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Bild O
HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen - 102. Jahrgang -1965 - Nr. 79
0-
'tr'
'o'"c'
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.L c2.L:j -
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Dipl.-ag. Asmus e r g e m a n n, New York
Zur Beurteilung der Stabilität von Schiffen ist eine 1.
Bilanz notwendig. in der den aufrichtenden die krängenden Momente gegenübergestellt werden. Wenn es auch noch kein verfahren gibt, alle krängenden Momente hhsseichend genau zu berechnen, so wird es doch immer wichtig und
wünschenswert sein, die Hebelarmkurve des statischen, 2.
aufrichtenden Moments in einem möglichst frühen Ent-wurfsstadium zu kennen. Im folgenden wird untersucht, wie die Hebelarme von Hafenschleppern von den Haupt-abmessungen abhängen. Drei Fragen sollen nach Möglich- 3.
keit beantwortet werden:
I-pp . 2650m S 750m H 300m T 325m 200m S 720m H 350m 7 . 202m IsIld 4 Tabelle i B;T 2,34 2,54 2,55 2,23 2,44 2,15 2,44 2,06 w
Láb. v Scheépshouwkunde
7Tehnicke
i4oge&chool
Deift
Wie müssen die Breite B, die Seitenhöhe H und der Tiefgang T gewählt werden, damit bei einem vorgege-benen Neigungswinkel ein bestimmter Hebel erreicht wird? Die Höhe des O-ewichtsschwerpunktcs über Basis wird dabei als gegeben angenommen.
Wie wirken sich Änderungen dieser Größen
- einzeln
oder in beliebiger Kombination - auf den Hebel aus
und
vie müssen sie geändert werden, um eine
be-stimmte Änderung des Hebelarms zu erlangen?
Welche Änderungen nach 2) erfordern die geringsten
Kosten? (m] 1.20 0,72 0,503 3,27 0.78 0,457 1,22 0,78 0,548 1,24 0,79 0,402 1,13 0.408 1,22 0,78 0,457 5,07 0,76 1,22 1,16 2,230 2,096 2,120 5H,If! 2 Lpp 2536 E 000 H 3,51 r 2.70 45' 600 750 2,532 2,370 2,455 2,279 2,380 2,426 BIld 2 5chi'f 5 I-pp . 2200m B 6,20 H 3,15 T ' 2,75 Bild 3 HT KG,H 3 (7 'r e 1S15 Schi ft Nr. L75 [rn} B [m[ H [m] T Im] LB 1 26,55 1,90 3,25 3,49 26,36 7,00 3,57. 2,76 3,76 29,00 7,80 4,90 3,27 4 24,00 7,20 3,50 2,72 3,33 5 22.00 6,20 5.13 2.78 3,55 6 25,7 6,8 3,4 2,73 3,78 7 26,29 3,65 1,40 4,82 I. 25,00 6,3 3,15 2,51 3,07 O 25,00 6,9 3,00 3,35 '3,63 Schiff MG0 Nr. [m] 15' 30' 0,98 0,509 1,270 2 0,85 0,854 3,032 0,75 1,385 4 0,55 0,951 1,005 Sch,f! 3 I-pp .2900,,, a . sos,,, H .00m T 327m Blld 3 0,052 0,073 0,007 0,727 0,020 0,500 0,702 0,977 0,761 0,623 0,306 0.597 0,774 0,600 0,579 0,700 . 8' 'J.l..a ,-..-... - ... '..
'...
Schiff I
L'fe Schiffsnge L spielt nur
für das aufrichtende
M o ni e n t eine Rolle, nicht aber für den l- e b e 1. Sie wird daher frei wählbar belassen und hier nicht weiter beachtet.
Allgemeine Aussagen über den Zusammenhangzwischen den Abmessungen und dem Hebel sind nur für in der Form
einander möglichst ähnliche Schlepermöglich. Die Daten
mehrerer Schiffe sind in Tabelle 1 [3 bis [10] zusammen-gestellt. Die Bilder I bis 5 zeigen die Spantenrisse, die Bilder G bis P die Hebeiarmkurven einiger dieser Schiep-er. Es wird daraus deutlich, wie gering die Unterschiede
sind. Die aufgeführten Schiffe sind von verschiedenen
Werften z. T. mehrmals gebaut worden, so daß die
Zusam-menstellung einen großen Teil der jüngeren deutschen
Hafenschlepper repräsentiert.
Aus den zur Verfügung stehenden Formen wurde die mit den größten Hebeln w. bezogen auf den Kielpunkt,
aus-gesucht und daraus der im Bild 10 und 11 gezeigte Riß
abgeleitet. Die Bucht wurde normal mit B/SO gewählt, der Sprung aus den vorhandenen Rissen gemittelt.
Dieser Riß wurde in den Verhältnissen B/T und. HT variiert, während die übrigen Werte der geringeren Unter-schiede wegen konstant gehalten wurden. Wenn das
Ver-hältnis BIT nicht zu sehr verändert wird, entsteht noch
keine ungewöhnliche Schiffsform. Wird aber H/T variiert, so erhält man bald einen zu stark verzerrten Sprung.
Des-wegen wurde der Freibord in zwei Stufen vergrößert, so
daß drei Ausgangsformen zur Verfügung standen,
zwi-schen denen die Sprungverzerrung bei affiner Änderung
der Höhe nach in erträglichen Grenzen bleibt.
Für diese drei Schifie wurde die Stabilitätsrcchnung ohne Berücksichtigung der Deckshäuser durchgeführt. Die
Decks-häuser unterscheiden sich in Größe, Anordnung und
Wasserdichtigkeit weit mehr voneinander als die
Schiffs-rümpfe. Wenn ein ,,Normdeckshaus" festgelegt wird, dann
engt man den Konstrukteur ein, will er vom
Unter-suchungsergebnis Gebrea oh machen. Man könnte dic Ver-hältnisse ,,Deckshauslänge: Schiffslänge" und Deckshaus-breite: Schilfsbreite" als weitere Parameter einführen und nur Deckshaushöhe und Wasserdichtigkeit festlegen, doch würde unter allzu vielen Einfiußgrößen die Jbersichtìich-keit der Darstellung leiden.
Sch,ff2 Bild i MO 07? ,,, I,,#, Sc0,// 'J MG C0110 ',)3!?I,, SCSI/Pi MG 0.OSto, (5C7,/f .01 POIS,,, COP') ('1 03. 0,2 o., SeI,,ff 3 MG. CCOo, 6S,5,/i b.ICCO,,o/ Pb. 'h) IC 20 30 40 i: 50 70 SO Sch,ff 4
Wird ein Schwimmkörper affin verzerrt, dann kann die
ur-sprüngliche Hebeiarmkurve in die neue exaktumgerechnet
werden, wenn die Koordinaten yj:(g) und z'(w) des
Form-schwerpunktes F(cç) bezogen auf F, bekannt sind. Diese
Werte lassen sich bei dom angewandten
Schnitt-Keil-stück-Verfahren nach Wendel [11] leicht bestimmen. Die Rechnung wurde auf die Neigungswinkel 15°. 30° und45° beschränkt, veil die von Möckel [2] geschleppten
1h10-delle bereits bei Neigungen zwischen 18° und 30°
kenter-ten.
Die Umrechnung der Hebelarme für andere Verhältnisse
BT erfolgte nach
12: Mit den Indices i für die
Aus-gangsform, 2 für die Variation und mi: den Verhältnissen
= o und H2/H1 gilt für die auf F0 bezogenen
Koordinaten:
y 'yi und z ,
und für den Neigungswinkel
tgcç2 = ' tg
I
Die Hebelarme sind damit
h*j. = y cos gi -i- z sin 'ri
bCO2 = cos q.. + sin r
h*2l.y1(g1)coscr2±.zl(g1)sincp
(Bildl2) HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - HaSen 102. Jaargang -1955 Nr.19/ III
aA
AVAWJ
rivíi
'o u'Zweckmäßig rechnet man mit dimensionslosen Größen. Für ein dimensionsioses Schi2 mit der halben Breite = 1 und dem Tiefgang = i erhält man
Das bedeutet
h* B
T
Die so berechneten Werte * wurden über HIT aufgetragen, um die Hebelarrne für die Verhältnisse H/T = 1,1
-1,3 - 1,5 zu er ten. Das Ergebnis der Rechnung ist in
Tabelle 2 in Zahlen, auf den Bildern 13 bis 15 graphisch dargestellt. Tabelle 2 Vor,ot'on 2 E a
C
L
«r
o'
\ \
'ot
M'
L
W
HIT ' IT =2,0 2,2 2,4 h° 2,5 2,5 9,0 1,1 j50 0,1257 0,1382 0,1507 0,1632 0,1757 0,1082 30° 0,1242 01300 0,1477 0,1595 0,1712 0,1830 450 0,1140 0,1444 0,1548 0,1052 0,1755 0,1010 1,2 15° 0,1305 0,1433 0,l51 0,1509 0,1817 0,1045 30° 0,1740 0,1057 0,2053 0,2210 0,2300 0,2123 45° 0,1105 0,3048 0,2190 0,2333 0,2475 0,2010 1,3 15° 0,1211 0,1401 0,uOl 0,1721 0,1811 0,1931 30° 0,2110 0,2297 0,2403 0,2070 0,2850 0,3043 45° 0,2100 0,2550 0,2132 0,2508 0,3004 0,3200 1,4 11° 0,1135 0,1400 8,1597 0,1720 0,1855 0,1090 30° 0,2330 0,2523 0,2726 0,2325 0,3132 0,1335 45° 0,2770 0,2970 0,3170 0,3378 0,3570 0,3770 1,5 11° 0,1335 0,1486 0,1597 0,1728 0,1059 0,1010 30° 0,2102 0,2507 0,2792 0,2900 0,3223 0,3408 45° 8,3008 0,3107 0,3507 0,3720 0,3946 0,4185 1,6 15° 0,0335 0,1406 0,1597 0,1728 0,1059 0,1800 30° 0,2385 0,2503 0,2100 0,3001 0,3215 0,5123 45° 0,3305 0,3530 0,3770 0,4003 0,4235 0,4403 a a a a a a a a y z B/2 undz=
T sowietg5=
Bh 03 0,! o 03 0.2 0.? o. 2,0 2.2 24 2,6 BIld 15
Alle weiteren tTherlegungen beruhen auf diesen Werten. Die Frage, ob eine Vergrößerung von BIT einen größeren Hebelarm mit sich bringt als eine von HIT, falls dieser mit den gewählten Abmessungen zu klein ausfällt, kann mit einem Diagramm wie Bild 16 besser beantwortet werden als mit den Ausgangsdiagrammen. Das Blld zeigt sehr deutlich, daß mit zunehmender Seitenböhe, d. h. größerem Freibord, der Hebelarm bei einer bestimmten Neigung immer weniger anwächst, bis er zuletzt einen konstanten Wert annimmt. Das ist dann der Fall, wenn Seite Derk nicht mehr zu Wasser kommt; denn ein erhöhter Freibord trbgt nur solange zur Vergrößerung des Hebelarms bei, wie er zusätzlichen Aui'trieb schafft. Eine größere Breite hin-gegen bedeutet immer auch einen größeren Hebelarm.
Unbequem ist an dieser Darstellung die Interpolation entlang der Kurven. Eine andere Auftragung zeigt das ebenfalls für 3° Neigung geltende Bild 17. Hier sind die Differenzen 2,6 30 BIT ,.5 4 HIT u 6,2 6.6 0,2 oil 2,0 0,4 0,5 0,6
A1* = *T1IT7o -1i TI/T'i bei B/T = const.
und A 1* =h*(B,T) - bei H/T = ccnst. über HIT aufgetragen. In Tabelle 3 sind die Zahlenwerte zusammengestellt.
ml, 610e 3
0,7 0,3
H/B
Für die Praxis kommt das Gebiet bis HIT 1,4 und für - 0,05 < ¿d° < + 0.06 in Frage. Für abweichende HIT kann linear interpoliert werden. Bei konstantem KF1T ist
AIi*
L\*, bei
konstantem KG/H ist A DasDiagramm ist wie folgt zu benutzen: Änderung von H:
Man geht vom ursprünglichen HIT auf der Abszisse um A H/T entlang der zum vorhandenen BIT gehö-renden Kurve weiter. Die Höhe des erreichten
Punk-tes über der Achse gibt an der Ordinate das AH' an.
Änderung von B:
Man geht beim vorhandenen H/T um A B/T senkrecht
nach oben oder unten und liest an der Ordinate A °
ab.
Änderung von T:
Hier werden H/T und BiT geändert. Man bestimmt A HIT durch Rechnung oder aus dem unteren Hiìfs-diagramm und ermittelt A wie unter 1). Als Para-meter ist dabei das neue BIT-Verhältnis zu benutzen.
75. 500 (H/T)1 (H/T) B/T = 2,0 2,2 2,4 . h 2,6 90 Li 1,2 0, 0490 537 570 015 054 093 1.3 008 037 1000 1075 1114 1213 1,4 0,1078 1163 1249 1334 1420 1505 1,5 1140 1217 1315 1403 1401 1570 1,6 1143 1213 1223 1413 1303 1503 1,2 1,3 370 400 430 400 400 520 1,4 580 626 173 715 700 1,5 049 090 739 705 857 805 1,6 645 696 747 793 602 1,3 1,4 210 226 243 2'50 271 292 1,5 979 290 309 321 247 365 1,0 275 296 317 330 352 310 1,4 1,5 02 64 00 89 71 73 1,0 65 70 74 70 83 88 1,5 1,6 3 6 8 10 12 15 h° 15° H/T BIT = 0,2 0,4 0,6 0,0 1,0 1,1 0,0110 0 0235 0,0153 0,0470 0 .05 8 8 1,2 157 470 020 1,3 107 373 500 740 023 1,4 203 609 812 1015 1,5 205 410 616 021 1020 1,6 208 415 623 130 1251
1318 llANCA- Schiffahrt - Schiffbau - 1-lOSan - 102. Jahrgang -1505 - Nr.19
BUd 13 BUd 16 2,6 BUd 14 20 2,2 2.4 28 3,0 8/ T 20 2,2 2 26 26 3,0 -...B/T
TirnJ -70 -20 -30 -40 50 ¿.w fcrr,J 50" 40 30 20 10 10
í -21 -T/cm) B/ r 20...-,-___ _-_
-7e_.-----,6- __-
-
_____
-f
---.----
0.5Die B/T-Änderung ist über dem neuen HIT anzu-setzen und liefert ein weiteres Ah'wie nach 2). Beide
A aus A HIT und A B/T, werden addiert.
Mit diesem Diagramm kann für 30° Neigung die anfangs gestellte Frage nach der Auswirkung von Änderungen der auptabmessungen auf den Hebelarm beantwortet
wer-den.
Zur Beantwortung der ersten Frage, welche Abmessun-gen einen bestimmten Hebelarm ergeben, muß KG als neuer Parameter eingeführt werden. Zweckmäßig wird mit dem dimensionslosen Wert KG/H gearbeitet, der nach Vergieichsschifren zu wählen ist. Er schwankt bei
Schiep-BIld 17
H frnj
5
-22
pern zwischen 0,7 und 0,8 H: Weiter muß ein Hebelarm festgelegt werden, und eine Neigung, bei der er gefordert wird. Der Germanische Lloyd verlangt für voll ausgerü-stete Hafenschlepper, daß die Kurve aufrichtender Hebel mindestens 0.30 m bis 0,35 m erreicht und bis etwa 75° Neigung positive Werte aufweist [1J. Aus den vorliegenden Kurven geht hervor, daß die Maxima bei Winkeln kleiner als 300 auftreten. Wenn also 0,30 m bei 30° festgesetzt ver-den, dann ist zu erwarten, daß das Maximum etwas höher liegt. Es ist KF KG H T
sin1p+H
T S1fl(ç. XG/H.0,6 3Q0 2" HI r 10 7? B f"J Bild 18 BIld 15-0,7
01
-0.7
Die Werte wurden für Tiefgänge zwischen 2.5 m und 3,5 m und für den untersuchten HIT-Bereich berechnet. Jedem HIT und jedem ist ein BIT zugeordnet, bei vor-gegebenem Tiefgang also eine Breite. Die so bestimmten zugeordneten Werte H, T und B sind in den Bildern 13 und 19 aufgetragen. Zwischen beiden Diagrammen kann für abweichende KG/H linear interpoliert werden.
Man sieht sehr gut, daß es nur bis zu einer gewissen Grenze Sinn hat, die Seitenhöhe zu vergrößern. Geht man darüber hinaus, dann muß die Breite wieder anwachsen, um den Einfluß von KG auszugleichen. Diese bei H/T = 1,3 liegende Grenze ist durch die stark ausgezogene Linie markiert. Man beachte, daß mit einer Vergrößerung der Seitenhöhe auch eine Vergrößerung des krängenden Tres-senzugmomentes durch den höherliegenden Schiepphakcn verbunden ist.
Die in den Bildern 20 und 21 gezeigten Hebelarmkurven
gelten für die größten und kleinsten B/T und H/T, sie
stellen also Extreme dar. Zusammen mit den beiden vor-hergehenden Bildern kennzeichnen sié gut die
Verhält-nisse. '0 h
/
1820 20 B!!11 20 B1!tI 2! HIT. 7,6 OIT XG/H 3,00,0 20 0,0 ',O0.0Liegt hei einer frei gewählten Kombination von H, B und T der durch H und B bestimmte Punkt unter der zu T gehörenden Kurve, dann ist der Hebel 0,30 m nicht zu erreichen. Hierfür ein Beispiel:
GilhIt: T = 2,5 m
B=7,5m
B/T = 3,0KG/H = 0,7
Notwendig: H = 2,85 m H/T = 1,14.
Wird aber H = 2,75 m gewählt, also HIT = 1,1, darin be-trägt der :-ebclarm nach Bild 20 nur etwa 0,26 m.
Damit wird nun eine Antwort auf cile erste Frage gege-ben. Gefragt ist etzt noch nach der viejeicht notwendigen
Ändertmg der Hauptabmessungen, die die geringsten
Mehrkosten verursacht. Hier soil nur eine Möglichkeit an-gedeutet werden.
Bei KG = censt. kann einmal B/T allein geändert wer-den, dann B/T und in geringem Maße 1-liT, bis schließlich nur noch H/T variiert wird (siehe Bild 22). Trägt man die
Kosten K der jeweiligen Änderung auf, dann gibt das
Minimum der entstehenden Kurve die billigste Kombina-tion von A B/T und A H/T an. Das wird für verschiedene KG durchgeführt. Verbindet man die einzelnen Minima durch eine Kurve, so bestimmt deren Minimum die billig-ste Änderung aller drei Größen.
Sch liT Nr. 2 3 550 300 450 15° 300 450 0,255 0.224 0,254 0,235 0,315 0,282 0,18 0,209 xi:d 23
Die Brauchbarkeit der vorgeschlagenen Diagra'me
Bilder 18 und 19 wurde anhand dec vorliegenden Daten gebauter Schlepper geprüft. Für die Verhältnisse B/T und H/T dieser Schiffe wurde K aus den Bildern 13 und 15 abgelesen und unter Berücksichtigung des jeweils vorhan-denen KF und KG in den Hebelarm h umgerechnet. Dieser
und der nach den Hebelakurven wirklich vorhandene
Hebel sind in Tabelle 4 gegenübergestellt. Die mit zu-nehmender Neigung größer werdenden Unterschiede sind
6[Jdurch die Vernachlässigung der Deckshäuser entstanden.
So treten die größten Differenzen auch bei Scie. Ii 3 auf, das
außer den üblichen Deckshäusern eine Ban: hat. Für
Schiff 1, das der Ausgangsform zugrunde liegt, wurden d:e
Deckshäuser nachträglich eingerechnet. Dabei
1nk der
Unterschied auf - 1,6 0/ bei 30° Neigung. Tabelle 4 0,235 0,200 Cr32 0,1C4 + 5,5 ± 5.4 - 28,8 - 12,3 8/ r h _h. - ili.°.L. 100 '/. - 31,'. - 27.3 - 70,4
-
47,1Nach Bild 18 und 19 ist für dieses Schiff eine Breite von 8.4 m notwendig, vorhanden sind nur 7.6 m. Man liegt also auf der sicheren Seite, aber zu weit. Zwei Wege füh-ren zu Werten, die in der Praxis brauchbar sind:
Man rechnet ein ,,Normdechshaus" ein, wie es oben beschrieben wurde.
Man fordert einen geringeren Hebelarm für cien
Schiffskörper ohne Deckshaus. Zusätzliche Aufbauten oder Deckshäuser geben zusätzliche Sicherheit. Diese Möglichkeit wird die bessere sein.
Zusaenfass'jn'
Es wurde eine den meisten Schieppern ähnliche
Schiffs-form systematisch in den Verhältnissen B/T und HT
variiert. Die auf den Formschwerounkt bezogenen Hebel-arme h wurden für jede Variation nach dem Schnittver-fahren bestimmt. Mit diesen Werten wurden Diagramme aufgestellt, die für einen Schiffskörper ohne Deckshäuser oder Aufbauten Antwort auf die eingangs gestellten Fra-gen geben. Offen bleibt weiterhin die Frage nach den für Sicherheit gegen Kentern notwendigen Hebelarmen.
Schrifttum
S t a mp , W.: Die Kentersicherheit bei
Hafenschlep-pern". HANSA 1961, S. 1299 if.
M o c k e 1, W.: Kenterversuche am Modell eines
Schlep-pars". HANSA 1962, S. 1627 f2.
Christi u n s e n : ,,Motorschlepper »Berne« und einige allgemeine Stabiiitätsbetrachtungen für
Bugsierschlep-per". HANSA 1959, S. 1677 if.
Schiífbaulicher TelI
Der Bergungs- und Hafenschlepper ,,Sjollen" wurde am 15. Oktober 1964 an die Malmö Bogeer AB, Malmö. abge-liefert. Auf der vorhergegangenen Probefahrt erreichte er mit beiden Maschinen eine Geschwindigkeit von 12,5 kn ohne jede iYberlastung, während mit einer Maschine 11,25 kn erreicht werden konnten.
Der Schlepper wurde mit Eisbrechersteven und rundem Heck gebaut und hat folgende Hauptabmessungen:
Lunge über alles 107' 06" = 3279 m (einschließlich Fender)
Länge zwischen den Loten 91' 00" = 27,76 m
Breite auf Spanten 23' 03" = 8,63 m
Seitenhöhe 16' 09" = 5,12 m
Vermessung 260 BP.T
Geschwindigkeit 12 kn
,,Sj ollen" wurde unter Sonderaufsicht von Lloyd's egister und nach dessen Klasse 100 A i und Eisklasse i gebaut und entspricht ferner den Bestimmungen der Schwedischen Schiifahrtsaufsicht für Nordseeschlepper.
Baikenkiel und -steven sind 200 X 50 mm stark. Der Balkenkiel wurde mit dem Achtersteven verschweißt; der Balkensteven ist bis zum Deck hochgezogen und versteift den Plattensteven aus 22 mm starkem Schiffbaustahl. Die
,,Soiefv
gebaut von Cocrane Sons Limited, Selby
Santabstände betragen durchweg 52,5 cm; au.Oerdem wur-den Zwische'espanten als Eisverstörkung in der ganzen Länge des Schiffes angeordnet, die bis zum Kiel durch-gehen. Steven und Doppelboden wurden durch
Zwischen-platten besonders verstärkt, außerdem die Außenhaut
durch drei Stringer an jeder Seite. Vier wasserdichte
Schotten sind eingebaut worden. Achtersteven und Ruder wurden aus Schifibaustahl geschweißt. Das Ruder het eine seitliche Begrenzung bei 450 Rucierla.ge und wird durch einen Eissporn geschützt.
Die Scheuerleiste erstreckt sich über die ganze Schiffs-länge und wurde mit Kunststoffscliaum gefüllt. Am
Vór-steven und Heck wurde sie konkav geformt, cm die
Gummifender von 3S cm Durchmesser aufnehmen zu können. An der Vorkante des Deckshauses (et an jeder Seite ein Wellenbrecher eingebaut, der nur wenig niedriger ist als die Reling an dieser Steile.
Unter dem vorderen Wohndeck befindet sich ein Quer-bunker, der in drei separate Tanks unterteüt ist und 36,5 Tonnen Brennstoff aufnimmt. Außerdem können in vier Doppelbodentanks des Maschinenraumes zusammen 23,5
Tonnen und in den Maschinenraumseitentanks je
7,5Tonnen Brennstoff untergebracht werden. Ein besonderer Tank über der Achteroiek nimmt 8 Tonnen Frischwasser auf. Für Eallastwasser stehen ein vorderer
Doppelbocien-HANSA - Schiahrt - Sehif1bau - Hafen - 102. Jahrgang - 1955 - Nr.19 1821
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