Einfluss der verschiedene flachwasserprofile auf widerstand und vortrieb von binnenschiffen mit rechnungsbeispiel für die binnenwasserstrasse der klasse IV

ARCHIEF .

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SCHIFFS.MASCHINENBAU I SCHIFFAHRSIJCHNIK

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Die .IIANSA Ist das Organ des

Verbandes Deutscher Sdilffswerften e. V f Fadinorzngnaussthusses Sdiiffbau

Einfluß der verschiedenen Fladiwasserprofile auf Widerstand und Vortrieb von

Binnenschiffen mit Rechnungsbeispiel für die

_{Binnenwasserstraße der Klasse W}

Obering. Kurt Heim, Hamburg und Duisburg

70. Mitteilung der Versuthsanstalt für Binnensehiffbau e. V., Duisburg, _{institut an der Rheinisch-Westfälischen} Technischen Hochschule Aachen.

L Einleitung

Binnenschîffahrtsstraßen weisen im allgemeinen neben

geriñger Wassertiefe (Flachwasser) entweder seitlich sehr begrenztes Fahrwasser auf (Kanäle), oder aber auf flachen

Seen und großen Flüssen, z. B. dem Rhein, eine lin Ver-hältnis zur Wassertiefe sehr große Breite. Die

Wasser-straßen des Bundesgebietes können von diesem

Gesichts-punkt aus in drei Profil-Gruppen aufgeteilt werden:

Fahrwasser mit unbeschränkter Breite (Rhein),

Fahrwasser mit mäßig beschränkter Breite (Neckar,

Main, Mosel, Weser und obere Donau) und

Fahrwasser mit stark beschrünktem Querschnitt

(Kanäle).

Die in der vorliegenden Arbeit mitgeteilten Versuchs-ergebnisse umfassen den gesamten Bereich dieser drei

Profilarten. Im Rahmen des Versuchsprogramms sind nicht nur die Faktoren untersucht worden, welche die Schiffahrt

interessieren (Schiffswiderstand, erforderliche Antriebs-leistung, Geschwindigkeit, Vertrimmung der Fahrzeuge),

sondern es wurden auch die erosionsbedingenden Faktoren (Riic'kstromgeschwindjgkeit und Wasserspiegelabseniçung an den Böschungen) mit erfaßt. Die letztgenannten Werte

sind für den Wasserbau von ausschlaggebenderBedeug,

denn auf den künstlichen Wasserstraßen haben sich in den

letzten Jahren Erosionsschäden an den Böschungen und z. T. auch an den Karialsohien derart verstärkt, daß die Kanalufer nur noch mit Mühe und erheblichen Unkosten vor dem Verfall bewahrt werden können. Das gilt nach

Poppe [1] vor allem für den Mittellandkanal.

Durch die hier mitgeteilten Untersuchungen sollten vor

allem die drei Fragen beantwortet verden:

Welche Geschwindigkeiten können auf kanalisierten Flüssen zugelassen werden?

Ist es sinnvoll, bei Kanalneubauten wesentlich größere Querschnitte zu wählen als bisher?

Wenn ja, wie groß müssen die Profile sein,

um

die Kanalschiffahrt volkswirtschaftlich günstiger zu machen (höhere Geschwindigkeiten für die Schiffahrt und geringerer Angriff auf Kanalböschung und -sohle. bei noch tragbaren Baukosten)?

HANSA- Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang- 1965 - Nr.11

Außerdem sollten die Ergebnisse dieses Versuchspro-gramrns nach Möglichkeit dazu -verwendet werden, den Einfluß der Tankbreite in jenen Fällen _{zu ;eliminiereri, in} denen mit Rücksicht auf einen mit genügender _Sicherheit

zu erfassenden Maßstabseffekt der Antriebsmjttel so große

Modelle gewählt werden miicsn, daß die Breite_des

Ver-suchstankt maßstäblich nicht mehr ausreicht:

Die Mittel für die Durchführung dieses Versuehspro-grarnms sind von der Arbeitsgemeinschaft Industrieller

Forschungsvereinigungen zur Verfügung gestellt worden.

Wir möchten hierfür an dieser Stelle unseren Dank zum

Ausdruck bringen.

U. Versuchsprogramm

Das ursprüngliche Versuchsprogranun sah demnach die

Untersuchung von drei Schiffsmodellen in fünf Kanal- und

Flußproftlen vor. Durch Veränderung der Wassertjefen ergaben sich insgesamt zwölf verschiedene

Wasserquer-schnitte. Bei der sp5teren Ausgestaltung des Versuchs-programms bot sich außerdem noch ein weiteres Kanal-profil an, in welchem aber nur eine der Sdiiffsformen auf drei Wassertiefen untersucht werden konnte. Für den

ge-wählten Modellmaßstab von Il: iS ergaben sich bei den vor-handenen Tankabmessungen korrespondierende

Wasser-tiefen von 3,5 m, 4,0 m und 5,0 m.

Bild i zeigt die untersuchten, mit ,,A" bis ,,F" bezeich-.

fleten Kanalquerschnitte. Auf Bild .2 sind die Silhouetten der drei Schifsformen dargestellt:

Motorscbil! Typ Johann Welker" (Europaschiff)

Ladefähigkeit bei 2,5 rn Tiefgang ca. 1300 t,

Nenn-leistung 700 PSe

Motorschiff Typ Gustav Koenigs"

Ladefähigkejt bei 2,5 m Tiefgang ea. 950 t,

Neari-leistung 500 PSe

Schubeinheit, bestehend aus

.a) einem Schubboot mit einer Nennleistutig von zwei-mal 350 PSe und

b) einem Sthubleichter von 70 m Länge; Ladefähigkeit bei 2,5 m Tiefgang ca. 1260 t.

In Bild 3 bis 6 sind die Spantenrisse der untersuchten

Fahrzeuge wiedergegeben

.4 1094 8Z0 m Ttopezpro fil C I 94,8m - .57m Gùstav Koenigs

-

--- Sthèjbverband

Bild 2 Die in den Kanaiprofilen untersuchten drei Schlifstypen Tropezprofil A

Trapezprofil D

Rechteckprofil E

Rechteck profil F

Bild i Untersuchte Profile

Modeilmaßstab 1:16 Johann. Welker (Europa-Sd,iff) leer 79,200 m 71,128 m. 9,458 in - 0,103 rn 1,300 in ca. 0,600 in 349,8 in' 674,2 in' 5,58 in' 0,867 0.982 -'----49.0 Tropezprotil B

Loge der Stauso',eibe: 0,8 cv, ven Auflenhonte Schiff auf halber Wasserti efe

-.____%_ N. I

vu vi 1v Ii MIS. li w vi em

Abstw dec K trvktansspt 2 m

L_ 2pm_-_l

Bild 3 Spantenriß Johann Welker

Schwerpunktslage: 1,6'/o von Lpp vor Spt. 5 für beladenes Schiff

Propelierdaten

-i

5

4 3

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -1965 - Nr.11

Motorschiff Gustav Koenigs" Schlffsabmessungen

beladen léer

Länge zwischen den Loten 66,500 in 66,500 in Länge in der Schwimrnwasseriinie 66,800 vn 63,070 in Breite 8,160 in 8,160 in

Tiefgang Spt. 10 2,500 in 0,147 in

Spt. -0 2,500 in 1,150 vn

Spt 5 2,500 vn ca. 0,65 Zn

Verdrängung . 1189,7 vn' 264,2 in'

benetzte Oberfläche 791,9 in' 534,7 in'

Hauptspantfläche 20,31 m' .

5,20 in'

Völligkeit 6 0,873 0,790

- _{0,996 0,979}

e 0,941 0,920

Motorschif ,,3ohann Welker"

Schiff sabmessungen beladen 79,200 m 79,470 in 9,458 in 2,500 in 2,500 in 2,500 in 1635,0 in' 1010,0 in' 23,53 in' 0,869 0,995

Länge zwischen den Loten Länge in der Schwimmwasserlinie Breite Tielgang Spt. 10 Spt.0 Spt.5 Verdrängung benetzte Oberfläche Hauptspantfläche Völllgkeit 6 e 0,926 0,912

Scbwerpunktslage: 0,78 'I, von Lpp vor Spt. 5 für .beladenes Schiff

1600 mm 1600 mm 1,00 4 Propellerdaten Durchmesser D steigung auf 0,7 R H Steigungsverhältnis HID Flächenverhältnls Fa/P. Flügelzahl z 1500 min 1275 mm 0,85 0.sg 4 D H H/D Fa/F z Durchmesser Steigung auf 0,7 R Steigungsverhältnis Flächenverhältnis Flügeizahl

4

m

Iintrschtfl

2pm----I

Bild 4 Spantenriß Gustav Koenlgsa Abstand dir Kan$tnaktonsopt.. 6565 n

Sthubverband

- s

Schubboot

Schiftsabmessungen

betriebsfertig Länge Ubes alles - 20,000 m

Länge in der Scbwimmwasseriinie 19,600 m

Breite 8,000 m Tiefgang gleichiastig 1,800 m Verdrängung 166,4 m' benete Oberfläche 188,2 m' Völligkeit ô 0,584 0,992

Schwerpunktslage: 7.04'Iovon Lpp vor Spt. 5

Propellerdaten

Durchmesser D 1600 mm Steigung auf 0,7 R

-H

1258 min StelgungsverhältniS HID 0,786 rläthenverhältnis FaIF 0,50 Flügelzahl z 4

Leichter

- Sthiffsabmessungen beladen leer Länge über alles 70,000 m 70,000 rn

Länge in der Schwimmwasserlinie 67,920 m 61,000 m Breite 9,430 m - 9,430 m Tiefgang gleichlastig 2,500 m 0,450 m Verdrängung 1511,0 m° 251,0 benetzte Oberfläche 946,0 m! 619,0 mn Vöuigkeit 8 0,943 0,970 0,998 0,990

Schwerpunktslage: 3,4 'I, von Lpp hinter Spt. 5 f. d. belad. Leichter

Abstand er Kontruktionsspta2m

Bild 5 Spantenriß-SchubbOot, VBD-Modell Nr. 307

M(S 10 9I8 Bild 6 Schubleicister 812 9 9/4 9 Sporit-Abstafld'Om 2Øm5

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -1965 - Nr.11

Bild 7 zeigt eine tìbersicht über das Versuchsprogramm

und die Hauptabmessungen der untersuchten Profile »A"

bis ,,F". Die römischen Zahlen beziehen sich auf die Wasser-tiefe, dabei bedeutet

I eine Wassertiefe von 3,5 m, II eine Wassertiefe von 4,0 m,

III eine Wassertiefe von 5,0 m in Kanalinitte.

Die Böschungsneigung der Trapezprofile betrug 1 :3. Die Trapezprofile Ar bis AltI sowie Bj und Bu erfassen den Bereich der jetzt vorhandenen bzw. geplanten Kanal-proffle im Bundesgebiet.

Die Trapezproflle C bis Ciii sowie Dii und Djjj umfassen

die Wasserstraßen mit mäßig beschränkter Breite (z. B.

Nebenflüsse des Rheins).

Bild T Ilbersicht über das Versuchsprogramm

Modellthalistab 1:16

Die Rechteckproflle E und Ei entsprechen, hinsichtlich thres Einfiußwertes, Fahrtgebieten mit praktisch

unbe-schränkter Wasserbreite (z. B. dem Rhein).

Fürdiebeladenen-Schiffe

wurdenPropulsions-untersuchungen in sämtlichen Profilen ausgeführt mit der

Einschränkung, daß der Schubverband nicht im Proffi Aiii

untersucht wurde, und daß sich die Untersuchung in den

Rechteckprofilen FI bis Fjuu nur auf das Motorgüterschiff

Johann Welker" erstreckte.

Auf Leertiefgang sind Propulsionsversuche mît

allen Schiffen in den Profilen At, Ait, C1, Cii, C, Eu

und Eut durchgeführt worden,.

W i d e r s t a n d s versuche wurden für die beladenen

und für die leeren Schiffe in den Profilen Ar, Cui und Eiii unternommen.

IlL Versuchsergebnisse

Die Versuchsergebnisse sind nach der Froudeschen Me-thode auf die Großausführung umgerechnet worden, dabei wurden für Modell und Schiff die Reibungsbeiwerte nach ITTC 57 mit Rauhigkeitszuschlag 2 l0- für die

Schiffs-außenhaut verwendet.

Da der Reibungswiderstand, vor allem in engen Wasser-querschnitten, von der Rückstromgeschwindigkeit abhängig

ist, wurde diese in allen Fällen nach Bernoulli-Krey

be-rücksichtigt (mittlere Rückstromgeschwindigkeit).

Dieses Berechnungsverfahren kommt der Wirklichkeit

näher als eine Berechnung, wie sie üblicherweise sonst bei

Flachwasserversuchen für unbeschränkte Breite

durchge-führt wird, und bei der nur die Schiffsgeschwindigkeit be-rücksichtigt wird.

Die auf die Großausführung umgerechneten Modellver-suchsergebnisse sind, für ,,Johann Welker" als Beispiel, in Bild 8 bis 16 über der Schiffsgeschwindigkeit aufgetragen1).

1) Interessenten können die vollständigen für die praktische

Be-rechnung erforderlichen Unteriageri von der Versuchsanstait für

Binnenschifibau, Duisburg, -Postfach 582, beziehen.

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79.2 a, 25.0,,, 57,Om 720 n, 757 sa 94,65,' Fg 104 n' 724 ses' 235 m' mm' I4,rfiifr 5m 099 Sthifl GK ¿W402m G( 1W46.0 a, GK 1W75.Om 946m1W ¡ a 5.09479 6.105,25 77.5 9.95 23,95

F 725 a,' 746sa' - 276 sa' 526 a,' 626 n' 380 a,'

4.Om W8 _{et ¿w}612m _{er ¿w}490m et jw670m _{oir .,w}¡a n.

157 a, 0K 1w 96,8mJ.W H a 5,70 5.26 ilS 6,24 73.5 77.6 25.8 W 30.6 25,4 ¡5.9 171 Sn' 360 m' 835 m' 785 m' 474m' WstS«V,fP WB 413m 87.0W 750 a ¡57 n 50m 0K. 1W 0K 1w 0K ¿W 0K J-W 1W ¡ji a t36 Z18 77.6 75.2 200 28,4 36.4 33,0 79.9

K.nniqu..Sd.nìtt in in' 0K' Osti,, 10ans9n F5 b,4,dm t.ir

- WB. W,m ,Ib,e,Z, ¡am ZW. Johann Wnhas' 0K. 20.45 s,,' 5,33 m

I _{is, " J.W 23,lSm' 5,70m} a FgFF5 L .L.hat.s' 2160m' 625m' fis SB Sd,ubhaat SV _144m' SV &Vubsnrbw,d WI. 2010 WI. 1510 WI. 1100 WI. 500 WI. 250 WI. 125

WPS Upm 1200

lix

900 800 7OO 400 ,Jx 12 711 'X 400 xo 'X 10 11 Uprn wps n vs /

/

/

/

/

Wass(rtjr 15m

/

n-lass

Die Abweichung einiger Mel3punkte- (Kreispunkte) von

den Kurven der Diagramme entsteht dadurch, daß diese

Kurven bereits durch Querstraken über dem Querschnitts-verhältnis n = Fk/FB korrigiert sind.

Die ,,maximale Absenkung" der Schiffe ist die Summe

aus Trinunwinkel und paralleler Absenkung, sie bezeichnet den Punkt des Schiffes, welcher in Fahrt der Tanksohleam nachsteri liegt, gleichgültig, ob dies das Heck oder der Bug ist (vgL Trimmwinkelkurven). Hieraus ergibt sich die

Was-sertiefe unter dem Kiel und damit die Beantwortung der

Frage, ob eine Grundberührung zu befürchten Ist.

1096

--73 74- 15

/

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Fil 'on, 15.9

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C114/i Eá

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---4-!(aAaf tofu A KanaProfi1 B Ka,,alprofg C Kanoiptofil O 1(onalprofil E Hw= 15m ¡

- Hw:4.OmlJ

kw: 50ml/I 76 17 km/h

Bild S Propulslonsveysuche mît einem

Motor-güterscblff vom Typ Johann Welker" in den

Profilen A bis E

Tlefgang 2,5 m

Bild 9 Propulslonsversuche mit einem Motor-güterschI vom Typ Johann Welker" Im

Recht-eckprofll F Tiefgang 2,Sm

U 15 ¡6 km 17

In Seekanälen, bei denen das Wassertiefen-Tiefgangs-verhältnis oft wesentlich kleiner ist als in

Binnensthiffs-kanälen, ist die Gefahr der Grundberührung durchaus vor-handen, wodurch sich eine zusätzliche

Geschwindigkeits-schranke ergibt. In Binnenschiffahrtskanälen mit den

üb-lichen Wassertiefen von 3,5 m und mehr liegt diese Gefahr

für Fahrt in Kanahnitte selbst bei voller

Leistungsausnut-zung nicht vor.

Die maximale Wasserspiegelabsenkung an der Kanal-böschung wurde aus Wellenfotos ermittelt, die gegen ein auf der Böschung aufgezeichnetes Raster aufgenommen

waren.

i

4. 32 20 lo-o E a E 1.0 m o 0.7 0.2 ali 04 0,5 4h 0.6 m 0.5 7.0 Vt 7.5 g

i

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j.

10 1/ 12 Vs 13 14 5 6 km/h 17 _

A1\ 8i\ :1 Am;c! Oil Cil! ED

max moie Absenkung

des Schiffes 7 Bild U b AJ\ N N

_\

AI aI\ A)! 9

Bild 10 Propulsions. ersuche mit einem Motorgüterschiff vom Typ Johann Welket"in 'Sen Profilea A bis E Tiefgang 2,5 m '55. N

\ \

2 -1! A1J1".Ci' \

\\

Außerdem wurden noch die Rückstromgeschwindigkeiten

in Schiffsnähe mit einer Stauscheibe gemessen (Lage der

Scheibe vgl. Bild 1). Die Ergebnisse dieser Messungen sind durchgestrakt in späteren Diagrammen enthalten.

IV. Arbeitsdiagramme

Um die Versuchsergebnisse möglichst vielseitig anwenden zu können, wurden sie nach Möglichkeit dimensionslos

auf-getragen, über dem Querschnittsverhältnis n =

Wasser-straßenquerschnitt zu Schiffsquerschnitt = FK/Fs

durdige-strakt und nach Wassertiefen geordnet. Als Parameter

wurde die spezifische Leistung WPS/m3 SchifTsverdrängung

gewählt. Die Geschwindigkeiten sind als Verhältniswerte zur jeweiligen kritischen Geschwindigkeit Vkr dargestellt.

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang - 1965 Nr.11

Cil Wasserspegeiabsenkung an der Böschung 13 14 15 16 km/h 17 Cil cw\. on Rüriairorngesdrwino'igkeilen '-t..02!

Wasserspiegelabsenkung und Itückstromgeschwindigkeit (gerechnet) für verschiedene Kanalproflle Tlefgang 2,5 m; gerechnete Werte für Motorgtiterschiff Johann Welicer" und Schubverband

Die kritische oder Stauwellengeschwindigkeit ist ähnlich definiert wie bei alleiniger Beschränkung der Wassertiefe

(Flachsvasser), nur daß statt der Wasserstiefe der

soge-nannte hydraulische Radius eingesetzt ist, den man auch als die im Kanal wirksame Wassertiefe bezeichnen kann. Man

errechnet ihn aus Kanaiquerschnitt minus

Schiffsquer-schnitt, dividiert durch den benetzten Kanalumfang, wobei alle Werte auf die Ruhelage des Schiffes bezogen sind. Die kritische Geschwindigkeit ist hier also

Vkr = Vg . R (mis)

FKFS

R

(m) UK g = 9,81 (m/s2) 1097 7 10 71 12 73 14 '5 76 km/h _1i en 017 ù 72 71 7'5 75 km/h

b

WI'SUpm 00 500 o 20 40 dOE 4. 8Q

/

/

'7

A!' All

01

12 73 74

Bild 12 Propulsionsversuche mit einem Motorgüterschlif vom Typ Johann Weiker" in verschiedenen Kanaiproftien Tiefgang 0,6 m 0.2 0.4 0.6 q 0.8 Al Ail m :

.1

A Upm

r

.N

C>\

._Lp115

AU C, is is /7 VS Cil Cil

Die dimensjonslose Auftragung der Werte hat den Vor-teil, daß sie für jeden Maßstab umrechenbar sind, also für ähnliche Scjijffsformen und Kanäle jeder beliebigen Größe sofort die absoluten Werte festgestellt werden können. Die durch die unterschiedlichen Maßstäbe hierbei entstehenden Fehler im Reiburigswiderstand können bei Kanalversuchen wegen ihrer Geringfügigkeit vernachlässigt werden.

Kleine Abweichungen in der Profilform der Kanäle (Mul-den- statt Trapezproffl, Abweichungen in der

Böschungs-neigung) werden weitgehend durch Verwendung des

hy-draui.ischen Radius korrigiert.

CUI

il

CIil EU '9

J

/

Kanaiprofil A Konaiprolil C Kanaiprofil E Hwr3.5m I Hw4.0m II Hw50mil! /8 /9 0 7kmfh gaz Tnmmwinke( 20 -27 km/h c EI! EE 18- 79 20 21. km/h maximaleAbsenkung CEI\\ - -, piege(obsenkung an der 8ó'sdung

Für Geschwindigkeitsvergleiche müssen selbstverständ-lich die absoluten Werte aus den Verhältniswerten V/Vkr errechnet werden, es sei denn, daß es sich um ein konstantes Querschnittsverhältnis und gleiche Wassertiefe handelt.

-Die maximale Absenkung- der SchUTe, die maximale

Spie-gelabsenkung an der Böschung und die Wassertiefe sind

dimensionslos (als Verhältniswerte zum Tiefgartg) darge-stell. Die Arbeitsdiagramme für den .Typ ,,Johann Welker"

sind in Bild 17 bis 20 wiedergegeben.

-m

1098 HANSA'- Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang - 1965 - Nr.11

N

Bild 13 Fropulslonsversuche mit einem Motorgüterschlif vom Typ Johann Welker

in verschiedenen Kanalprofilen Tiefgang 0,6 m 700 700 /

J

/

o 0.2. (14. 0.6. 7O .20 vs

4$5?69l01l7273141516777879km/h

TrimmwiNl o 0.1 0.2 0.3

a'

0.5 1h 0.6 m 1.5 ¡2 73

¡s.

Is y3 17 ¡8 .19 âo âz km/h

Bild 14 Wasserspiegelabsenkung und RückstromgeScbWlndigkeitefl für verschiedene Kanaiprofile

- Tiefgang 0,5 rn; gerechnete Werte fai Motorgüterschiff Johann Welker"

All Ai A1l t cl' I4 5 1,6 V 1,7 76 Kgs,c,oroM A Kano!pmftl C

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4 ico . .. 6 7 8 s Io ir 12 19 14 ¡5 ¡6 17 16 19km/h

.Vs

Bild15 Widerstandsversue.he mit einem Motorgiiterschlff vom TYP

Johann Welker" in verschiedenen Kanaiprofilen

Tlefgang 2,5 m

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -1965 - Nr.11

.Q2, Q6. Q8 m 90& 80& 700 600 500. 40(1 300rn 20f1 10& o JO 20 30 EPS40 72OO1 7700_60 7000_70 e. g 1,9 20 WassArs,pie9elobsenkung Rücksiromgeso'wnndig keilen Eli 27 km/h 70 11 12 73 g'1S 16 77 18 19 20 21 22 Konalpre(ilA konaiprofil C V konclprofil E

---Hw5m ¿

Hw 4.0 m 1! ---Hw=SDm il!

AI\'\AlI

. ¿li

AI\

EP5 maximale Absenkung Trimmwinkel

/

Al1 Ali Cii ./El1z

/

V

r

7897011727214.161677.1819202122

Vs

Bild 16 Widerstandsversuche mit einem Motorgüterschiff vom Typ ,,Johann Welker" in verschiedenen KanaiproSlen

Tlefgang 0,6 m

vs 0. 7.. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.7.1 . 07

o.'J

0.7 o o 0.3 0.2 0.75 - 0.7 Hw/T 14 10 _n 20 0 lO . 20 30 n 10 n 0. 0.5j _{if,___} 45 0.4.

43-Bild 17 Geschwlndlgkeltsverhältnisse für Johann WelkerC Tiefgang 2.5 on, beladen

Bild 18 MaxImale Rückstronsgeschwlndlgkejten In Schlffsnähe

TYP 5,Johann WeIker Tiefgang 2,5in 0.4 0.I Hw/T1.6

-75 0.6

o io 20 n 3 io a' 0.3 0.2. 0.1

i

S E 10 20 30 n lo

Bild 19 MaxImale Absenkung des Sdilffes für Johann WelIcer5

Tlefgang 2,5 m; beladen Hw/T 2.0 20 n ja f27 0.6

--

-- 0.5 -o., 2 wps -. 0.7 0.6 0.5 0. 0.3

1100 _{HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -1965 - Nr.11}

T

I r-0.? 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.15 0., 70 20 0 70 n n

Bild 20 MaxImale WasserspiegelabSenkung an der Böschung für Johann Welkem Tiefgang 2,5 on; beladen

70203040 702030403040705090 700710 5040706090700710120750740

n n n

Bild 22 escliwindigkeitSVerhältfltSSe für Johann Welker Tiefgang 0,6 on i. M.; leer

HANSA.- Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. ¿ahrgang-1965 - Nr.11

V*r l.0 a 0.8 a; 0.6 as ao

Bild 21 TrlmmWiflkel für Johann Welker'

Tiefgang 2,5 nl; beladen

Bei den Kurven der spezifischen Leistungen des Ìeeren Schiffes sind in Klammern die entsprechenden spezifischen

Leistungswerte für den beladenen Zustand angegeben, so daß sich in beiden Fällen die gleiche absolute Leistung

ergibt. (Bei Johann Welker" entspricht z. B. die spezifische Leistung von 1,87 PS/rn3 beim Leertiefgang einem Wert von

0,4 PS/rn3 für den beladenen Zustand entsprechend einer

absoluten Leistung in beiden Fällen = 654 WPS.)

Die weiteren Ergebnisse auf Leertiefgang werden später

besprochen.

V. Vergleich zwischen Trapez- und Rechteckproßlen Da die untersuchten 'QuerschnittsverhältniSSe

bei den

Trapezprofilen andere als bei den Rechteckprofilen waren, mußten deren Vergléiehswerte (für gleiches n und gleiche Wassertiefe) durch Inter- bzw. Extrapolation der Versüchs-ergebnisse für die Trapezprofile ermittelt werden.

In Bild 23 ist das GeschwindigkeitsverhältniS vsR/vsT in

Abhängigkeit vom QuerschnittsverhältniS n aufgetragen

(R = Rechteckprofil, T = Trapezprofil). Da im vorliegenden Versuchsprogramrn für Rechte&profile nur große n-Werte zwischen etwa 14 und 38 untersucht wurden, sind zur Er-gänzung des Diagramms noch frühere Versuchsergebnisse

für n-Werte zwischen etwa 3 und 5 hinzugetragen worden. (Diese Ergebnisse hat der Verfasser mit Seeschifismodellen

in Trapez-, Rechtecktrapez-' und Rechteckprofilen in der

HSVA ermittelt.)

1.2

1.l

LO

10 20 30 4G

Bild 23 GeschWllldigkeitSVergieiCh zwischen Rechteck- bzw.Rechteck-TraPeZPrOßlefl

und Trapezproftlen mit gleichen Wasserti"fen

Mltte1'verte fir Leistun3en zwischen 0,1 und 0,4 WPS/m -

-'

2.0

0.5

vs

Weiter wurde noch der Verhältniswert der kritischen

'Geschwindigkeiten im Rechteck- und im Trapezproffl

(vkr/vkrj') als gestrichelte Kurve dargestellt. Diese Kurve

fällt praktisch für den QuerschnittsbereiCh von n > 5 bis

n 40 mit dem GeschwindigkeitsVerhältflis V5R/VST

zu-sammen.

Hieraus folgt, daß bei gleichem QuerschnittsverhältfliS

und gleicher Wassertiefe sich d i e G e s ch w i n d i gk e i

-ten proportional zu den Quadratwurzeln

aus den hydraulischen Radien

verändern.

Aus diesem Grunde wurde, wie schon erwähnt, für die

Arbeitsdiagramme das GeschwindigkeitSverhältfliS vs/vkr gewählt, weil es hierdurch möglich ist, die

Versuchsergeb-nisse für die Trapezproffle mit n> 5 auch auf andere Pro-ififormen zu übertragen. Die Überlegenheit der

Rechteck-profile nimmt bei kleineren n-Werten noch stärker zu, als

sich nach der angeführten Gesetzmäßigkeit ergibt. Das gleiche gilt für Rechtecktrapezprofile, die den Rechteck-profilen geringfügig unterlegen, dafür aber in ihrer

Her-stellung billiger sind.

Die Triminwinkel, die in Schiffsnähe gemessenen Rü&-stromgeschwindigkeitefl und die größten

Schifsabsenkun-gen abhängig von der Geschwindigkeit

in km/h für

Rechteck- und für Trapezprofile sind für ,,Johann Welker" in Bild 24 zusammengestellt.

Auch diese Ergebnisse bestätigen die Überlegenheit der

Rechteckprofile über die querschnitts- und

wassertiefen-gleichen Trapezprofile. bDNnsW,9M n'nt Bi,,n.n-sd,iffan in R.d,tid,,Dfilifl ,. Gustan NainIgS Jut,ain, Wtkif &hubvi,t and Trimmwinked - Trcpezpiclil

-Redted,vfll HSVA'14.nsur4nn -nil SNiVf,n ¡n Rndik,n'5fîtifl e In R,t.nkTmpnxFafihn -Absenkung de So',Jffes n a*4 11w s 4.Om 70 II 72 73 1? 72 13 14 15 10 77 12 13 74 15 76 VS V5. VS Mt

Bild 24 Vergleich zwischen Rechteck- und Trapezproñlefl

Johann Welker"; Tlefgang 2,5 m

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen -102.Jahrgang - 1965 - Nr.11

I

's

t

n ¡5 LO z LO

VI. Vergleich zwischen Widerstands- und Propulsionsversuch

-In Bild 25 sind für das beladene Schiff die beim Wider-stands- und- beim Propulsionsversuch gemessenen

Trirnm-winkel, die größte Schiffsabsenkung, die Wasserspiegel-absenkung an der Kanalböschung und die größten Rück-stromgeschwindigkeiten in Schiffsnähe abhängig von der

Schiffsgeschwindigkeit in km/h aufgetragen. Bild 26 enthält die entsprechenden Werte für das leere Schiff.

Diese Diagramme zeigen erwartungsgemäß,

daß die

Schiffe düreh den Einfluß der Schraube stärker eintauchen und vertrimmen, und zwar mit zunehmender

Geschwindig-keit stark ansteigend. Das wirkt sich auch auf die

Propul-sionsgütegrade aus, die außerdem noch durch die mit

zu-nehmender Geschwindigkeit steigende Propeuerbelastung beeinflußt werden (vgl. Bild 27).

-Hierdurch werden auch die erosionbedingenden Faktoren (Rückstromgeschwindigkeit und Wasserspiegelabsenkung an der Böschung) verstärkt.

-Oben rechts:

Bild 25 vergleich zwischen Widerstands- und

Propulsions--- ergebnissen

-Johann Weilcer"; Tiefgang 2,5 m

-Unten links:

- Bild 26 VergLeich zwischen Widerstands- und

PropulSiOns-ergebnissen

Johann Welker"; Tiefgang 0,6 m i. M.; leer

Unten rechts: Bild 27 Propulsionsgütegrade

-15-16 14 15 75 77 18 19 20 21 AH Al Cil Ali Cil All ¡Cli Em maximale RtmmgeschwindI9ke1t - Elli 10 II 12 12 13 1-4 13 14 75 16 14 15 16 77 78 19 20 21 km/h HANSA - Schiffahrt - Schiftbau - Hafen - 102. Jahrgang - 1969 - Nr. 11

m 0.8 0.7 0.6 as maximale Abse'kung 0.4

I /

II

1! '-

desSthiffes 0.3 42 o.i 'n'a 3.0 maximale erspiege1absenkUng an der 8sthun9 0.1. 0.7. as. 45_ 0.4. -_{- Q3.} al-O gez 0.5. 0.5. 0.4. 43-42 O 6 7 8 9 8: 9 10 10 11 -72 13 13 13 14- 15 - - vs - 47-O

56

Al A L

-O

ffifeI.Q'nO e 5ffi_

ea---IDI. e ¿50. All

s

g 10 n 12 73 Cil ES Trimn,winkei Apcdsiwo Widerstand El max Wassempiegelabsen an der ildsdnng n = 17.6 Mvo 40m Cil maximale fticrndromgezdwmndigke:l £57 n.747.3

/

/

/

- WeOu k 15 i 17 18 19

j

1103 Ai All n= 4.39 Nw=-3.5m - n o 26 Mv 4.Om Eilt n- = .23.0 Mv 5.Om n= 18.25 Mv» 3.5m n 21.90 Hw 4.Om fl= 4840 Mv= 4.Om n 138 Nw = 5.Om

VII. Vergleich zwischen Schleppzug und Motorschiff

Unter Verwendung der vorliegenden und älterer

Ver-suchsergebnisse (aus dem Jahre 1935, für die Fahrtverhält-fisse auf dem Mittellandkanal vom Verfasser in der HSVA durchgeführt) kann jetzt ein Vergleich zwischen Schleppzug und Motorschiff angestellt werden, wie Bild 28 ausweist.

i1m TlCm J.1Om I5 1935 O Ql 14P5,,,./ Q2 1.0 0.l /m' 0.2 Vergleith mit Sd',Ieppzügen G. Konigs .7 ,'2-nSthfezÙge __ gurg.fwmt. $ .CiçW8IetO-XcMI 5 16VA O 0J WPS/m' 02 vs 8 4 3 2 7 o

Bild 28 Gustav Koènlgs'1 Im Mitteflaudkanai auf Tiefgang 2,0 nl 28w = 3,5m, FK 81,5m', U = 35,2 in, WB 33,6m

Auf der linken Seité dieses Diagramms ist die Geschwin-digkeit des Motorschiffes ,,Gustav Koenigs" über der

spe-.zifischen Léistung (WPS/m3 Verdrängung)' dargestellt. Diese

Kurve wurde aus dem neuen Versuchsmaterial für die Fahrtverhältnisse im Mittellandkanal umgerechnet, und

zwar für einen Schiffstiefgang von 2,0 m. Die beiden anderen

Kurven sind Originalmeßergebnisse der genannten älteren

Versuche.

Da der Schraubentiefgang damals für Kanalfahrt durch

die Behörden auf 1,75 m, der Schifistiefgang aber auf 2,0 m begrenzt war, konnten Motorschiffe, die den zugelassenen Tiefgang von 2,0 m voll ausnutzen woUten, wegen der

Not-wendigkeit der Fahrt auf Leertiefgang nur Propeller mit maxinial 1,0 m Durchmesser erhalten. Im Laufe der da-maligen Versuche wurde der Propellerdurchmesser auf

1,18 in vergrößert, wobei der Schraubentiefgang 1,93 m be-trug. Infolge der geringeren Schraubenbelastung des größe-ren Propellers war der Angriff auf die Kanalsohie geringer als bei dem kleineren, höher liegenden Propeller.

Das kleine, mittlere Diagramm in Bild 28 stellt die Ver-bindung zwischen den neuen Modeilversuchen der VBD und dcn älteren der H.SVA her, denn er zeigt, daß die Outer-schiéde im linken Diagramm ausschließlich auf die unter-schiecUiche Propellerbelastung zurückzuführen sind. Da nun

durch den Vergleich der Versuche mit dem Motorschiff Gustav Koenigs" nachgewiesen werden konnte, daß die

früheren Hamburger und die neuen Duisburger Messungen direkt miteinander verglichen werden können, sind auf der rechten Seite des Diagramms die VBD-Ergebnisse für den modernen Gustav Koenigs" mit den Hamburger Schlepp-zug-Versuchen in Vergleich gestellt.

Bei gleichem spezifischem Lelstungsaufwand. fahren

Ka-nalschleppzüge aus gut geformten Kähnen etwa 1/4 km/h

langsamer als das moderne Motorschiff Gustav Koenigs". Bei éinem Dreikahn-Schleppzug, in welchem neben zwei

guten auch ein völliger -Elbkahn (Typbezeichnung Dicke Berta") fährt, vermindert sich die Geschwindigkeit um

weitere 0,6 kmlh. Berücksichtigt man weiter, daß die

Gier-verluste eines Schleppzuges erheblich größer sind als die

Kursverluste bei einem Selbstfahrer, dann ergeben sich für die Praxis noch größere Unterschiede. (Diese Verluste

wer-den beim normalen Modellversuch nicht erfaßt, weil die

Modelle zwangsmäßig auf geradem Kurs geführt werden.) Der Vergleich zeigt also, daß bei gleichem spezifischen Leistungsauf wand Motorschiffe im Kanal der

Schleppschiff-fahrt überlegen sind. Darüber hinaus können sie wegen

ihrer besseren Steuerfähigkeit mit höheren Leistungen, d. h.

schneller fahren. Andererseits ist aber -der Angriff auf Kanalsohie und Böschung wesentlich stärker als bei den

langsameren Schleppzügen.

Aus den Versuchsergebnissen für Gustav Koenigs" kann

für das Trapezprofll A1, welches in seinem Querschnitts-verhältnis etwa dem ungünstigsten Wert auf dem

Mittel-landkanal (n 4,97) entspricht, entnommen werden:

a) Schleppfahrt mit 6 km/h

-Größte Rückstromgeschwifldigkeit in Schiffsnähe ca. 0,70 mIs') Größte Spiegelabsenkung an der Kanalböschung ca. 0,08 ni Aus dieser Splegelabsenkung kann nach BernouUl-Krey eine größte Rückstromgeschwindigkeit an der Böschung von ca. -0,4 m/s errechnet werden.

b) Freifahrtmit8km!h

Größte Rückstromgeschwindigkeit in Schiffsnähe ca. 1,25 m/s') Größte Splegelabsenkung an der- Kanalböschung ca. 0,17 ni Größte Rückstromgeschwindigkelt a. d. Böschung ca. 0,70 ni/s

'Bei mit 8 km/h fahrenden Motorschiffen erhöhen sich also im Vergleich zur Schleppfahrt mit 6 km/h die

größte Rückstromgeschwindigkeit in Schlffsnähe um c. 80°/s.

größte Rückstromgeschwindlgkeit a. d. Böschung um ca. 755/, u. größte Spiegelabsenkung an der Böschung um ca. 110'Is.

Es ist jetzt noch zu berücksichtigen, daß die für die

Schleppfahrt eingesetzten Werte für

Rückstromgeschwin-digkeit und Wasserspiegelabsenkung mit einer guten Schiffsform gemessen wurden. Diese Werte können also bel

ungünstigeren Kahnformen etwas höher liegen. Die

fest-gestellte Differenz zwischeñ Schlepp- und Freifahrt ist aber so groß, daß die Versuchsergebnisse die Vermutung bestä-tigen, daß die großen Erosionsschäden im Mittellandkanal hauptsächlich durch, die Môtorschiffe bedingt sind, zumal die Steigerung des Güterverkehrs von 4 auf 12 MilL t über-wiegend Motorsehiffe betrifft.' -

-- VIII. Einfluß der Schiffsvölligkeit

auf die Ges hwindigkeit im Kanal

Da die Vöuigkeit der Binnenschiffe im allgemeinen in dem engen Bereich zwischen ca. 0,85 und ca. 0,95 liegt,

wurden für die Ermittlung des Einflusses der Völligkeit auf die Geschwindigkeit HSVA-Versuche mit Seeschiffsmodel-len in SeekanäSeeschiffsmodel-len mit herangezogen. ' . .

-Aus Mädeliversuchen für drei in der VBD untersuchte

Binnenschiffe und vier in der HSVA untersuchte Seeschiffe ist eine Querkurve für das Wassertiefen-Tiefgangsverhält-nis 1,4 in Bild 29 zusammengestellt. Sie- läßt erkennen, daß

die Völligkeit ein weiterer Faktor ist, der die

Fahreigen-07 'J

08 0.9

- Bild 29 EInfluß der 'SchiffsvöUigkelt ant die Geschwindigkeit

-. - im Kanal

WPSIm' = 0,2, n 5,3, Hw/T 1,4 -

-'2) Diese Werte sind Im Mittellañdkanal wegen dea kleineren

'riefganges von 2,0 m statt 2,5 in bei den Modeflversuchen geringer.

Die prozentuale Differenz zwischen Schleppfahrt und Freiiahrt

wird sich hierdurch aber nicht wesentLich verändern.

schalten von Schiffen in Kanälen erheblich beeinflußt,

wäh-rend sonst noch vorhandene Unterschiede, wie z. B. die Sehifisform (Spantcharakter, Schwerpunktslage) oder die

vom Durchmesser abhängige Propeilerbelastung, im

Rah-men der praktisch vorhandenen Grenzen nur noch

ge-ringere Abweichungen in der Geschwindigkeit verursachen.

Am 11. März 1964 wurde der 16

000-tdw-Massengutfrach-ter ,,Sundora" von der Werft Cantiere Navale Felszegi

S.p.A., Muggia (Triest), an die Reederei Navi Italiane S.p.A., Triest, übergeben. Die ,,Sundora" wurde unter Aufsicht des

Registro Italiano Navale und des American Bureau of

Shipping gebaut. Außerdem wurden die Vorschriften der Internationalen Konvention von 1960, der Suez- und

Pa-.namakanalbehörden und für den St.-Lorenz-Seeweg beach-tet. Der Schiffskörper ist nach Klasse 2 des Lloyd's Register of Shipping für die Fahrt im Eis besonders verstärkt.

Das Schiff kann in der Getreide- oder in der Bauxitfabrt eingesetzt werden. Der Sr'hiffskörper ist im Querspanten-system, die Decksaufbauten und der mittlere Teil des

Dop-pelbodens ira Längsspantensystem gebaut. Die hinteren

Aufbauten, der Maschinenschacht und die Lukendeckel sind aus Aluminium hergestellt.

Hauptabmessungen:

Länge über alles 149,50 in

Länge zwischen den Loten 141,73 in

Breite auf Spanten 19,86 m

Seitenhöhe bis Hauptdeck 12,80 rs

Tiefgang (Sommer) 9,68 in

Tragfähigkeit hierbei 16 400- t

Vermessung 10909 BRT

Laderauminhalt 20 341 m3

DienstgeschWifldigkeit 14.5 kn

Das Schiff ¡st in sechs Laderäume unterteilt. Die

Lade-räume sind durch den an den Seiten hochgezogenen Dop-pelboden und Ballastwingtanks unter Deck mit 30°

Schrä-gung selbsttrimmencL In zwei Laderfiume sind

Schlag-schotte eingebaut. Die Laderäume haben keine Wegerung,

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen-- 102. Jahrgang -1965 - Nr.11

Aus dem gesamten Versuchsmaterial kann gefolgert

wer-den, daß sich die erosionsbedmgenden Faktoren mit abneh-mender Schiffsvölligkeit vermindern.

Dieser Artikel wird ira nächsten Heft mit einem

Reck-nungsbeispiel und einer Zusammenfassung fortgesetzt.

-

.16 000-tdw-Massengutfrachter ,,Sundora

die Tankdecke des Doppelbodens Ist durchgehend für die

Erfordernisse der Erzfahrt verstärkt. Jeder Laderaum

er-hielt eine Luke mit MacGregor-Faltiukendeckein aus Alu-minium. Sieben Thrige_KonstantzugMOoriflgWindefl sind

aufgestellt. Sie werden auch zur Bedienung der

Luken-deckel verwendet.

Die Stromerzeugungsanlage besteht aus drei

Deutz-Strüver-Dieselgeneratoren für Wechselstrom 440 Volt, 60 Hz

mit einer Leistung von je 280 kVA.

Als Antriebsmaschine Ist ein von der Fabbrica Macchine S. Andrea, Triest, hergestellter einfachwirkender, aufgela-dener Fünízylinder-Sulzer-DieselfllOtOr RSAD 76 mit einer Leistung von 6600 PS bei 119 UImiri eingebaut. S.

yi

/

Aufbauten und Lukendeckel aus Aluminium

Einfluß der verschiedenen Fladiwasserprofile auf Widerstand und Vortrieb von

Binnenschilfen mit Rechnungsbeispiel für die Binnenwasserstraße der Klasse W

Obering. Kurt Helm, Hamburg und Duisburg

-(Fortgesetzt aus ,Jlansa" 1965, Nr. il, Seite 1093/1105)

IX. Rechnungsbeisplel

An einem Beispiel aus der Schiffahrtspraxis für Kanäle soll jetzt die Anwendbarkeit des vorliegenden

Versuchs-materials gezeigt werden.

Für Binnenwasserstraßen der Klasse IV für das Europa-schiff (1350 t Tragfähigkeit bei 80X9,5X2,5 m) wurden die folgenden Mindestabmessungen vom Sachverständigenaus-schuß der Europäischen Verkehrsminísterkonferen.z emp-fohlen: Trapezprofil n zwlsthen 7 und 7,4 Bösdiungsneigung 1: 3 Wasserspiegeibreite 53 . . . 55 m Wassert1ee am Bösiungsfuß 4,4 ni in Kanaùnttte 4,15 . . 4,25 Zn.

Mit Hilfe der Versuchsergebni.sse soll érmitteit werden,

welche Geschwindigkeit man für diesen Kanal zulassen

kann. Hierbei sollen auch die erosionsbedingenden Faktoren berücksichtigt werden. Da die Hauptabrnessungen und auch

die Schiffsform des Europasthiffes die gleichen sind wie

beim ,,Johann Welker", können die für diesen Typ ausge-führten Modellversuche unmittelbar verwendet 'verden.

Aus den Arbeitsdiagrammen Bild 17 bis. 20 sind für eine

konstante Wassertiefe von 4,0 m gleiche Wassertiefe im Bereich zwischen den Böschungsf üBen) die Diagramme

Bild 30 bis 32 zusammengestellt worden. Auf ihnen sind dIe Antriebsleistungen, die größte Rückstromgeschwindigkeit in Schiffsnähe und an der Kanalböschung, die größte Ab-senkung des Schiffes (parallel AbAb-senkung + Vertrimmung)

und die größte Wasserspiegelabsenkung an der

Kanal-böschung als Kurvenscharen über dem Querschnittsverhält-nis aufgetragen, wobei die Sthiffsgesthwindigkeit als Para-meter' gewählt wurde. Alle Kurven zeigen eine mit zuneh-mendem Querschnittsverhältnis abfallende Tendenz.

Die Rückstrorngesthwindigkejten an der Böschung sind mit Hilfe der gemessenen Absenkung an der Böschung nach

Bernoulli-Krey errechnet worden. Daß dieses Rethnungs-verfahren auch hierfür zulässig ist, konnte an Großver-suchen im Nord-Ostsee-Kanal geprüft werden, bei denen

die Wasrerspiegelahiexikung und die Rüekstromgescbwin-digkeit gemessen wurden.

Betrachtet man nun die Kurven für den Leistungsbedarf auf der linken Seite von Bild 30, so erkennt man sofort, daß es sinnlos wäre, die volle Leistung in Kanälen von praktisch möglicher Größe ausfahren zu wollen. Es wird nämlich doch keine höhere Geschwindigkeit erreicht, sondern der größte Teil der Energie wird in Wellenenergie umgesetzt, die nur zu unzulässigen Beanspruchungen der Böschungen und der Kanalsohie führt.

-Die vernünftigerweise noch ausnutzbaren Leistungen werden durch den Beginn des steilen Anstieges der

Lei-stungskurven angezeigt. Soll z. B. eine Geschwindigkeit von etwa 8 km/h erreicht werden, dann müßte ein

Quersdmitts-verhältnis von mindestens 5 gewählt werden. In diesem

Kanal könnte dann eine Leistung von ca. 200 PS, also nur

ein knappes Drittel der vorhandenen Motorleistung,

aus-genutzt werden.

Für eine Geschwindigkeit von ca. 10 krn/'h wäre schon

eine Querschnittsgröße von mindestens siebenfathexn

Schiffsquerschnitt erforderlich, wobei dann etwa 45°/o der Motorleistung ausgenutzt werden könnte.

Die volle Masehinenleistung könnte erst bei einem Quer-schnittsverhältnis von ca. 20 ausgefahren werden. Das be.

deutet einen Wasserquersdmitt von 475 in2 und bel 4 in 1178 »ps 900 800 700 600 500 400 20O 200 wo O 20 vr-,, 1.5 1.0 4$ O lO 20 A,,I,w*Alt,LI ., W ffAd Th,J 20 U,Ad1it,i. A SthlffA,,M,.k,,, 0,,) 'hD - M ßòAç () 13. 74 n

e

s

Bild 30 L.elstungsbedarf und Pargesehw41gke

abhängig -vom Quers4anittsverbältnis

Europaschiff, Tsefgang 2,5 ni, Eanaltiefe 4,0 ni, B5scbungsnelgung 13

.30 o io 20 A I FAM M FAM M ,,I,0,th,,ftliAM 9,60, RO0,A0,A,,AMe d. M,lbAM.,.. 0.7,, M

FAM M IAM,d0kA 0,iUg

3 II. S0,IRMO P.O 'P/A

( rififi, Aif M,A.g O.IM

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u

r, LS ea miS 1,4 45 A M PAMMMifi9 (M 70 aSO,o,thez,eA

Bild 31 Rückstrorngesthwirdigkeìt in Schlffsnâhe und an der B5schung abhängig vom Qi'erschnittsyerhäitais

Europaschtft, Tiefgang 2,Sm, Kanaltiefe 4,0 in, B6schungsnelgung 1:3

Ø FAM M .'WIsal wirMmuififrW, ifif0, 3 _{i, SOifOA,M 14} a

h

4 a3 c12

'0

PS u

.43

Q2 A A

Bild 32 Absenkung des Schiffes und des Wasserspiegels abhängig vom Quersclmlttsverlsältnls

Europaschiff, Tlefgang 2,5 ni, Kanaltlefe 4,0 ni, Bösthungsneigung 1:3 HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen 102. Sahrgang 1965 Nr.12

Wassertiefe eine Wasserbreite von 130 m. Man müßte also zu diesem Zweck schon einen künstlichen Flußquerschnitt bauen.

Die Kurven für die Rückstromgeschwindigkeit auf Bild 31

zeigen, daß die. Kurve (1) für Fahrt mit voller

Motor-leistung ein Maximum der Rückstromgesehwindigkeit ge-rade bei den Querschnittsverhältnissen aufweist, die

heut-zutage allgemein für Kanäle üblich sind, d. h. bei Werten

zwischen 5 und 6. Die Kurve für voUe Motorleistung steht

hier. als Vertreter aller Kurven für gleichbleibende Lei-stung - auch wenn man statt mit 500 PS nur mit 350 oder

mit noch weniger. PS fährt, ergibt sich stets ein

Rückstrom-maximum im gleichbleibenden Querschnittsbereich (vgl.

auch Bild 18).

Das bedeutet aber, daß innerhalb der wirtschaftlich

ge-gebenen Grenzen für Vergrößerung der Kanaiquerschnitte bei größeren n wohl Geschwindigkeit durch die günstigeren Fahrtverhältnisse gewonnen wird, daß aber der Anteil der ausgenutzten Leistung nicht wesentlich vergrößert werden kann, weil sonst wegen der zu hohen Rückstromgesehwin-- digkeiten zu . starke Erosionsgefahr auftritt. Obgleich also bei größeren Querschnitten die Geschwindigkeit ansteigen wird, ändert sich nichts an der Tatsache, daß die Motoren

der Selbstfahrer in Kanälen immer bei ungünstigen

Be-triebsverhältnissen arbeiten müssen, es sei denn, die Selbst-fahrer schleppen ein anderes Fahrzeug. In dieser Beziehung sind in den letzten Jahren verschiedene Methoden zur Mit-nahme eines weiteren Fahrzeuges mit Erfolg ausgearbeitet und ausprobiert worden.

In Bild 32 sind auf der linken Seite die größten Absen-kungen des Wasserspiegels an der Kanálböschung

darge-stellt. Diese Kurven haben die gleiche Tendenz wie die der

Rü&stromgèschwindigkeiten, nur treten die Maxima für Fahrt mit gleichbleibender Leistung (Beispiel volle

Lei-stung) bei etwas größeren Querschnittsverhältnissen auf.

Die Kurven für die Schiffsabsenkung zeigen, daß unter keinen Umständen eine Grundberührung auftreten kann, denn selbst bei voller Leistungsausnutzung hat das Schiff

immer noch 85 cm bei der betrachteten Wassertiefe von 4 m

untér dem Kiel: Tiefgang 2,50 m + Maximalabsenkung

0,65 m 3,15 m. ..

-Unter Maximalabsenkung ist, wie schon früher erwähnt. die parallele Absenkung einschl, der Vertrimmung zu ver-stehen, d. h. es handelt sich um den tiefstgelegenen Punkt des Schiiles in Fahrt.

.

Versuchsergebnisse für 3,5 m Wassertiefe zeigten, daß

auch bei dieser Wassertiefe keine Gefahr der Grundberüh-rung vorliegt.

Im Gegensatz hierzu ist eine solche Gefahr bei

See-kanälen in hohem Maße gegeben, hier ist das

Wassertiefen-Tiefgangsverhältnis so ungünstig, daß schon eine

gering-fügige tYberschreitung der zugelassenen Geschwindigkeit zur Grundberührung führt.

Die maximal auftretende Wasserpiegelabsenkung an der Böschung (rechte Seite Bild 32) beträgt etwa 0,55 m, aber auch dieser Wert wird nur bei voller Leistungsausnutzung erreicht. Bei Großversuchen wurde festgestellt, daß bei so hohen Leistungen das Schiff dermaßen schwer zu steuern

ist, daß dieser Fall in der Praxis wohl nie durchgeführt

werden dürfte.

Bei den alten Binnenschiffahrtskanälen wurde mit Rück-sicht auf die Wellenbildung (Absenkung) an der Böschung

im allgemeinen ein Böschungsschutz bis etwa 1 m unter

dem ruhenden Wasserspiegel angebracht. Dabei wurde aber

die Einwirkung der Rückstrorngeschwindigkeit erheblich

unterschätzt, die Füße der befestigten Böschungsteile

wur-den unterspült, und die Steinbefestigungen rutschten ab. Auf Grund dieser Erfahrungen werden neuerdings die

Böschungen unserer Binnenschiffahrtskanäle bis zur Sohle befestigt.

Um festzustellen, welche Grenzwerte unter keinen Um-ständen überschritten werden dürfen, sollen nun mit Hilfe der Modellversucl-isergebnisse die Fahrtverhältnisse kritisch

untersucht werden, wie sie z. Z. auf der ungünstigsten

HANSA Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang - 1965 - Nr.12

Strecke des Mittellandkanals - zwischen Bergeshövede und

Anderten mit einem Querschnittsverhältnis von ca. 5 für

den auf 2 m abgeladenèn Gustav Koenigs" vorliegen.

Nach den Ausführungen von Poppe [1] haben sich die

Erosionsschäden an den Böschungen in den letzten Jahren

derartig verstärkt, daß die Kanalu.fer nur noch mit Mühe

und erheblichen Mehrkosten vor dem Verfall bewahrt

wer-den können. Außerdem sind in der Kanalsohie zum Teil

Auswuschungen entstanden, welche die Dichtungsschicht in

den Auf tragstrecken teilweise freigelegt haben. Solche

Schäden entstehen vor allem dadurch, daß Selbstfahrer, die hinter einem langsamen Schleppzug herfahren müssen, ihre Maschine nicht auf so langsame Fahrt drosseln können. Sie sind vielmehr gezwungen, hinter demselben zu treiben, und die Maschine wird dann von Zeit zu Zeit kurzfristig laufen: gelassen, um das Fahrzeug wieder aufzurichten. Daß dieses

stoßweise Arbeiten der Schrauben bei kleinster Fahrt des

Schiffes die Sohle besonders stark beanspruchen muß, liegt auf der Hand. .

-.n,i,i,t was

-ThM eI ,.*edfUith.. L'ift'g

5

BIld 33 Gustav KoenIgs

. Tlefgang 2,5 in

Aus den Diagrammen und Tabellen des Bundesverkehrs-. ministeriums über die deutsche Binnenschiffahrt 1961 geht hervor, daß der Güterverkehr auf dem Mittellandkanal von 4 Mill. t im Jahre 1936 auf 12 Mill. t im Jahre 1961

ange-stiegen ist. Dabei betrug der Anteil der Selbstfahrer am

Gesamtverkehr im Gebiet der westdeutschen Kanäle etwa l0/o im Jahre 1937 und 66,5 0/0 im Jahre 1961. Inzwischen hat sich dieser Anteil noch weiter erhöht.

Größenordnungs-mäßig stimmen diese Zahlen sicher auch für den Mittel-landkanal. Das bedeutet aber, daß der überwiegende Teil

des gesamten Güterverkehrs von schnellen,

seibstangetrie-benen Fahrzeugen bestritten wird, die naturgemäß eine

stärkere Gefährdung für den Kanal mit sich bringen als die

langsameren Schleppzüge, was auch durch die

Modell-versuchsergebnisse bestätigt wird (vgl. Bild 33, Kurven [a] bei Schleppfahrt - und bei Freifahrtgeschw-indigkeit).

Geht man davon aus, daß die Schleppgeschwindigkeit

auf dem Mittellandkanal maximal 6 km/h beträgt, während

die Motorschiffe vom Typ Gustav Koenigs" bei etwa

8 km/h fahren, so ergibt sich für das Motorschiff nach Bild 33 ein Leistungsbedarf von 165 WPS, eine größte

Spiegelabsenkung an der Böschung von 0,165 m, eine größte

Rückstromgeschwindigkeit an der Böschung von 0,7 mis

und in Schiffsnähe von 1,03 mis.

Bei der Sdileppgeschwindigkeit von 6 kin/h vermindert sich die Spiegelabsenkung an der Böschung auf 0,06 m, die Rückstromgeschwindigkeit an der Böschung auf 0,4 m/s und die Rückstromgeschwindigkeit in Schiffsnähe auf 0,54 rn/s.

Im Anschluß an Großversuche auf dem Wesel-Datteln-Kanal ist die Geschiebebewegung des Sohienmaterials in der Hannoverschen Versuchsanstàlt für Grundbau und

Wasserbau ermittelt worden, wobei festgestellt wurde, daß eine schwache Geschiebebewegung bei 0,246 rn/s, eine

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Tere bei 0,278 rn/s und eine allgemeine Geschiebebewegung bei 0,298 mis Strömungsgeschwjndjgkejt einsetzt. _{Es darf}

wohl vorausgesetzt werden, daß das Material der

unbe-festigten Böschungsteile und der Sohle im Mittellandkanai ähnlich sind. Es muß also mit einem stärkeren Angriff auf Böschungen und Sohle gerechnet werden, sobald die Rück-stromgeschwindigkeit 0,3 m/s überschreitet. Bei Schlepp-fahrt Ist die Rückstromgeschwindjgkejt _{an der Böschung} schon rund 30 O/ und an der Sohle bereits etwa 80 O/ höher, bei den Motorschiffen dagegen beträgt die Thersehreitung

an der Böschung 130 O/ und an der Sohle fast 250 °/Q!

Berücksichtigt man außerdem, daß sich diese Werte bei

tYberholungen noch wesentlich verstärken, so muß man

feststellen, daß der bisher verwendete Richtwert einer

zu-lässigen mittleren Rückstromgeschwjndjgkejt (errechnet

nach Krey) von i mIs zumindest für Kanalbauten der bisher üblichen Art zu hoch gewählt ist.

Geht man nun von der veralteten Bauweise des

Mittel-landkanals aus (Böschung nur teilwéise befestigt), so kann man wohl annehmen, daß eine Rückstromgeschwindjgkeit

an der Böschung von ca. 0,4 mIs und in Schiffsñähe von ca. 0,55 mIs noch zulässig sind, weil diese Werte bei Sehlepp-zuggeschwindigkeit (6 kmlh) auftreten und keine größeren Beschädigungen in der Zeit der Binnenschiffahrt auftraten, als die Schleppschiffahrt noch den Vorrang hatte. 1h neue-ren Kanälen, bei denen die Böschung bis zum Fuß befestigt

ist, wird man auch höhere Werte zulassen dürfen, doch

können diese ohne entsprechende Versuche über die Stand-festigkeit des Materials nicht genau fixiert werden.

Man kann aber wohl annehmen, daß die Schäden an Kanälen mit bis zum Fuß befestigter Böschung unter sonst gleichen Bedingungen wie im Mittellandkanal so wèit

ver-mindert würden, daß die Unterhaltungskosten tragbar

wären. Das heißt also, daß eine Rückstromgeschwirtdigkeit an der Böschung von maximal 0,7 m/s als höchstzulässig zu

bezeichnen wäre.

Da in größeren Kanaiquerschnitten das Überholen _in

bezug auf den Sohlenangriff günstiger ist, könnte _{man in} Einschnjttstrecken wahrscheinlich eine Rückstromge-schwindigkeit in Schiffsnähe von ca. i rn/s noch zulassen,

zumal die üblichen Kolkungen bei Fahrt in Kanairnitte

durch die beiden entgegengesetzten Fahrtrichtungerjweit-gehend wieder ausgeglichen werden. In Aultragsstrecken ist dies eine Frage des Sohlenmaterials.

Wie schon erwähnt, ist das Ausfahren der vollen Leistung - beim Europaschiff 700 PSe - in Kanälen mit wirtschaft-[ich noch vertretbaren Querschnittsverhältnissen _sinnlos.

Der Querschnitt müßte zu diesem Zweck mindesten _das

Zwanzigfache des Schiffsquerschnittes betragen. _Bei

Ka-aälen der Größe, wie sie jetzt angestrebt wird, läßt sich

etwa 40 O/o bis 45 o/o dr Neniileisturg noch _sinnvoll aus-iutzen. 3ei Überschreitung dieser Grenze _{steigt der}

Lei-;tungsbecjarf außerordentlich steil an, ohne daß dadurch ine nennenswerte Geschwindigkeitssteige

_{ng erreicht}

Arird.

In Bild 30 sind die folgenden Grenzwerte als argestellt (linke Seite des Diagramms):

Volle Leistung (700 PSe).

Wirtschaftliche Leistung.

Leistungsausnutzung bei einer Rückstromgeschwjn.. digkeit von i rn/s in Schiffsnähe.

Leistungsausnutzung bei einer Rückstromgeschwjn_ digkeit von 0,7 m/s an der Kanalböschung.

Die Grenzken

_{(3) und (4) sind aus Bild 31}

übernorn-len. Die Kurven für die größte Absenkung_{des Schiffes und}

ie größte Spiegelabsenkung

_{an der Böschung sind In}

[ild 32 dargestellt.

Auf der rechten Seite deE Bildes 30 sind die bei den

Be-ingunge _{(1) bis (4) erreichbaren Geschwindigkeiten des}

uropasehiffes über dem Querschnittsverhältnjs auígetra-en. Sämtliche Kurven der Bilder 30 bis 32 gelten für eine ¡assertiefe von 4 ni.

Nach diesen Kurven ergeben sich für das

Querschnitts-erhaltn _{n - 7 die folgenden Werte für das Europasehiff:}

180 Querkurven 7000 »ps 900 800 700 600 500 400 300 200 I00 o Be-din- WI'S Vs

gug

[km/h]

Auf der

_{Venner-Moor-Strecke des Dortmund-Ems...}

Kanals, die ein n von 7,2 für den auf 2,5 _{m abgeladenen} Gustav Koenigs" hat, wurden 1960 _{Großversuche} durch-geführt, um festzustellen, ob auf dieser Strecke ein

drei-schilfiger Verkehr (gleichzeitige Begegnung _und

Uberho-lung) möglich ist (Wasserbreite 53 _{m, Wassertiefe in}

Kanal-mitte 3,5 m). Diese Versuche haben gezèigt, daß solche Ma-növer bei ausreichender Fahrtverrninderung des Begegners und des Überholten möglich sind. Hierbei _{fuhr der}

Ober-holer mit etwa 10 km/h an und führte das Manöver mit

ca. 9 km/h durch. Die Anfangsgeschwindjgkejt des

Über-holten betrug vor dem Manöver etwa 6 km/h, sie wurde

während des Manövers bei Einhaltung der_gleichen Dreh-zahl auf ca. 3,5 kin/h herabgedrückt. Der Begegner fuhr zu Beginn des Manövers mit etwa 7 km/h; seine

Geschwindig-keit reduzierte sich bei gleicher Drehzahl auf ca. 3 km/h

an der ungünstigsten Stelle der Vorbeifahrt.

In Bild 33 ist das Ergebnis für die Venner-Moor-Strecke durch die Kurven (c) gekennzeichnet. Hiernach _{würde zur} Erreichung einer Geschwindigkeit von 10 km/h eine

Lei-stung von 265 WPS (d. h. etwa 55 0/, der NennleiLei-stung)

not-wendig sein. Dabei treten nach den Modellversuthen Rück-stromgeschwjndjgkeiten an der Böschung von 1,05 rn/s und

in Schifisnahe von 1,46 m/s auf! Diese_{Rückstromgeschwin..} digkeiten entsprechen etwa denen für_{Johann Welker" bei} Zustand (2) in der oben an gegebenen Tabelle. Nach den bisher angestellten Überlegungen müßte auf dieser Strecke schon ein Sohlenangriff bemerkbar sein; wie die Böschun-gen die Belastung aushalten, kann _{aus der Erfahrung mit} den früheren Kanälen nicht beurteilt werden.

Zur Einhaltung der Grenze von 0,7 mis

Rückstrom-geschwindigkeit an der Böschung könnte auf der Venner-Moor-Strecke eine Fahrgeschwjndigkeit _{von ca. 9,1 kin/h} zugelassen werden, wobei eine _{Rückstromgeschwjndjgkei} am Schiff von immerhin noch fast 1,1 rn/s auftritt.

Diese Ergebnisse machen es ernpfehlènswert, dié Venner-Moor-Strecke als Versuchsstrecke

_{zu verwenden - hier}

könnte man feststellen, ob und wie lange_{die Böschungen} aushalten und wie stark der Sohlenangriff ist; man käme auf diese Weise zu brauchbaren Anhaltswerten für die

Festlegung der Vèrkehrsgeschwindigkejten _auf

Neubau-strecken. .. -.

Als nächstes soll un ersucht werden, welchen Einfluß die Wassertiefe (in Kanalmitte) bei gleichem

Quersthnittsver-hältnis ausubt. Auf Bild 34 sind, wieder für das

Europa-9 W 71 l2 Va b..O '5 7.0 45 Größte Rückstrom- Absenkung [m]

gesthw. [misi Spiegel _des an der am an der _sctures

Böschung Schiff Böschung

7 8 9 70 17 72 Va VahO

o

o o Bild 34. Europa-Sciilff Tiefgang 2,5 m

HANSA - SchliTahrt - Schiffbau- Raten 102. Jahrgang -1965 Nr. 12

(1) (2) (3) (4) 680 305 185 155 10,65 10,15 9,30 8,80 1.425 1,065 0,780 0,700 1,790 1,330 1,000 0,890 0.560 0,350 0.240 0,205 0.670 0,420 0,275 0,230

schilT, _{die Leistungskurven, die}

Rückstromgeschwjndjg-keiten an der Böschung und in Schiffsnähe und die Wasser-spiegelabsenkung an der Böschung, diesmal aber über der Geschwindigkeit, dargestellt worden, und zwar für die drei

Kanaiwassertiefen von 3,5 m, 4 m und 5 m. Als Quer-schnittsverhältnis wurde ein n von 7,2 gewählt, wie es für Gustav Koenigs" auf der Venrier-Moor-Strecke vorliegt.

Danach ergeben sich die folgenden Fahrgeschwindigkeiten

für das Europasehiff (,Johann Welker") und für den Typ

Gustav Koenigs":

-Johann Weilcer" Gustav Koenigs"

Geschw. (km/h] - Geschw. [km/h] Wassertiefe 700 PSe bzw. 500 PSe 310 WPS bzw. 220 WPS vr in SthIl7snähe. I mis vr a. d. Böschung 0,7 mIs entspr. Venner-Moor-Strecke

Ausder Tabelle folgt erwartungsgemäß, daß bei gleicher

Rückstromgeschwindigkejt in Schiffsnähe und gleichem

Querschnittsverhältnis mit zunehmender Wassertiefe schneller gefahren werden kann. Bei ,,Gustav Koenigs"

lie-gen die erreichbaren Geschwindigkeiten niedriger als bei

- dem Europaschiff, was zum Teil auf die unterschiedliche Vertrimmung dieser Fahrzeuge zurückgeführt werden muß.

- Bei gegebener Rükstromgeschw.ndigl:ejt voix 0,7 rn/s

an der Böschung ergibt sich bei dem Europasehiff eine

leicht abfallende, Tendenz der Fahrgesehwindjgkejt mit

zu-nehmender Wassertiefe, während bei ,Gustav Koenigs" die Geschwindigkeit mit zunehmender Wassertiefe etwas

ansteigt. Außerdem sind die erreichbaren Geschwindigkei-ten bei ,,Gustav Koenigs" etwas höher als bei dem

Europa-schiff.

Für dies Ergebnis sind zwei Einflüsse wirksam:

Mit zunehmender Wassertiefe vermindert sich die

Breite des Wasserspiegels, so daß die

Rückstromgeschwin-digkeit bis zur Böschung weniger abklingen kann als bei

geringerer Wassertiefe, aber größerer Breite.

Das Wellensystem der Schiffe ist bei gleicher

Ge-schwindigkeit auf größeren Wassei-tiefen weniger ausge-prägt als auf kleineren.

Betrachtet man die Kurven der Rückstromgeschwindig-keiten an der Böschung für heide Schiffe (Bild 33 und 34) so sieht man, daß bei Gustav Kôenigs" die

Rückstromge-schwindigkeiten bei Fahrt mit weniger als 8 krnlh bei

allen drei Wassertjefen nahezu gleich sind, während siebei

höheren Fahrgeschwindigkeiten mit der Wassertiefe zu-nehmen.

Das Europaschiff (Bild 34) zeigt oberhalb einer

Fahrge-sthwindigkejt von ca. 9,5 km/h die gleiche Tendenz, bei

kleineren Fahrgeschwindigkeiten sind dagegen die

brei-teren, fiachèren Profile urn eine Kleinigkeit besser

_{- es}

scheint also hier der erstgenannte Einfluß zu überwiegen. Die tTherlegenheit ist allerdings nur sehr gering, sie liegt praktisch innerhalb der Meßgenauigkejt. Wahrscheinlich ist die Tendenz der Kurven bei beiden Schiffen unterhalb der Punkte, wo sie zusammenlaufen, gleich. Ob sich hier der erstgenannte Einfluß wirklich auswirkt, wie bei dem

Diagramm des Europaschuffes, oder ob keine Tendenz merklich ist - wie bei den Ergebnissen_{von Gustav}

Koe-figs" - ist mit Sicherheit nach den

_{Versuchsergebnissen}

nicht feststellbar.

Aus den Ergebnissen geht jedoch einwandfrei hervor, daß bei allen Fahrgeschwindigkeiten das tiefere, schma-lere Profil in bezug auf den Sohienangriff

(Bückstromge-schwindigkeit in Schiffsnähe) auf jeden Fall g ü n s t i g e r

und in bezug auf den Böschungsangriff (Rückstromge-schwindigkeit an der Böschung) bei niedrigen Fahrge-sthwindigkeiten nicht ungünstiger, bei höheren

Fahrge-schwindigkeiten ebenfalls g ü n s t i g e

r ist als ein

breite-res, flacheres Profil gleichen Querschnittsverhältnjsses.

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -ioss- Nr.12

Unterstellt man nun, daß

iokniih

sich für. Motorschiffe der Größe _{Gustav Koenjgs' auf der}

Venner-Moor-Strecjce des DortmundEKana _{(n - 7,2}

bei Wassertiefe 3,5 m) noch als zulässig erweisen wurde,

so ergäbe das für das Europaschjff in

_{einer Wasertraäe}

Klasse IV bei Wassertiefe 4,25 m In Kanahnitte und g1ei-ehem Querschnittsverhältrìj

_{eine Höthstgeuji,gkeit}

von -10,25

kn-ilh. Höhere

_{Geschwindigkeiten}

sind auf keinen Fall ZUlässig,

_{dens die Rüd}

stromgescliwindigkeit an der Böschung _{beträgt dann sdiOfl} i rn/s und die in Schiffsnähe etwa

_{1,25 nJ}

Mit Rücksicht auf die Schiffahrt wäre_{es arrt günstigsten,} ein dreischiffiges Kanaiprofil zu _{bauen urn den} sthnelle-ren Schiffen die Möglichkeit des Oberholens an Jeder

ge-wünschten Stelle des Kanals zu ermog]jden, zumal die kleineren Schiffe, wie z. B. der Typ Gustav Koenigs"

wegen ihres günstigeren QuerschnittaverhaJthjes_ohnehin

schon schneller fahren können als _{das Europaschjgf.} Aus den Großversuchen auf der

_{Vermerl,,,r,.Stred}

haben sich die folgenden Werte als ausreichend für einen dreischiffigen Kanal ergeben:

n'Fk/F8=2,42

Br/I B8 1,55

worin Fk Kanalquerschnit F8 = Schiffsquerschnjt

- B _{Wasserbrejte in Höhe der SthjffsWjdc} in Ruhelage

B8 Sthifisbreite

Ein Kanalprofil für dreisehiffigen Verkehr,_{welches diese} Bedingungen für 3 Europaschiffe erfüllen soll, _{mUßte eine} Wasserspiegelbrejte von 59 m, einè Sohlenbrelte _{von 35 rn}

und ein B von 44 m haben. Bei 4,25 m Wassertlefe in

Kanalmitte und 4 m am Böschungsfuß ergeben sich dann die folgenden Werte:

B/B8

1,55

-

Fk192m2

n=8,1

-

n'2,69

Da das n' etwas günstiger ist als auf der

Venner-Moor-Strecke, könnten die Manöver etwas schneller durchge-führt werden als dort rñit Gustav Koenigs".

Berücksichtigt man nun, daß wahrscheinlich drei Schiffe

der größten Abmessungen nur selten zùsarnmentreffen

werden, und daß außerdem der Begegner seine

Geschwin-digkeit fast immer so wird regeln können, daß sich die

3 Schiffe nicht über il-ire gesamte Schiffsl5nge an der glei-chen Stelle des Kanals nebeneinander befinden, so wUrde auch ein etwas schmaleres Profil noch ausreichen. Bei Vor-aussetzung der gleichen Wassertiefe würde e:n Kanal der folgenden Abmessungen ausreichen:

180m2

n = 7,57 Europaschi1T)

n' = 2,525 (3 EuropaschifTc)

n' = 2,65 (2 Europaschiffe

und i Gustav Kocnigs)

- B8 1,44 (3 Europasthiffe)

B/X B8 = 1,51 (2 Europa schiffe

und i Gustav Koenigs)

Wasser-spiegeibreite = 56 m Sohlenbreite =. 32 rn

B = 41 m

-In diesem Profil wären mit dem Eui'opasdlifl auf freier Strecke die folgenden Geschwindigkeiten erre:thbar:

Verg2cldiswerje auf auf. 3,5 m 4,0 m 5,0 m 3,5 m 4,0 m 5,0 m 10,40 10,85 11,33 10,32 10,70 11,10 9,95 10,28 10,40 9,81 10,13 10,37 9,15 9,40 9,80 8,75 9,00 9,00 8,95 8,90 9,13 9,25 9,35 n-7,57

ri-7

(1) 700 PSe 680 WPS 11,00 km/h I0, km/h (2) 320 WPS bzw. 310 WPS 10,50 Iun.h 18,18 km/h (3) Vr In Schiffsnähe i rn/s 9,55kWJh 9.40 kmh

Der beste Böschungsschutz wäre der Bau eines Rechteck-bzw. eines Rechteck-Trapezprofils, da bei diesen Profilen

die Unterhaltungskosten für die Böschungen äußerst ge-ring sind. Solche Strecken sind auch mit Erfolg auf dem

Dortmund-Ems-Kanal ausgeführt worden. Wie das Bild 23 zeigt, könnte bei einem Querschnittsverhältnis von ca. 7,6 die Geschwindigkeit in einem Rechteckprofil um gut 4,50/o

und in einem Rechteck-Trapezprofil um ca. 40/o gesteigert werden, und zwar ist in einem solchen Profil die zulässige Geschwindigkeit nur noch vom Sohienangriff abhängig [3]. Es ist jetzt noch von Interesse festzustellen, welche Ge-schwindigkeiten leere Motorschiffe erreichen, wenn die 4

Grenzbedingungen in dem für die Wasserstraßen der

Klasse IV gewählten Trapezprofil bei einem Wasserquer-schnitt von 171,5 m° (n = 7,2 für das beladene Europaschiff) berücksichtigt werden.

Aus den Anlagen 22 und 26 sind die folgenden Geschwin-digkeiten ermittelt worden:

Geschwindigkeit (km/h] auf den Wassertlefen

5X.

G#J%q1,ip

Wegen der begrenzten Mittelkonntendie Untersuchungen mit lee-ren Schulen nur In einigen wenigen Profilen ausgeführt werden; die

mit ) versehenen Werte mußten deshalb durch Extrapolation der

wenigen vorliegenden Ergebnisse ermittelt werden, sie sind

wahr-scheinlich In Wirklichkeit etwas kleiner als angegeben. Aus dem gleichen Grunde konnten für den Querschnitt von 171,5 m' keine Geschwindlgkeltsangaben für 5 on Wassertlefe gemacht werdén.

Aus dem vorliegenden Material läßt sich aber abschätzen, daß bei

S on Wassertiefe die Geschwindigkeiten sich für die Grenzen (1) und (2) noch erhöhen werden, während sie sich für die Grenzen

(3) und (4) nur unwesentlich verändern.

Setzt man nun voraus, daß bei neuen Kanälen' die

Böschungsbefestigung für beladene Schiffe eine Geschwin-digkeit von etwa 10 km/h ermöglicht [Mittelwert zwischen

den Grenzen (2) und (3)], so könnte mit leeren Schiffen

etwa die l,4fache Geschwindigkeit gefahren werden. Hierin

liegt also noch eine große Sicherheit gegenüber der jetzt zugelassenen Gèschwindigkeit für Leerfahrt, die auf den

bestehenden Kanälen etwa auf das 1,25fache der Geschwin-digkeit mit beladenen Schiffen beschränkt ist.

ae J. Walker L.d

1W

9mO.Ljj

IiIIPJ1!II

/ n -6h h Welk« _4700P5. J Walker 35OP$e 5d,eb,','?xfld AI I Cil Gte av Koenigs

gl us

---

Johann Welker 4.39 71.6 Schubvertend. '

-Old 35 VergleIch der drei Schiffstypen in Abhängigkeit vón der

spezifischen Leistung

In Bild 35 sind die spezifischen Leistungen der 3 unter-suchten Schiffsformen (,,Johann Welker" oder Europaschiff,

Gustav Koenigs" und Schubverband) für bèladenen

Tief-gang in drei verschiedenen Kanaiprofilen abhängig von der Geschwindigkeit dargestellt.

Im P r o fil Ai (Fk = 104 m°, Wassertiefe

3,5 m)

würde Johann Welker" bei wirtschaftlicher

Leistungsaus-nutzung (ca. 0,2 WPS/m3) eine Geschwindigkeit von 7,7 km/h und ,,Gustav Koenigs" eine Geschwindigkeit von

8,6 km/h erreichen.

-,,Gustav Koenigs" ist also in diesem Profil um 0,9 km/h

schneller.

-Im P r o f i i i i (Fk 276 m°, Wassertiefe 4,0 m)

ergibt sich bei wirtschaftlicher Leistungsausnutzung (ca.

0,3 WPS/m3) für ,,Johann Welker" eine Geschwindigkeit von 12,95 km/h und für ,,Gustav Koenigs" von 12,60 km/h.

,,Gustav Koenigs" ist also in diesem Profil bereits um

0,35 kmlhlangsamer.

-Im P ro f i 1 Eu r (Fk 785 m°, Wassertiefe = 5,0 m)

können beide Schiffe mit voller Leistung fahren, d. h.

,,Gustav Koenigs" erreicht mit seinen 500 PSe 15,1 km/h

und ,,Johann Welker" mit 700 PSe 16,65 kEn/h.

Gustav Koenigs" ist also hier um 1,55 lan/h langsamer.' Durch Interpolation der obigen Ergebnisse findet man

für einen Wasserquerschnitt von 171,5 rn° (Wasserstraßen der Klasse IV) für ,,Johann Welker" eine Geschwindigkeit

von 10,6 kniih und für Gustav Koenigs" eine

Geschwin-digkeit von 10,85 km/h. -

-In kleinen Profilen, wie sie z. Z. noch überwiegend vor-handen sind (etwa Profil Al), ist das kleinere Motorschiff,

,Gustav Koenigs", infolge des größeren Querschnittsver-hältnisses in der Geschwindigkeit überlegen. Mit zuneh-mender Querschnittsgräße des Kanals geht diese tber-legenheit zurück und kehrt sich in sehr großen Profilen

(kanalisierte Nebenflüsse, Hauptströme - etwa Profil Eiii)

zugunsten der großen, langen Fahrzeuge um. Hier

über-wiegt also der widerstandsmindernde Einfluß der größeren

Schiffslänge.

-Bei der für die Wasserstraßenklasse IV vorgesehenen

Querschnittsgröße liegen die Geschwindigkeiten der beiden

hauptsächlich in Frage kommenden Motorschiffsgrößen

schon sehr nahe beieinander, was sich vor allem in bezug-auf t)berholungen günstig auswirken wird.

Bei einer mittleren Schleuserizeit von etwa 1/ Stunde

hätte ein zuerst geschleuster Johann Welker" im Profil A 3,85 km zurückgelegt, bevor ein Motorschiff Gustav

Koenigs" nach der Folgeschleusung in den gleichen Kanal-,

abschnitt einfahren könnte. Um den Johann Welker"

ein-zuholen, benötigte ,Gustav Koenigs" bei 0,9 km/h höherer

Geschwindigkeit 4,3 Stunden, wobei er eine Strecke von

37 km zurückgelegt hätte. In Stauhaltungen von über 37 km Länge muß also mit Uberholungen gerechnet werden.

Unter den gleichen Annahmen würde auf der Binnen-wasserstraße IV das Motorschiff ,,Johann Welker" bei Fahrtbeginn des Motorschiffes Gustav Koenigs" einen Vorsprung von fi,3 km haben. Da der

Gaschwindigkeits-überschuß von Gustav Koenigs" jetzt nur noch 0,25 kmlh beträgt, benötigt er 21,2 Stunden Fahrzeit, um den ,,Johann

Welker" zu erreichen. Die in dieser Zeit zurückgelegte Strecke beträgt 230 km, d. h. aber, daß wegen der mèist

kürzeren Stauhalturigen Uberholungen auf diesen

Wasser-straßen entfallen. Auch das ist ein Argument zugunsten

der größeren Kanalquerschnitte. Mit der tTherholung durch

leere Schiffe muß aber auch auf der Wasserstraße W ge-rechnet werden, wenn die Staùhaltung länger als 25 km

ist, der Schleusenrhythmus 1/ _{Stunde beträgt, die}

belade-nen Schiffe mit 10 km/h und die leeren mit 12,5

kmihfàh-ren können. -

-Belädene Schleppzüge werden bereits nach einer

knap-pen Stunde Fahrzeit erreicht, doch braucht darauf bei

Kanalneubauten kaum Rücksicht genommen zu werden,

weil diese Einheiten schon wegen der Personalfrage in den

nächsten Jahren immer weniger auf Kanälen anfallen

dürften. - - - -- --

-X Vergleich zwischen Modellversuch und Meßfahrtergebnls

Abschließend soll noch kurz über die iThertragbarkelt

der Modellversuchsergebnisse auf die Großausführung ge-sprochen werden. Der Vergleich von Modeliversuchsergeb-nissen mit FahrtergebModeliversuchsergeb-nissen auf Kanälen hat ergeben, -daß

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang 1965 - Nr.12

Grenzen 35m 4,Om (1) 1000/o Leistung 14,09 14,51 (2) 45 0/ Leistung 13,88 14,80 (3) Vr a. d. 3Canalsohle i rn/s 14,30°) 14,30 (4) Vr a. d. Böschung 0,1 rn/s 14,30°) 14,10 72 3 74 15 16 17 16 - 72 20 km/h s

$6 7

6 9 10 :7 I I I

Profil: AI Cil Elli

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38.4 33.0