erreichbare
Schub im Rückwärtsdrehsinn nur durch Maßnahmen erhöht werden, die irs Vorausfahrt Nachteile mit sich bringen:
Vergrößerung der Blattfläthen und damit des
Flächen-verhältnisses Fa/Fe
Wahl symmetrischer Blattprofile, z. B. von Linsenprofilen,
e) Wahl einer Erzeugenden, die keine Neigung nach
rück-wärts aufweist.
Während eine Neigung der Erzeugenden heute schon bei
den meisten Propetlern für Binnenschiffe nicht mehr
ausge-führt wird, sollten die Maßnahmen a) und b) von Fall zu
Fall sorgfältig erwogen und gegebenenfalls geringere
Nach-teile im Wirkungsgrad bei Vorausfahrt in Kauf genommen
werden.
Der Verslellpropeller erreicht, wegen seines auf die Vor-ausfahrt ausgelegten radialen Steigungsverlaufes, nicht die
Schubwerte des umgesteuerten Starrpropellers und ist in
dieser Beziehung nur bedingt verbesserungsfiihig. Positiv zu
bewerten ist, daß bereits während des Umsteuervorganges ein erheblicher Bremsschub erzeugt wird, der den Stoppweg
verkürzt.
Abb. 6: Bremsdiagramm Johann Welker"
Der Ruderpropeller ist demgegenüber für Stoppmanöver
besonders gut geeignet, da er als Propulsionsorgan mit starren Flügeln in seiner Adisrichtung um 1800 gedreht wird.
Sein Rückwärtsschub beim Bremsvorgan liegt nach Modell-messungen ca. 200/o höher als der Rüdcwärtssthub des im Drehsinn umgesteuerten Starrpropellers, d. h. in der Größen-ordnung seines Sthubes bei Nenngesdiwindigkeit voraus. Bei einer 2-Propeller-Anlage kann mit nur teilweise gedrosselter
Leistung umgesteuert werden, so daß bereits während des
Umsteuervorganges, nach Durchlaufen der Querab-Stellung, ein erheblicher Rückwärtsschub erzeugt wird.
Der Voith-Sthneider-Fropeller erreicht nach Werksangaben bei einer Umsteuerzeit von 4,5 sek einen Rüdcwärtsschub von
140 0/ des Vorausschubes. Dies ist jedoch nur mit
erheb-licher Überlastung des Antriebsmotors möglich. Bei
Be-schränkung der Leistungsaufnahme auf 100 o/o und ent-sprechend längeren Umsteuerzeiten kann mit ca. 100 bis
110 '51c des Schubes bei Nenngeschwindigkeit Voraus gerechnet
werden. Es ergeben sich somit ähnliche Werte wie bei einem
Ruderpropeller.
Bei alien Propulsionsorganen ist es notwendig, sichere
Maßnahmen gegen den Lufteinbruch beim Rüdcwärtsarbeiten
zu treffen. In erster Linie muß die Spiegelunterkante bei
Spiegelhedcsthiffen bzw. die Tunnelaustrittskante bei Schiffen
mit Normalhedc ausreichend tief getaucht sein. Im Regelfall stellen 10 ein gegenüber der Ruhewasserlinie das Mindest-maß dar.
ist durch Wahl des Propulsionsorgans in Verbindung mit richtiger Formgebung des Hinterschiffes die Erzielung einer
möglichst großen Schubkraft rückwärts gesichert, so muß
dar-über hinaus dafür Sorge getragen werden, daß ein
Aus-Abb. 7: (Jmsteuerzeiten
0.Ls!oNSo.cn4N Lh'4STEU6P77T¿4V! 47SONSFÑE1 VOt) 0LL O.4USouf ezie1bare (!h,un9w,l,) ..OLJ. ZlfOr 4,(fl) ¡ 4ster 5OALENOUEp mil M07OR-LU5lE1JE4JNG '10 220 fester 5QA67F mil VI6NDEGETRIEBE 18 100 ¡11 vEnSTELLPP0PELLEP 12 67 ¡V RLPOLL 15 83 VOITH-SaINSIDEP RÇOPEUEP 10
brechen des bremsenden Sthiffes oder Schiffsverbandes aus
dem Geradeauskurs verhindert wird. Während dieses bei
Mehrsthraubern mit Ruderpropellern oder Voith-'Sthneider-Propellern durch Verdrehen der Schubrichtung einwandfrei
möglith ist, kann es bei Sthraubenpropellern mit starrer
Athse am besten - wenn auth nitht immer zufriedenstellend durch Passivruder vor den Prcvpulsionsorganen, soge-nannte Flankenruder, erreitht werden. Diese Ruder müssen jedoch, mehr noth als die Steuerorgane für die Vorausfahrt, in ihrer Größe und Anordnung an jedes einzelne Schiff genau angepaßt werden. Gesthieht dies nicht, so ist außer mit der Beeinträthtigung ihrer Wirkung bei Stopp- und
Rückwärts-manövern auch mit einer wesentlithen Verminderung des
Gesamtwirkungsgrades in der Vorausfabrt zu rethnen. Es
wurden modellrnäßig bis zu 120/q Leistungsmehrbedarf für
die gleithe Vorausgeschwindigkeit eines Sthubbootes mit und
ohne Flankenruder festgestellt.
Zu Punkt 2. Kombination von hoher
Kurs-stetigkeit mit kurzzeitiger
Reaktion auf Steuerimpulse
Die gewünsthte Kombination der Eigenschaften : hohe
Kurs-stetigkeit" und schnelle Reaktion auf Steuerimpulse" ist in idealer Form nicht u verwirklichen. Auf Grund ihrer großen
Gesamtlänge haben Sthubverbände durdiweg eine hohe
Kurs-stetigkeit, sofern die Leichter beladen sind. Ein Verband aus
flachbodigen Leichtem im unbeladenen Zustand ist dem-gegenüber auth dann kursinstabil, wenn die Leithter eine edcige Kimm haben. Die Reaktion auf Steuerimpulse, der
man in ihrer Bedeutung einen gewissen Vorzug gegenüber hoher Kursstetigkeit geben sollte, ist deshalb schon jetzt bei
Schubverbänden in der Leerfahrt zufriedenstellend. Eine
Beeinflussung dieser Eigenschaft beim beladenen Schubver-band ist durch Maßnahmen am Hinterschiff bzw. an den
An-triebsorganen des :Sdhubbootes erreichbar. Eine Formänderung
der Schubleichter findet gewöhnlich nur geringes Interesse, da sie in der Regel die Ladefähikeit bei gleichem Tiefgang
vermindert. Auch Formveränderungen am Schubboot, die
eine Beschneidung der Lateraifläche mit sich bringen würden,
sind wegen des geringen gewünschten Tiefgangs des Schub-bootes nur begrenzt durchführbar. Sie kommen in erster Linie daim in Betracht, wenn sie einer optimalen Ausnutzung der Wirksamkeit der Steuerorgane dienen.
Somit präzisiert sich die Aufgabe, einem Schubverband oder
auch einem großen Motorgüterschiff optimale Eigenschaften hinsichtlich kurzer Reaktionszeit auf Steuerimpulse zu geben, für die Praxis zunächst darauf, die Schiffe mit Steuerorganen
auszurüsten, deren Wirksamkeit über das bisher bekannte
Maß hinausgeht.
Durch Verwendung von Manövrierhilfen passiver oder
aktiver Art an den Leichtem bzw. am Vorschiff großer
Motor-güterschiffe lassen sich nachweislich weitere Verbesserungen erzielen (Lit. [3], [41, [51). Wegen der damit verbundenen Komplizierung und Verteuerung sollte diese Möglichkeit
je-doch nur daim ins Auge gefaßt werden, wenn gleichzeitig
andere bedeutsame Vorteile damit zu ereichen sind. Moderne Buderanlagen passiver Art
Die Weiterentwicklung von Passiv-Rudern verfolgt zwei
Ziele:
Ein Maximum an steuerwirksamer Querkraft beim opti-malen Ruderwinkel und
eine progressive Charakteristik schon bei kleinen
Ruder-winkeln zu erreichen.
Die Forderung nach geringen Ruderschaftmomenten tritt
als Folge der Einfülimg hydraulischer Ruderbetätigung immer mehr in den Hintergrund. Sowohl bei
Einflädien-anlagen (durch Verwendung eines geteilten Ruderblatts) als auch bei Mehrflächenanlagen (durch besondere Anordnung
und Winkelsteuerung der Einzeiflächen) konnten
wesent-liche Verbesserungen im Hinblick auf 1. und 2. erzielt werden.
Wegen näherer Einzelheiten wird auf die Veröffentlichungen in den Fachzeitschriften verwiesen (Lit. [6], [7]).
Im übrigen sollten die Fortschritte in der Entwicklung von
Passivruderanlagen während der letzten Jahre durch
um-fassende Vergleichsmessungen an Modellen und in der
Groß-ausführung noch mehr als bisher der Allgemeinheit
nahe-bracht werden.
Zunehmende Verwendung aktiver Steuerorgane
Ihnen ist gemeinsam, daß das Antriebsorgan des Schiffes gleichzeitig als Steuerorgan benutzt wird.
I. Ruderdüse (Drehdüse)
Hier wird die organisch zum Vortriebserzeuger gehörende
Ummantelung (Düse) drehbar gelagert und wie ein Ruder
betätigt.
Vorteile:
Eine Drehung der Propellerachse entfällt. Damit können
Wellenlagerung und -leitung in der bewährten
ein-fachen und robusten Form beibehalten werden.
Schnelles Ansprechen, schon bei kleinen Verdrehwinkeln. Hohes Querkraftmaximum.
Nachteile:
Änderung der Sdiubrichtung ist auf maximal 45°
begrenzt.
Die Mindestlänge der Düse ist relativ groß.
Erforderlicher größerer Abstand zwischen
Propeller-spitzen und Düsenwand in Geradeausstellung vermindert
den Wirkungsgrad als Propulsionsorgan. Geringe Wirksamkeit bei stehendem Propeller.
II. Ruderpropeller
Das gesamte Antriebsorgan - ein nom aler Schraubenpro-peller mit horizontaler Achse - ist um einen vertikalen Schaft
3600 drehbar. V o r t e il e
Ausnutzung des vollen Propellerschubes zum Steuern
in jeder Richtung.
Kurze Reaktionszeiten schon beisehr kleinen
Vercheh-winkeln.
Bei Mehrpropelleranlagen optimale Manövriereigen-schalten durch unabhängige Steuertmg der
Einzel-propeller.
Durch hydraulisches Absenken des ganzen Antriebes Verbesserung der Propulsions- und Manövriereigen-schalten, wenn ausreichende Wassertiefe vorhanden ist.
Verwendbarkeit auch an Schiffen einfachster
Form-gebung, z. B. an pontonförmigen Fahrzeugen, die von
ihrer Form her eine hohe Kursstetigkeit haben und durch
Ruderpropeller ein Optimum an Manövrierfithigkeit
er-halten.
Nachteile:
Zusätzliche mechanische und hydrodynamische Verluste
durch zwei Kegelradpaare und den vor dem Propeller
stehenden Vertilcalschaft. Die kursierenden Schätzungen
aus Renderei- und Werftkreisen sind jedoch in den meisten Fällen weit übertrieben.
Begrenzung der z. Z. in Deutschland hergestellten An-lagen im Propellerdurchmesser auf 1550 mm und in der
übertragbaren Leistung auf 550-600 PS. Hier sind
in-tensive Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel der
Leistungs-steigerung je Antrieb auf 800-1000 PS im Gange.
Bei Verwendung von Sdiraubentunnein fallen diese
wegen der Schwenlcbarkeit des Propellers um 360° relativ groß aus.
Verhältnismäßig geringe Steuerwirksamkeit bei
stehen-dem Propeller, wenn nicht besondere Vorkehrungen
getroffen werden.
III. Voith-Schneider-Propeller
Propulsionsorgan mit senkrecht stehender Achse und hori-zontal mn diese Achse kreisenden profilierten Flügeln. Durch
Steuerung des Anstellwinkels kann der nahzu rechteckige
Schubstrahl in jede Richtung zwischen 0 und 360° gedreht werden. Außerdem ist durch Verändern der Flügelsteigung eine Anpassung an die Propailerbelastung möglich. Der An-trinbsmotor behält innerhalb gewisser Grenzen seine Nenn-drehzahl bei.
Es handelt sich beim VSP also um einen Verstellpropeller mit stufenloser Veränderbarkeit der Strahlrichtung.
Vorteile:
Hervorragende, fein dosierbare Steuereigenschaften der mit VSP ausgerüsteten Schiffe.
Voller Schub in jeder Richtung, also auch beim Stopp-manöver. Sehr kurze Umsteuerzeiten von Voraus auf
8. Weitgehende Schonung von Antriebsmotor und Getriebe, wie beim Verstellpropeller.
Nachteile :
1. Hohes Gewicht und hoher Preis je PS übertragbare
Leistung.
. 2. Notwendigkeit besonderer Anpassung der Sthiífsform
an den Propeller, üm günstigè Wirkungsgrade in der
Marsthfalìrt zu, erzielén.
Größere Empfindlithkeit gegen Besthädigung,
insbe-sondere auif sehr flachem Wasser.
Keine Steuerwirkuñg auf das Sthfff bei stilistehendem
Propeller.
Vergleithe hinsiththeh der Wirksamkeit verschiedener
Ruderanlagen an Motorsthiffen und Schubbooten wurden in
systematischen Modellversuchsreihen bereits vor einigen
Jahren angestellt und veröffentlicht (Lit. [1], [2], [4], [5]).
Sie ersfrecken sich jedoch im Bereich der aktiven
Steuer-organe bisher nur auf die Gegenüberstellung von Ergebnissen mit Ruderdüsen und mit Passivrudern an einem Schubboot. Hier ist eine erhebliche Verkürzung der Reaktionszeiten und eine Verbesserung des gesamten Steuerverhaltens mit Ruder-düsen fèstzustellen. Selbstverständlich können sich die dort
genannten Verhältniszalilen bei Verwendung moderner Passivruderanlagen verschieben.
Ein exakter Vergleich verschiedener Aktiv-Steuerorga.ne untereinander Ist deshalb so schwierig, weil die zugehörigen opthnalen Formgebungen der Hinterschiffe bei den einzelnen
Anlagen sich sehr stark voneinander unterscheiden. Man
müßte also, um den Vorzügen einzelner Anlagen voll gerecht
zu werden, stets auch die Formgebung des Hinterschiffes
ver-ändern. Damit. ist einem objektiven Vergleich jedoch der
Boden entzogen.
-z u s a m m e n f a s s u n g
Nimit man die einzelnen Vor- und Nachteile zusen
und bewertet sie im Hinblidc auf die Sicherheit der Sdiiffe auf Wasserstraßen hoher Verkehrsdichte, so ist zunächstfest-zustellen, daß dùrch richtige Wahl der Propulsions- und
Steuerorgane am Heck der Schiffe bzw. Sthiffsverbände
er-hebliche Vethesserungên gegenüber den bisherigen
Fest-propelleranlagen mit herkömmlichen Pessivrudem erzielbar
sind. H.insithtlith der Anzahl der Propeller geht der Trend
bei großen Motorgütersdiiffen und großen Sthubbooten
ein-deutig zum Mehrsthrauber.. Obwohl für Schiffe mit einer
Gesamtlänge unter 86 m das Stoppen zu Tal nicht verlangt
wird, sollten auch solche Schiffe in der Lage sein, dieses
Stoppmanöver durchzuführen, um in Notsituationen nicht
auf das Aufdrehen angewiesen zu sein. Die aufzufindenden Lösungen sollen aber auch nicht an der Frage vorbeigehen, was heute und morgen vom wirtschaftlichen Standpunkt aus in dieser Hinsicht vertretbarer Aufwand ist und was den Zug zur Austauschbarkeit und zur Rationalisierung fördert.
Dar-über können möglicherweise die letzten Prozente im
Wir-kungsgrad von Propulsionsanlagen unerheblich werden.
Die besondere Eignung der verschiedenen
Propulsions-organe für bestimmte Schiffsarten und Einsatzzwecke in der Binnenschiffahrt sollte mehr áls bisher maßgebend für ihre: Verwendung bei neuen Projekten sein (Abb. 8).
Angesichts der wachsenden Forderungen an
Stoppver-mögen und Reaktionszeiten beim Manövrieren werden
kiinf-hg kombinierte Hauptantriebe, vor allem für Schubboote,
steigendes Interesse finden. Ein Beispiel für eine solche
Kom-bination zur Erzielung. kleiner Stoppwege imd optimaler
Manövriereigensdiaften bei gutem Gesamtwirkungsgrad in der Vorausfahrt und einfacher Handbabung gibt Abb. 9. Das Beispiel zeigt überdies die Möglichkeiten der Anpassung dés Schubbootes an die jeweiligen Betriebsbedingungen.
Neben diesem Beispiel wäre u. a. auch eine Kombination von zwei außenliegenden Schraubenpropellern in Düsen mit einem Voith-Sthneider-Propeller in der Mitte für ein großes Streckensthubboot auf dem Rhein denkbar.
Bei Schiffen, die vorwiegend im Kanalverkehr eingesetzt
werden sollen, ist der Konstrukteur gezwungen, die
Besonder-heiten des engen Fahrwassers. und der größtenteils geneigten
Böschungen zu beachten, wenn er versucht, Lösungen für
eine Verbesserung von Stoppvermögen und Manövrierfähig-. keit zu finden.
So sind z B Propeller mit urn 3600 veränderter Schub-richtung im Kanalbetrieb in erster Linie für .Einsthrauber
geeignet.. Am Zweischrauber sind die Propeller einer erhöhten
Gefährdung durch Böschungsberührung ausgesetzt. Darüber hinaus kann beim Vorbeifahren an anderen Schiffen in sehr geringem Abstand der. -Abstrom eines solchen weit
-außer-mittig stehenden Propulsionsorgans zu einer Kursabweichung
des begegnenden Schiffes führen..
-Die Stoppwege im Kanal sind wegen der geringen
Voraus-geschwindigkeit und des Fehlens von Strömung in den meisten Fällen hinreichend kurz;. so -daß zu ihrer Verminderung k-einé
weiteren Maßnahmen ergriffen werden müssen. Besonderer
Wert sollte demgegenüber auf genau dosierbare und sehr
kurzzeitige Ruderaktionen gelegt werden, da das Begegnen
auf der Stredce und besonders die Sdileusenmanöver in dieser Hinsicht sehr hohe Anforderungen stellen..
Feste oder vei-s(e(Ibore SCHPAUSENPPQPELLER mit PASSI VRUDERN oder R(JO57?OUSEN
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-Abb. 8: Ánwendtsngsbereith von
Propulsions-und Steuerorganen
Die Sicherheit der Schiffe auf Wasserstraßen hoher Ver-kehrsdichte kann - gemessen am derzeitigen Stand - durch schiffbauliiche Maßnahmen, insbesondere durch Wahl opti-maler Antriebs- und Steuerorgane in Verbindung mit dafür
zwedcentsprethend gestalteten Hinterschiffsformen, noch
wesentlich gestèigert werden.
Die Binnenschiffahrt sollte nicht davor zurüdcsthrecken, zur Erreichung eines Höchstmaßes an Verkehrssicherheit auf
den Wasserstraßen neuartige konstruktive Lösungen
zu..reali--sieren. Sie kann- dieses mit gutem Gewissen tun, da mit den Neuerungen keine Komplizierung, sondern in vielen Fällen eine Vereinfachung in der Bedienung und Handhabung der
Schiffe verbunden ist.
III
ALLEÏNFAHRT: iertrieb r#jr mil ¡ (600 PSe)
SGIUBF4HRT ,trtrieb ,sur mit fi (900 PSe) oder milJell (1500P%)
450 PSe RUDE(RPROPEILER
RrISSII(RLR Oder RLIDERDÙSE
450 PSPURPR0PELLER
Abb. 9:- Sthubboot mit- kombiniertem Hauptantrieb 1500 PS« òhne FlankingRuder und evtl. ohne Hauptruder
-In ganz besonderem Maß muß die Steigerung der Verkehrs-sicherheit bei einer künftigen Typisierung von Binnenschiffen
im Vordergrund stehen. Auch- auf diesem Gebiet kann die. Verwirklichung der gegebenen Anregungen bezüglich Form-gebung und kombinierter Antriebs- und Steuerorgane gleich-zeitig eine Vereinfachung und einen wesentlichen Schritt zur Rationalisierung des Schiffsbetriebes bedeuten.
Literaturhinweis
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Ruderver-suche mit einem Schleppkahn und einem Binnenselbst-
-fahrer . vom Typ Gustav Koenigs'". Forschungsberidìt Nr. 475 des Landes NRW.
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