Die bedeutung von querstrahlsteuern wächst

2 NE 1913

vARCI-11Ef

Die Bedeutung von

Ouerstrahisteuern wachst

DIPL.-ING. 0. LORENZ, LOBECK

Bugstrahlructer, wie man sie damals nannte, wurden Ende der 50er Jahre bekannt. In den letzten zehn Jahren hat sich jedoch immer mehrdie Bezeichnung Querstrahl-steuer" eingebilrgert, denn sc.hon im Beginn ihrer Entwick-lung wurden soLche Anlagen in England und bei den Mas-sengutfrachtern der USA nicht nur im Bug,.sondern auch im Heck eingebaut. Audi fehlt ihnen das Wesentliche eines Ruders", namlich Blatt und Pinne,

und das sollte, der

Forderung der Technik nach zutreffenden Bezeichnungen

entsprechend, auch an ihrer Benennung erkennbar sein. Nach einer Zusammenstellung von Bussemaker [7] gab es in der Anfangszeit zahlreiche Bauarten, wovon die mei-sten jedoch nur wenige Male ausgefiihrt worden sind. Far die bisherige Entwicklung waren folgende Eigenschaf-ten entsc'neidend: GLinstiger Preis Problemlose Bedienung Zuverlassigkeit Grof3er Schub Geringes Gerausch

Diese Eigenschaften schlief3en den Antriebmit em.

Ober-haunt muf.3 man Antriebsmaschine und Querstrahlsteuer als eine technische Einheit ansehen.

_

Bild 1 Tornado"-Querstrahlsteuer, Normalausfiihrung

1)01:4" _121475. 2 el

Lab.

v.

Scheepsbouwkunda

Technische Hogeschool

Delft

z

Preis und Zuverlassigkeit fordern leicht herstellbare, moglichst einfache Formen mit wenig Einzelteilen. Hieraus hat sick die Bauart enb.vickelt mit einem im Schiff fest eingeschweiBten zylindrischen Querrohr, Propeller mit Winkelgetriebe und Antrieb von auBen (End 1). Das Ge-triebe kann, manchmal nach Abnehmen des Propellers, ins Schiff hinein ausgebaut werden (Bild 2). Die Antriebswelle kann vertikal, horizontal oder auch in jedem beliebigen anderen Winkel angeordnet sein (Bild 3).

Bild 3 Waagerechte Antriebswelle

Far freifahrende und Dasenpropeller stehen dem Kon-strukteui ausgefeilte Berechnungsmethoden zur Bestim-mung-von Steigung und Profilform zu Gebote; far die Festlegung der tibrigen Geometrie und zur Ermittlung der Wirkungsgrade sind seit Taylor im In- und Ausland zahl-reiche Versuchsserien gefahren und veroffentlicht worden. Far Querstrahlsteuer wurde durch Oltmannbisher nur emn

Berechnungsverfahren bekannt [13]. Dieses setzt aber eine ganz bestimmte Diisenform des Querrohres voraus, die nur durch betrachtlichen baulichen Aufwand verwirklicht wer-den kann. Man ist im allgemeinen bei der Dimensionierung

'auf Versuche angewiesen. So berichten P_ehrsson und Mende

[1], English [2], [3], Norrby [8], Taniguchi und andere [10] sowie Meyne und Heinzel [12] fiber teilweise sehr aus-gedehnte Modellversuche mit der vorbeschriebenen

klas-sischen" Anordnung, wobei eine groBe Zahl von

Einfluf3-groBen auf Leistung und Schub untersucht wurden. Ober Messungen an ausgefiihrten Anlagen ist nichts Brauch-bares bekannt, und zwar deshalb, weil bei der Ubertragung auf die GroBausfahrung erhebliche Unsicherheiten be-stehen, aus folgenden Griinden:

Man muB Ahnlichkeit des Stromungsverlaufes vor-aussetzen. Nach Froude kann man dies aber nur, wenn die Zahigkeitskrafte vernachlassigt werden konnen. Fiir

Modellversuche an Querstrahlsteuern trifft diese

Bedin-gung nicht zu; dalier bringt die

Ubertragung auf die

GroBausfahrung Uberraschungen. So haben sick beispiels-weise die von Meyne und Heinzel mitgeteilten Dreh-moment- und Schubbeiwerte [12] im GroBen nur zumTeil

bestatigt, die dort festgestellten Unterschiede beider Dreh-iichtungen konnten nicht beobachtet werden. Tatsachlich sind im Gegensatz zu den Froudeschen Ahnlichkeitsgeset-zen diese Beiw.erte auch nicht unerheblich von der Dreh-zahl abhangig.

Schiffsform,- Tunnelform und Propeller stehen in

Wechselwirkung miteinander. Anderungen am Tunnel, be-sonders seinem Eintritt, verandern semen

Durchfluf3wider-stand und damit Belastung und Wirkungsgrad des Pro-pellers. Einer geringeren Propellerbelastung kann aber durchaus eine groBere Gesamtschubkraft des Querstrahles gegcnitherstehen. Friihe Versuchsanordnungen haben

diese Erkenntnis nicht genagend beracksichtigt und so zu Fehlschliissen gefahrt und Fehlentwicklungen

ein-geleitet.

1955

Hild 2a Getriebeausbau Ilild 2b Getriebeausbau

mit aufgesetztem Propeller mit abgenommenem Propeller

Beim Vergleich von Varianten mull man sich darauf einigcn, welche Werte als gegeben angesehen werden sol-len und welche zu optimieren sind. So kommt z. B. Ridley [11] bezliglich des Einflusses der Tunneloffnungen zu ande-ren Ergebnissen als Taniguchi [10], obwohl-er die--gleichen

Versuchswerte benutzt, sie jedoch anders interpretiert.

:-Nachstehend soli nun untersucht werden, welche Mog-lichkeiten sich dem Konstrukteur bieten, em n Querstrahl-steuer fiir ein gegebenes Schiff zif entwerfen, das einen gegebenen Querschub bei moglichst geringer Leistung er-zeugt und dessen Offnungen in der AuBenhaut moglichst klein sein und em n bestimmtes Mall keinesfalls iiberschrei-ten sollen.

Nach English [3] und mit den Bezeichnungen von Bild 4 setzt sich der Gesamtschub F eines Querstrahlsteuers klassischer" Ahordnung aus den folgenden Anteilen

zu-ZIA

/PrOPel(eqrq15.

AA

1-"\-)2

Bild 4 Kra(' te und Geschwindigkeiten

sammen, wobei Ein- und Austrittsquerschnitte AA und AE des Tunnels gleich sind, aber groBer oder kleiner als der Querschnitt Ap an der Stelle des Propellers sein konnen. Die Geschwindigkeiten sind mit gleichen Indizes wie die zugehorigen Querschnitte bezeichnet:

Soganteil am Tunneleintritt:

---

Ap Up2 Fs, 2 Propellerschub: =

F,

2 Austrittsverlust: 2 Ap U1,2( 1 AAAp

Damit betragt der Gesamtschub: F = Fs + Fp Fv = co AA

Dieser Schub wird durch einen Strahl erzeugt, fiir den eine Pumpleistung aufgebracht warden mull

= Fp = 1.1A2 (3)

Setzt man nun noch fur die Wellenleistung

P=

PI, (6)

11'

und setzt Gleichung 4 in 5 em, so erhalt man nach einigen Umformungen

2 P V AA (7)e

Diese Gleichung gilt nur filr die gewahlte Tunnelanord-nung. Zum Vergleich mit anderen Konfigurationen hat Gutsche [4] eine Giiteziffer II eingefiihrt, mit welcher Glei-chung (7) in ihre allgemeine Form abergeht:

F312

-11p =(8)

P AA

-Von Taniguchi [10] wird em n Giltegrad verwendet

11G = rip 13 (3) was bei dem Vergleich der dort mitgeteilten Werte mit

anderen Messungen zu beachten ist.

Formt man Gleichung (8) urn

=-/

/

rip fi

- AA

wird klar; rda13 man bei gegebencr Leistung einen mfiglichst

graen Schub durch Optimierung der GrOfien ij, und der auf den Schub bezogenen Querschnittsfliiche am Austritt AA/F erhalt.

11Iiindungsquerschnitt AA

Der Gesamtschub kann durch em n miiglichst grofies

giinstig beeinfluBt werdeh. Die Mundungsoffnungen sind andererseits ,durch den kleinsten Schiffstiefgang und den gratzulassigen Reibungszuschlag zum Schiffswiderstand in ihrer Grolie begrenzt. Abrundungsradien mull man berilck-sichtigen; sie vermindern den Abstand zur Wasserober-flache und begiinstigen damit Lufteinbrilche auf der Saug-seite, auchvergrOfiern sie die fiir die Widerstandsrechnung ihaBgebliche. gestorte Oberfliiche". Hierzu wird auf Mes-sungen von Bey [17] und anderen verwiesen. Bild 5 zeigt einige Miindungsformen gleichwertigem Offnungsquer-schnitt. Er braucht im allgemeinen Fall nicht kreisformig

zu sein.

(10)

atIgerundet atgesetzt

e) erweitert DVerengt

Bild 5 Vergleichbare Tunneloffnungen

noch f4

Anorclnun9 c Anorcinung d

Bild 6 Verschiedene EinbaumbglIchkeiten

1956 IIANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen 108. Jahrgang -1971 Nr.20

Giiteziffer

Gutsche [4] hat 'fur einige Tunnelformen (Bild 6)

Giite-ziffern 1 angegeben.

Tabelle 1

Anordnung nach Bild 6 a b c

GUteziffer (3 2

Bei d ist nicht berticksichtigt, daB sich hier zwischen Aus- und Eintritt eine Sekundarstromung parallel zur AuBenhaut einstellt und dort einen zusatzlichen, den Ge-samtschub mindernden Sog erzeugt. Offensichtlich ist aber die klassische" Anordnung alien anderen tiberlegen, und zwar urn den Faktor 1,5 bzw. 2. Wo Tiefgang und Einbau-verhaltnisse es zulassen, wird ihr daher der Vorzug ge-gcben, wenn auch andere Konfigurationen besere Pump-wirkungsgrade m erreichen. So sind auch die weiteren Be-trachtungen mit der Anordnung a angestellt.

'Pumpwirkungsgrad rip

Im Prinzip ist es ftir die

Wirkungsweise eines

Quer-strahlsteuers gleichgtiltig, wie der Strahl erzeugt wird. Es konnen hierftir beispielsweise auch solche Purnpen oder sogar Luftkompressoren verwendet werden, die eigentlich andere Funktionen an Bord haben. Da deren Kennlinien jedoch nicht von vornherein den besonderen Erfordernissen eines Querstrahlsteuers entsprechen, mull man sie durch Einbau gccigneter Drosseln anpassen. Die Verluste sind dann betrfichtlich, da Querstrahlsteuer praktisch nur Ge-schwincligkeitshohe e/2 uA2 benotigen, die bei den heuti-gen Ausfiihrunheuti-gen in der Grof3enordnung von etwa 0,1 bar liegt, wiihrend Schiffszwecke im allgemeinen mindestens 0,6 bar, meistens aber viol hOhere Driicke verlangen. Der Gesamtwirkungsgrad solcher Anordnungen ist also gering. Sic werclen nur gerechtfertigt, wo der Investitionsaufwand und nicht die Betriebskosten entscheidend fur die Auswahl der Anlage sind.

Wcgen des niedrigen Druckes, aberdes groBen Volumen-stromes AA u.\ werden mit Vorteil Propellerpumpen verwendet. Leitrader sind dabei nicht von Nutzen. Pro-pellerpumpen kann man mit bisymmetrischen Fliigelpro-filen ausstatten, die nach beiden Richtungen gleich gut fortiori:. clahcr ist Umkehr des Forderstroms moglich. Der Wirkungsgrad solcher Pumpen. ist andererseits stark .von der Form der anschlief3enden Rohrleitungen, der Kanal-anorcinung und insbesondere der Mtindung abhangig. Dabei kiinnen die Einzelwirkungsgrade von Propeller und Kanal-form in dem betrachteten Bereich durchaus gegenlaufig sein. C_3runcisatzlich besteht eine ahnlicheVerkntipfung wie

zwischen Duse und Dilsenschraube bei ummantelten

Pro-pellern.

Nachstehend sollen die hauptsiichlichen Moglichkeitenzut

Becinflussung des Wirkungsgrades ip erortert werden.

4/3 1 1

Bild 7 Medium Wasser:

Eintiufl von Verengungen und Erweiterungen

HANSA - Sehillahrt - Schillbau - Hafen 108. Jahrgang - 1971 Nr. 20

Bild 8 Medium Luft:

Einfluil von Verengungen und Erweiterungen

Verengungen und Erweiterungen

Die NACA [15] und Taniguchi [10] geben ihre

Wirkungs-grade auf den Propellerquerschnitt Ap bezogen an. Bei Verengungen und Erweitcrungen erhalt man damit aber Werte,' die nicht der Gleichung 8 entsprechen und dahcr bei einer Variation der Tunneloffnungen nicht miteinander vergleichbar sind. In Bild 7 und 8 sind die Wirkungsgrade auf AA bezogen umgerechnet, und zwar mit konstanter Propellersteigung und Drehzahl. Obwohl die Wirkungs-grade in Luft erkliirlicherweise hoher liegen, zeigten doch die Versuche sowohl mit Luft als auch mit Wasser bei einer Kanalerweiterung einen Wirkungsgradabfall gegentiber dem zylindrischen Rohr, der fiir eine Durchmesservergro-Berung von 250/0

am Austritt bei Luft

10 'Yu, bei einer

gleichen Erweiterung an Ein- und Austritt bei Wasser 27°/0

betrug: Bei gegebenem dA ist em n zylindrisches Rohr, also

mit cip = d., vorteilhafter als eine Erwciterung dp < dA , wie..auch schon von Pehrsson [1] berichtet. Auch die von Oltmann [13] in seinem BerechnungsbeisPiel mitgeteilten Daten ergeben einen niedrigeren Gesamtschub als em Querstrahlsteuer ohne Erweiterung, aber mit gleichem MOndungsquerschnitt. Hier k6nnen jedoch von weiteren Versuchen noch Verbesserungen erwartet werden.

Eine Vercngung hingegen ist, wenigstens in den mitge-teilten"AusmaBen, von Vorteil. Der Wirkungsgradgewinn betragt 180/o bei 8°/0 Durchmesserverminderung, macht

also die Verkleinerung der Mfindungsoffnung etwa wieder wett.

Verengungen im Querkanal sind nattirlich tiberall dort unerwOnscht, wo der Propeller oder sogar die ganze Einheit

Bild 9 Medium Wasser:

EinfluB von Abrundungen der Tunneltiffnungen

nact (15]

Bild 10 Medium Luft:

Einflufi von Abrundungen der Tunnelkiffnungen

1957

,.t

.durc e unne

ist hierftir eine gewisse Mindestlange des Tunnels erforder-, lich, die bei scharfen Schiffen oder bei Schiffen rnit Wulst-bug sich oft nicht verwirklichen laf3t.Bei Bachgehenden Schiffen bieten eingezogene Mtindungen den Vorteil eines guten Schub/Leistungsverhaltnisses_trotz kleiner

OffnuiVi-gen in der Auf3enhaut.

Abrundungen

Bild 9 und 10 zeigen den Einflul3 von- Abrundungen auf den Wirkungsgrad. Wieder werden die Ergebnisse von [10] durch die NACA-Messungen

mit Luft in ihrer Tendenz

' bestatigt, trot?. der anderen Versuchsanordnungen.

Fur das Querstrahlsteuer ist also ein grof3erer AbrundungSradius

.als :3 bis40/I)des Tunneldurchmessers nichtvorteilhaft. Eine Ausfiihrung, die, eine rationelle Fertigung. zulaf3t, zeigt

. Bild 11.

1 di T ltiffnungen ausgebatit werden mull.

Auch Eintauchung

Der oberste Punkt der Tunnelmtinclung, also Abrundung, Erweiterungen und -Vererigungen eingeschlossen, sollte

-ipindestens um 0,75 dp unter der Wasseroberflache liegen

[10]. Eine grof3ere ITherdeckung ist vorteilhaft;

grunclsatz-lich solltedasQuerstrahlruder so tief \vie irgend moglich

.eingebaut werden..

1958

Propeller

Kaplanflagel haben einen besseren Wirkungsgrad als Blatter mit dem herkOmmlichen elliptischen Umrif3 [10]; schraubenformige; bisymmetrische mit konstanter

Stei-gung ergeben bessere SchubWerteuncl geringere Kavitation

an den Fliigelspitzen als die ebenen, einfach symmetrischen Bllitter, die man wegen gleichen Schubs in beiden Rich-Aungen bei Verstellpropellern verwenden mull. Pehrsson berlchtet Ober 'eine Verbesserung von 2,2 "/0 [1]. Wie bei

freifahrenden Propellern sind geringe Fltigelzahl und flied-riges-Flachenverhaltnis fill- den Wirkungsgrad gtinstig [10].

Grof3en Einfluf3 hat der Nabendurchrnesser. Taniguchi [10]

, stellte- bei einem Durchmesserverhaltnis

d/dp von 0,5

:gegeniiber 0,3 omen Wirkungsgradrilckgang urn fast 12 70

- fest. Doppelpropeller sind nicht tiberlegen [6] und werden

daher auch nicht mehr ausgefiihrt. Schiffswiderstand

Der Einfiihrung von Querstrahlsteuern stand im Anfang die Beftirchtung entgegen, die Tunneloffnungen konnten den Schiffswiderstand unzulassig erhOhen. So schlug man vor, sie zu verschlieBen. 'Wenn diese MaBnahme Erfolg haben sollte, muf3te aber der VerschluB absatzlos in die

Offnung hineinpassen; hierzu ist em n grof3er konstruktiver -Aufwand notwendig mit beweglichen Teilen, die nurschwer oder bei Fahrt gar nicht zuganglich sind. Nach Vorschlagen

von English und anderen [2], [6] werden daher heute

'meistens Abstrommulden vorgesehen, durch die der zu-satzliche Widerstand urn 501)/0 und mehr vermindert wer-den kann [17]. Durch Einziehen der Tunnelmilndung uncl nur deine Abrundungen an den Tunnelenden kann ewe weitere Widerstandsyermind,erungerzielt werden.

Eanallange .

In alien bisher ausgeftihrten Anlagen hat die Kanallange ,-Mir omen kleinen Einfluf3'auf die.Leistungsaufnahme ge-habt. Zur Stabilisierung der Stramung ist eine Lange von 3 X dp und mehr erwiinscht. Bei Kanalen, .die zwischen

1 dp und 2,5 X dp lang sind;stellt [10], praktisch keine

Wirkungsgradanderung fest; grtif3ere.Liingen lassen nach

[12] sugar omen leichten Anstieg erwarten. Allerdingsmull der PrOpeller den Strornungsbedingungen angepaBt wer-den.. Bei kurzen Rohren mit Ildp nyischen 1 und 2 Steigt rnit konstanter Drehzahl das Antriebsdrehmornent, aber auch der Querschub urn 14"to_an[10]. '

Bemessung von Querstrahlsteuern

Fiir die Bemessung von Querstrahlsteuern sollte grund-satzlich nicht die.erforderliche Antriebsleistung, sondern -der Querschub vorgeschrieben werden, da das Verhaltnis ,Schub : Leistung je nach Bauart un,d gewahltembezogenen Austrittsquerschnitt auBerordentlich stark variieren kann.

Richtwerte :gibt Pehrsson [1], [5] an; sic haben sich

allgemeinen als zuverlassig gezeigt. 'Dewhurst [14] gelangt

ku.etwas hoheren Schubwerten. Auf Probefahrten

gemes-sene Werte sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Das Ruder stand bei alien diesen 'Versuchen mittschiffs. Ohne seine die Drehung hemmende Wirkung kame man zu betracht-lich niedrigeren Zeiten. Versuche an einem Bulkcarrier-Modell zeigten die Abliangigkeit der Drehzeit vom

Quer-schu,b [1] (Tabelle 4). Tabelle 3 Lange z. Bohrinselversorger 49,20, Bohrinselversorger 59,76 I3ohrinselversorger 50,03 Bohrinselversorger . 50,08 Bohrinselversorger 49,42 ..Bohrinselversorger 49,42 Fahrschiff 103,00 145,00 164,80 104,00 Schiffstyp Standschub Mp . 2,4 2,4 t Drchzeit min ' 3,37 5,13 3,42 4,33 3,97 2,8 20,25 19.35 12,12 4,7

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen 108. Jahrgang - 1971 Nr. 20

Transporter Hopperbagger ..,Hopperbagger ; Querschub F0/0 -Drehzeit t °A. ' 3,0 . 3,7 9,5 11,4 7,2 ' 11,0

Hieraus ergibt sich annahernd far ein

und dasselbe

Schiff:

Bild 11 Verbindung Tunnel mit AuBenhaut Ein- und Austrittsgitter

Der Einbau leichter Gitter in den Mtindungsbffnungen

hat sich bei Tornado"-Querstrahlsteuern als ,gtinstig er-,: wiesen. Irreparable Beschadigungen an 'Propellerfltigeln

sind fast nur aufgetreten, wo keine

Gitter vorhanden

waren. Gitter, die den Querschnitt nicht sehr verengen be-, eintrachtigen den Wirkungsgrad nicht wesentlich . [12],

.Pehrsson [1] berichtet sogar von einer Schubverbesserung

urn. 1,5 bis 2 "/0.

Schragabschnitt der Tunneloffnungen

In grober Anniiherung verlaufen die Stromfaden der ein-tretenclen Striirnung normal zur Auf3enhautflache, auch wenn sic gegen die Tunnelachse geneigt ist [12]. Taniguchi

[10] hat folgende WirkungsgradeinbuBendurch die

Schrag-stellung der Tunnelenden gemessen:

Tabelle 2

Gegentiber der Waagerechten 90' 75° GO° Wirkungsgiadeinbuf3e ./.. 0 3 5 .

In der Praxis konnte selbst dort, wo dieTunneliiffnungen

- bis in die Kimm hineinreichen, eine mef3bare

Beeintrach-tigung nicht festgestelli -werden.

:Tabelle 4

- 109 ' 26 ' 11,7

Einfluli von mitten .

Nahe von Hafenmauern,

anderen Schiffen und

be-schrtinkte Wassertiefe konnen den Querschub

beeintriich-tigen. Taniguchi [10] hat im Modellversuch beim Abdeticken,

mit.einem Zwischenraum zwischen Wand und Schiff-gleiCh der Schiffsbreite eine Minderung des Gesamtschubes von

17 his 200/0, abhangig von der Wassertiefe, festgestellt. Beim Andrticken entstehen keine Verluste.

Ahnlich wie bei alien Propellern ist auch hier die Zu-stromgeschwindigkeit von EinfluB auf Leistungsaufnahme und Schub. Beide sind niedriger, wenn das Schiff sich in Drehung befindet, als wenn es noch stilliegt oder fest-gernacht ist. Aufdrehen gegen Wind oder Strom 'erfordern

em n Antriebsmoment, das his zu 100/0 hoher sein kann als

bei der Pfahlzugprobe. Lage und Flache der Aufbauten sind hierftir wesentlich.

Worm das Querstrahlsteuer bei normaler Kursfahrt nicht in Betrieb ist, mul3 auch die Turbinenwirkung des Pro-pellers beachtet werden. Sic entsteht, wenn als Gegenkraft zur Ruderlage odor durch Wind em n Druckunterschied zwi-schen den Tunneloffnungen .Wasser durch den Querkanal treibt. Besonders bei scharfen Schiffen, kurzen' Kanalen und abgerundeten Mtindungen kann sich dabei der Pro-peller mitdrehen. Durch mechanische Bremsen kann dies verhindert werden; das erforderliche Moment kann be-triichtlich sein. Liisen und SchlieBen der Bremse geschieht

selbsttatig beim An- oder Abstellen der Anlage.

Antriebsanlagen

-Oberhalb 150 PS hat sich fiir Querstrahlsteuerfast aus-schlieBlich der elektrische Drehstromantrieb durchgesetzt. Gleichstrom, noch vor wenigen Jahren haufig verwendet und vom Standpunkt der Anpassung zwischen der im Netz verftigbaren Leistung und dem vom Propeller abgefor-derten Drehmoment ideal, ist aus praktischen GrUnden fast bedeutungslos geworden. Mit dem Vordringen von

Quer-®n'unaJ be, ReVerSieren CaS 6 ^,0,9 COSI-49,9

Strom Drehzote cesP-O.dll COO ?O5 11 II 0 1 ii 1 11 11 :\ i`, X 670 A II II

,!,

r

CO5 Y 740,9 ll }1:- r s I _,_/1,,,555 A i COS P.6 0,86 1001 1960 , I s_L/302 A 000' 0.8 nif255_lttrnin _30 kpm_2 635kom 2 V. 5.2 mis 3500 WassermaSSei 7.350 P.9_ 002 365 .7350 . 522335 om2 / 465 2 2 .3 4 5 7 8 9 10 121374 15 65 17 19 f (set) Dauerfahrstufen Motor 500 P5 370 Kw KB 40 min Hochthrkennlinien 002 Motor = 30 kpm2 GD2, MechT- 63.5 kpm2einschtilasser-GD` Nasser- 335 kpm2 ring 127,0 kpm 2 _

Annahme: Drehmoment an ahraube steigt quadratisch mit Drehzaht.

Hild ii HochlaufkennlInien

strahlsteuern mit festen Fliigeln hat die deutsche Elektro--industrie,durch Entl.vicklung von Drehstrom-Schleifring-laufermotoren Schritt gehalten, die alien Forderungcn der -,Praxis entgegenkommen [9], 116]. Sic laufen in mehrcren Stufen zeitabhangig gesteuert so an, chill con vorgegebener Spitzcnstrorn nicht tiberschritten wird. Bei der Bemessung _der Stromerzeuger mull allerdings beachtet werden,

sic diese Stof3last aufnehmen keinnen. Auf die Generator-antriebsmaschinen wird nur der Effektivanteil der Last-spit/en weitergegeben; das Schwungrnoment von Generator

und Schwungrad baut

sic

so weit

ab, daf3 an ihre

Regler keine anderen

Anforderungcn gestellt werclen mtissen, als auch sonst bei Drehstrombetrieb bblich. Fern--bedienung von der Briicke ist leicht moglich. Moist werden heute Druckknopfe in jeder Drehrichtung fiir drei Last-stufen verwendet, die bei 75"/0, 900/0und 100"/u der

Vollast-drehzahl liegen. Umgesteuert wird mit Gegenstrom, eben-falls zeitabhangig verzEigert. Bild 14 zeigt die rechnerisch ermittelten Hochlaufkennlinien fur eine 500-PS-Anlage.

VerstellproPeller werden meist durch Kurzschlul3laifer-motoren angetrieben. Bei diesen lassen sich so niedrige Anfahrstrome vie bei Schleifringlaufermaschinen nicht verwirklichen. Auch haben Kurzschlui315ufer mit nicdrigen Anfahrstromen im Vollastbetrieb einen ungunstigen Wir-kungsgrad und grtifleren Schlupf als tiblich. Lastanderun-gen des Verstellpropellers bewirken ahnliche Laststilf3e vie bei Festpropellern, wenn than von den Blindlastspitzen absieht.

Gelegentlich sind Dieselmotoren zum mechanischen An-trieb von Querstrahlsteuern verwendet worden. Festpro-peller machen dann em n Wendegetriebe erforderlich. Fur kleinere Einheiten bietet sich auch der hydraulische An-trieb an, der leicht umgesteuert werden kann. Nur mull die begrenzte Lebensdauer von HydraulikpumPen und -mo-toren schon bei der Auslegung der Anlage geniigend in Betracht gezogen werden.

Manovrieren

` Am einfachsten und zuverlassigsten ist doss Mantivrieren mit Festpropeller und elektrischem Antrieb. Es mull nur der Druckknopf mit der gewtinschten Drehrichtung und Drehzahlstufe gedriickt werden, und der Antrieb wird in ktirzester Zeit den gewiinschten Betriebszustand einneh-men. Es brauchen dabei keine Instrumente oder uberlast-anzeigen beachtet zu werden. Aufler elektrischem Strom, der ohnehin fur den Schiffsbetrieb unerloBlich ist, wird keine weitere Hilfsenergie beniitigt. Die kurzen Schalt- und Umsteuerzeiten lassen eine prazise Dosierung der Ruder-wirkung zu. Das Positionieren z. B. fur Vermessungsfahr-zeuge oder Schiffe mit Einrichtungen zur Obergabe von

Versorgungsgtitern auf See IOLA sich mit einem

Dreipunkt-regler sehr einfach und betriebssicher gestalten. Dieser

wi_irde tihnlich wie em n tibliches Selbststeuer mit lest

ein-stellbarem Ruderwinkel arbeiten. Querstrahlsteuer zeigen eine meBbare Ruderwirkung erst bei groBerer Belastung. Daher werden auch Verstellpropeller meist in der Niihe ihrer Vollast gefahren; die genaue Einstellung einer be-stimmten Steuerwirkung, haufig als Vorteil von Verstell-propellern angesehen, ist dabei kaurn moglich. Die Steuer-zeiten liegen im allgemeinen hiiher als bei rein elektrischer Steuerung mit Festpropellern. Eine Anpassung des Dreh-moment-/Drehzahlverhaltnisses an den augenblicklichen tatsiichlichen Betriebszustand macht komplizierte Regelun-gen erforderlich. Dieselmotoren werden heute serienmaBig mit so zuverlassigen Fernbedienungen geliefert, daB auch damit das Manovrieren weder bei Fest- noch bei Verstell-propellern Probleme aufgibt; gleiches gilt bei sachgemtif3er

Auslegung auch fiir Hydraulikanlagen. Zuverlassigkeit

Als erster Hersteller von Querstrahlsteuern mit einem Festpropeller und Tunnel mit auBenliegendem Antrieb in der BRD hat die Orenstein & Koppel AG in

ihrem

Tor-nado"-Querstrahlsteuer alle Erfahrungen aus der

1 Querrolir 2 Pestnropeller 3 Getriebegehause 4 Propel le ri.velle 5 Drueklager Bild 15 Antriebseinheit 6 Abdichtung 7 Winkelgetriebe 8 Antriebsritzelwelle 9 Olumlaufschmierung 10 Elastische Kupplung

genheit berticksichtigt (Bild 15). Es gibt keinen Teil, der nicht ire Laufe der Zeit, teilweise in mehreren Schritten, vcrbessert \Norden ware. Dabei wurde auf groBte Einfach-heit, moglichst einfachen Einbau und leichte Inspektions-moglichkeit besonderer Wert gelegt. Zweckmaffige

Werk-stoffauswahl verhindert Schaden durch Kavitation und Korrosion. Die Propeller sind im Druckolverfahren aufge-setzt uric] claher leicht zu demontieren. Die Wellen werden in llollenlagern von langer Lebensdauer gelagert; hier-clurch 1st stets korrekter Eingriff der Palloid-Verzahnung gesichert. Zur Vermeidung von Stillstandsmarkierungen sind die Drucklager mittels Schraubenfedern angestellt. Der Schmierolumlauf wird durch einen Pumpenpropeller auf der Antriebswelle und die Pumpenwirkung der Kegel-rollenlager aufrechterhalten, so daf3 hierfur keine besonde-ren Aggregate notwendig sind. Bei Vergabe der Tornado-Querstrahlruder Gr. 6/2.0 ftir die neue Fahre der Bundes-bahn an Orenstein und Koppel war entscheidend, daB der Hersteller fur sein Erzeugnis aus dem Standard-Baupro-' gramm die Eraillung der sehr hohen Anforderungen auch -im Detail nachweisen konnte.

Zusammenfassung

Querstrahlsteuer mit zylindrischen Querrohren und Fest-. propeller!) lassen sich preisgtinstig herstellen. Ihre Bedie-nung ist einfach und leicht narrensicher zu gestalten. Bei

HANSA - Schiffahrt - Schidbau - Haien 108. Jahrgang -1971 Nr. 50

ausreichender Dimensionierung aller Hauteile und sorg,-faltiger Werkstoffauswahl sind sic sehr zuverliissig. Von der-Anorclnung her und durch die Moglichkeit, den Propel-ler striimungsgtinstig zu gestalten, ergeben sic .gtinstigen

.S.chub. Eine Weiterentwicklung zur Verringerung der Ge-rauscherzeugung ftihrt zwar zu groBeren Abmessungen,

liif3t abet bei unveriinderten Antriebsleistungen noch hohere Schubwerte erwarten. Verstellpropcller ergeben keine Vorteile. Sie sind weniger einfach zu bediencn, kom-pliziert, schwer em- und auszubauen uncl besitzen einen geringeren Wirkungsgrad.

Andere Bauarten sind nur dann sinnvoll, wenn

der Steuerstrahl durch im Schiff vorhandene Pumpen oder Kompressoren erzeugt werden kann oder wenn ein Schiff

so flach ist, da13 em n Querkanal selbst mit eingezogenen und

flachgedrtickten Offnungen sich nicht mehr unterbringen

Schrifttum

L. Pehrsson uncl R. G. Mende: Design, Model Testing and Application of Controllable Pitch Bow Thrusters, A.S.N.E. Journal, Nov. 1961.

J. W. English: The Design and Performance of Lateral Thrust Units for Ships, R.I.N.A. 1963.

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KaMeWa-Bugstrahlruder, Hansa" 1963, Nr. 4.

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