Messung und zum Modellversuch vergleichende Bewertung
der Druckwechselbeanspruchung eines Schiffahrtskanals
durch fahrende Motorschiffe unterschiedlicher GraBe
und Antriebsleistung
192. Mitteilung der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e.V., Duisburg, Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen, Mitglied der Arbeitsgemeinschaft IndustrieIler Forschungsvereinigungen e.V.,
Dr.-Ing. E. Schale, Ing. (grad.) Nerlich, Ing. Marzin
Die Mittel zur Durchfilhrung dieser Untersuchung stellte
dan-kenswerterweise die Arbeitsgerneinschaft Industrieller
For-schungsvereinigungen zur Verfiigung.
Eigendruck der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V., Duisburg,
5 JUM 1980
Lab.
v. Scheepsbouvikunde
ARCHIEF
Technische Hogeschool
Messung und zum Modellversuch vergleichende
Bewertung
der Druckwechselbeanspruchung eines
Schiffahrtskanals
durch fahrende Motorschiffe unterschiedlicher
Graft
und Antriebsleistung
DrAng. E. Schale, lng. (grad.) Nerlich, Ing. Marzin192. Mittellung der Versuchsanstait fur Binnenschiffbau e.
Duisburg, Forschungsinstitut fur Flachwasserhydrodynamik,
Institut an der Rheinisch-Westfailischen Technischen
Hoch-schuie Aachen, Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller
Forschungsvereinigungen e. V., Koin
1, Einieitung
Die 'Versuchsanstalt fur Binnenschiff-bau Duisburg hat in Verbindung mit der
Weiterentwicklung von Binnenschif fen
sowie dem Neti- und Ausbiu von Kana-len zahlreiche modellmaBige und natur-groBe Messungen durchgefiihrt ,die der
Verbesserung des Schiffsantriebs, der
ZUlassung des einspurigen
Schubver-kehrs und der detaillierten
Querschnitts-gestaltung dienten.
Leistungs-, Absenkungs-; tin& Wasser-geschwindigkeitsmessungen lieBen da-bei, Opens° wie ManoVrier- und Stauwel-lenuntersuchurigen, erkennen, daB
ne-ben den BOschungen insbesondere die
Karialsohle belastenden Kraf ten ausge-- setzi. ist, die unter Umstanden ihre
Standfestigkeit bei Dauerbeanspruthung
mindern.
Zu den rein statischen
Belastungs-wechseln, resultierend aus sich wahrend
einer Schiffsiiberfahrt andernden Wasser-hohen, kommen die dynamischen Krafte, die in mOglichervieise h6herem MaBe
EinfluB auf die vertikale Bewegung der
Sohle nehmen.
Dynamische Krafte werden unmittelbar
aus dem Energiefeld des Sahiffskorpers sowie des Propellers und der beschleu-nigten Restwassermenge neben und un-ter dem Schiff auf Sohle und Boschung ilbertragen. Ihre Gri5Be hangt somit von
der Hi5he der Antriebsleistung, der
Schiffsform, dem Querschnittsvernaltnis von eingetauchtem Schiffshauptspant zu Kanalquerschnitt und von der sich
dar-aus ergebenden Fehrgeschwindigkeit ab.
Von besonders naehteiliger Wirkung
ist dabei noch, daB die .vom Propeller
beschleunlgte Wassermenge schwlngt,
wobei die Grundfrequenz n x z; also
der Propellerdrehzahl/s mal entsprichL
Dies wurde bereits in .Voruntersuchun-gen mit Schiffsmodellen. im Schlepptank
eindeutig ermittelt und dabei beziiglich der Auswirkungen festgestellt, daB auch Teile des Bauwerks mitschwingen
kOn-nen. Eine UmrechnUng solcher Bauwerks-schwingungen vom Modell auf die GroBausfiihrung 1st nicht mOglich. Unter anderem spielt das Problem der mit-schwingenden Wassermasse
(hydrody-namische Masse) dabei eine
Schliissel-rolle.
Die VBD hat im Modellkanal sowie im Main-Donau-Kanal schon
Druckmessun-gen durchgefiihrt Und bis auf das. letzte
Vorhaben. [1] ihre .dynamischen Anteile ausgefiltert.. Die Auswertung.zeigte, daB
die Ausfilterung der ilberlagerten
Fre-quenzen. falsch war .und dartiber hinaus auch zu Fehlern in der statischen Drudc7 aufmessung fiihrte. Bei einem Versuchs-vorhaben im Jahre 1972 auf der
stahler-nen Kanalbrucke (Rednitzilberfiihrung)
hatte man nicht mit Schwingungskraften gerechnet, wie sie daiin tatsachlich
auf-traten. Die MeBwertgeber losten tich von. der BrUckensohle und die Ergebnisse waren unbrauchbar.
Alle Apparaturen, die bei dieser neuen Versuchsserie zur Anwendung kommen
sollten, mubten von yornherein so
be-schaf fen sein, daB sie Solchen
Anforde-rungen gewachsen waren.'
AuBerdem, genilgten zur allgemeinen
Beurteilung keineswegs nur wenige
Schiffe, sondern es wurde in der
Ablauf-planung .vorgeseheni die MeBanlagen
monatelang am MeBort .zu belassen und
Die bewuBt ausgewahlte. Haltung Er-langen des Main-Donau-Kanals zeichnet sich dadurch aus, da3 das ab
Oberwas-ser der Schleuse, inneithilb der togn.
Auftragsstrecke gewahlte
Einheits-tra-pezprofil, nur mit einer
Asphaltbeton-Auskleidung versehen ist. Sie.ist so be-messen, daB ihr auch SchiffsstoBe oder
fallende Anker kaum etwas anhaben
konnen. Die noch in den Haiti:ingot ab
Bamberg eingebrachte Schutzschicht
iiber der Dichtung in Form .von Stein-bruchabraum mit einer aus der yermute-ten Notwendigkeit hergeleiteyermute-ten Dicke
[2], ist dort durch eine Asphalt-. estrich-Schicht ersetzt. Die Oberflache von Sohle und Bi5schung bis 0,5 /11 unter
Ruhewasserspiegel ist dart glatt wie eine
StraBendecke. Dadurch ergaben sich ideate Einbauverhaltnisse fiir Druck- und Beschleunigungsaufnehmer. AU13erdem
war das Risiko gering, daB die Gerate,
durch bewegliche Teile des
Sohlenmate-rials, wie bei SteinschUttungen
beschadigt werden kannten. Ggf.
entneh-me man nahere Spezifikationen den dies-beziiglichen VerOffentlichungen. der
Rhein-Main-Donau AG, Munchen,
bei-spielsweise [3].
3. MeBeinrichtungen
Wie bei 'alien
naturgroBen,experi-mentellen Untersuchungen war es not-wendig, schon im Planungsstadium sehr
genau festzulegen, auf welche Weise und
mit welchen Mitteln diejenigen Vorgan-ge quantitativ erfaBbar Vorgan-gemacht werden
konnen, die .den Kern des Vorhabens
bil-den. In diesem Fall ging es urn die
Mes-sung von WasserdrUcken und deren
Wir-kung auf Sohle und Boschung eines mit Asphaltbeton ausgekleideten Kanals bei
der Durchfahrt von Schiffen. Demzufolge
Schiff & Hafen/Kommandobrticke. Heft 2/1980, 32. Jahrgang 1
die Steuerung der Registrieranlage. den
vorbeifahrenden Schiffen zu Uberlassen.
All dies funktionierte nach
AusMer-zung anfanglicher, unerwarteter
StOrun-gen einwandfrei, und es gelang,
MeBwerte von rd. 260 Schiffen
aufzu-nehmen und gruppenweise zu bewerten. 2. Konstruktion der Kanalstredce
war es notwendig, eine geeignete
MeBstrecke zu finden und diese zu
defi-nieren, die Druck- und Kraftmesser zu
beschaffen, deren MeBbereich innerhalb der vermuteten GroBen liegen sowie die MeBwertregittrierung dutch eine
neuar-tige MeBdatenerfassungsanlage zu si-chern.
Aus Kostengriinden war es unmoglich; Schiffe als Versuchsobjekte zu chartern. Demzufolge wurde von vornherein
fest-gelegt, die MeBstrecke innerhalb einer in Betrieb befindlichen Kanalhaltung
an-zuordnen und alien Schiffen iiber die
Schleusen Informationen zukommen zu
lassen, aus denen Giund, Ort und Be-schaffenheit der MeBstrecke sowie die
Fahrweise zu entnehmen waren. Mittels eines an Bord auszufiillenden Vordrucks wurden die Schiffsdaten, die Antriebslei-stung, Datum und Passierzeit am MeBort zuriickgemeldet, so daB letzteres bei der
Auswertung als Synchronisationssignal verwendet werden konnte.
3.1MefIstrecke
Die benotigte MeBstrecke von insge-samt 300 m Lange wurde an das Ostufer
der Haltung Erlangen zwischen km 42 und km 43 gelegt, M.ehe auch Abb. 1. MaBgebend filr die genaue Festlegung
des MeBquerschnitts war derjenige Ort, an dem eine Versorgungsspannung von 220 V Wechselstrom standig zur gung stand. Das war bei km 42,320. Dort
befand sich querab noch das Gebaude
der Baustellenleitung mit entsprechenden
Installationen.
Ein zwisdien Betriebsweg und
Ufer-krone aufgestelltes kleines Beton-Fertighauschen (Schalthaus der
Dent-schen Bundesbahn) diente als universelle MeBzentrale und kennzeichnete zugleich den Ort des MeBquerschnitts. In beider-seitigem Abstand von 100 m waren quer
zur Kanalachse Lichtschranken
ange-bracht, deren vom durchfahrenden Schiff erzeugten Signale die MeBanlagen ein-und ausschalteten. In geniigendem Ab-stand davon deuteten Hinweistafeln Be-ginn und Ende desjenigen Fahrwegs an, innerhalb dessen die Schiffe die
Propel-lerdrehzahl konstant zu halten hatten,
wobei diejenige einzustelleA war, die zu einer Geschwindigkeit von 10-12 km/h
fiihrt; siehe hierzu auch Abb. 2. 3.2 Meflapparate
Um auf Sohle und BOschung den ein-wirkenden Wasserdruck, d. h. den
stati-schen Druck = WasserhOhe und seine
dynamischen Anteile (bei
Schiffsiiber-fahrt) messen zu kOnnen, wurden han-delsiibliche DruckmeBdosen der Fa. Se-trasystems, Natick, Massachusetts, USA, vom Typ G 205 venvendet, deren Druck-bereich bei 0-1,7 bar bei einer
Genauig-keit von 0,1 °/o lag. Das von dieser Firma entwickelte, kapazitive MeBverfahren
ermoglicht eine einfache Konstruktion.
Sie besteht aus einer einteiligen
Edel-stahldruckkapsel und einer isolierten
Elektrode, die in der Mitte der
Sensor-membran befestigt 1st. Elektrode und
Membran bilden die variable Kapazitat.
Mit zunehmendem Druck wird die Kapa-zitat kleiner. DalI Mal3 der Kapazitats-anderung wird elektronisch verarbeitet ,und linear in eine Gleichspannung
umge-wandelt.
Damit diese DruckmeBdose am Ein-bauort fest aufgelegt unbeschadigt
arbei-ten kann, wurde sie in 25 kg schwere,
flachkonische Stahlgehause wasserdicht eingebaut und mit ebenfalls wasserfester
Verkabelung versehen (Abb. 3).
Urn die aus dem Wasserdruck
ange-nommene Bewegung der
Asphaltausklei-dung zu erfassen, wurden dynamische
Quarzbeschleunigungsaufnehmer
be-schafft. Da vollig unbekannt war, welche Beschleunigungen auftreten konnten, ist
em n Vielzwecktyp mil einem MeBbereich
zwischen 0,1-500g gewahlt worden, der
in Verbindung mit dem eingebauten Ver-starker 300 m V/g erzeugte.
Auch fur diese Aufnehmer waren was-serdichte Gehause notwendig, die jedoch so gestaltet wurden, daB sie, tief in das
Auskleidungsmaterial versenkt, dort
biin-dig vergossen, aber nach AbschluB der Messungen ebenfalls geborgen werden
konnten (s. Abb. 4 oben).
Sowohl die DruckmeBdosen als auch
die Beschleunigungsaufnehmer wurden
von der Tauchergruppe der
Rhein-Main-Donau AG in miihevoller
Kleinarbeit eingebaut und die MeBkabel
in verdiibelten Kunststoffrohrleitungen
so bis zum Menhauschen verlegt, daB
sie bei Beschadigung von Aufnehmern
such eirizeln gezogen ' oder gewechselt
werden konnten.
Als signalgebende Elemente an den
Endpunkten der MeBstrecke waren
Wechsellichtstrahlschalter der Fa. Sick, Waldkirch, Typ WLP 60 beschafft
wor-den. Diese Schalter zeichnen sich da-durch aus, daB nut die von der
Sende-lampe erzeugten Lichtimpulse (2400
imp/s) verarbeitet werden. Zufallig auf
den richtungsunempfindlichen
Spezialre-flektor auftreffendes Fremdlicht
(einge-spiegeltes Sonnenlicht, Autoscheinwerfer
oder sonstige Lichteffekte) fiihren nicht
zu Fehlsignalen (s. Abb. 4 unten).
Auch für diese Bauelemente warden Gehause gefertigt, die an den
Uferbo-schungen auf Betonfundamenten zum Einbau gelangten und iiber Erdkabel mit
dem MeBhauschen verbunden waren.
3.3MeSwert-Iteglstrterung
Da die MeBwert-Registrierung
vollau-tomatisch mehrere Monate vorgenommen
werden sollte, war es notwendig, alle an-kommenden MeBsignale so
'aufzuberei-ten, daB das ebenfalls neu beschaffte
MeBdaten-Erfassungs§erat, Typ M 1600
L der Firma Microdate Ltd.; Radlett,
Eng-land, logisch mit MeBdaten beaufschlagt
2 Schiff & Hafen/KommandobrOcke, Heft2/1980, 32. Jahrgeng .
werden konnte, (dieses nach VBD-Kon-zept erweiterte Gerat bewahrte sich sehr gut, so daB dessen Beschreibung diesem Bericht als letzte Anlage im Original
bei-gefiigt wurde).
Start
und Dauer der
MeBwert-Auf-zeichnung wurden von der ,im
Block-schaltbild (Abb. 5) gezeigten Steuerlogik bestimmt. Jedes, den Lichtwechselstrahl
unterbrechende Objekt aktivierte die Einschaltautomatik. Die
Datenerfassungs-anlage wurde jedoch nut dann gestartet,
wenn der Strahl fiir eine einstellbare
Mindeszeit (5-25 sec.) unterbrochen
blieb. Auf diese Weise wurde die Ansi&
sung der Registrierung durch auBere
kurze Storimpulse oder kleinere
Wasser-fahrzeuge verhindert.
Nach Ablauf der Mindestzeit erzeugte
die Einschaltautoinatik einen. Impuls von
100 ms Dauer und kippte in den
Ans-gangszustand zuriick.: Dieser, Impuls
wur-de in einem wur-der ihn auslosenwur-den
Licht-schranke zugeordneten Dezimalzahler
ad-dierend gezahlt und veranlaBte weiter-hin den Start der Datenerfassung und der
zwischen 90-180 sec. einstellbaren MeB-Zeitbasis. Bei gegebener
MeBstrecke und vorgeschriebener
Ge-schwindigkeit bestimmte letztere die Mindesteinschaltdauer der
Datenerfas-sung. Mit der MeBzeitbasis logisch ver-knilpft war der Ausgang einer
Verglei-cherschaltung, die die im BCD-Code .ge-speicherten Zahlerinhalte beider Licht-schranken auf Koinzidenz priifte. Diese Lo-gik stellte sicher, daB einerseits bei
Folge-verkehr die Registrierung iiber die von der MeB-Zeitbasis vorgegebene Zeit his zum Zahlergleichstand (d. h. alle Schiffe haben beide Lichtschranken passiert) er-folgte und andererseits bei Gegenverkehr die in die Mindestzeit fallende
Zahlerko-inzidenz nicht zum Abschalten der
Daten-erfassung fiihrte. Urn Richtung und An-zahl der wahrend einer Messung
passie-renden Schiffe bestimmen zu konnen, wurden 2 einer 4 Digit-BCD
Interface-Karte der Datenerfassungsanlage mit den gepufferten Zahlerinhalten beauf-schlagt.
Zahler und MeB-Zeitbasis wurden mit dem Datenerfassungs-Stop auf Null ge-setzt, urn fiir jede Messung gleiche Ans-gangsbedingungen zu schaffen. Mit deal Start der MeB-Zeitbasis wurde em wei-teres Zeitglied gesetzt, das bei stOrungs-bedingten, nicht gleichen Zahlerstanden, die Datenerfassung nach 5 min.
zwangs-abschaltete.
Die fur die Registrierung von bis zu
100 MeBwerten ausbaufahige Datener-fassungsanlage MICRODATE M 1600L bietet in der Grundausfiihrung in einem
Kartensteckrahmen Platz fiir die
Aufnah-me von 20 Signalaufbereitungskarten. In beliebiger Reihenfolge angeordnet, kon-.nen sowohl analoge bis max. 1,999V als
auth digitale Werte bis zu 4 BCD-Stellen plus Vorzeichen (-± 9999) registriert
AID-Converters betragt fur
1 V
Ein-gangs-Spannung 15 ms, wahrend em n digi-tater Kanal in 128 ms abgefragt wird.Da im konkreten Fall neben dem
Ta-geszahler tuld der Uhrzeit 6 analoge
Ka-rate aufgezeichnet wurden, ergab sich
eine MeDzykluszeit von 80-100 ms. Die
zwischen 20 ms bis 99 min digital ein-stellbare Intervallzeit wurde mit 2 sec gewahlt, so daB jedes die MeBstrecke
passierende Schiff die Registrierung von
ca. 30 MeBwerten ausloste.
Neben anderen Status- und Steuersi-gnalen gibt die M 1600 L wahrend der
MeBwertabfrage das Signal BUSY" aus. Dieses Statussignal wurde zur Steuerung
der die MeBwertaufbereitung mit der Datenerfassung verbindenden
Spitzen-wertspeicher benutzt. Letztere hatten die
Aufgabe, dem MeBwert wahrend der 2
sec-Intervallzeit zu folgen und den auf-tretenden Spitzenwert fiir die
nachstfol-gende Registrierung zu speichern. Mit der abfallenden Flanke des
BUSY"-Si-gnats (d. h. Abfrage beendet) wurden die Spitzenwertspeicher fiir 10 ms auf Null"
gesetzt, um das im folgenden Intervall
aktuelle Maximum einzuspeichem.
Logger-intern werden die digital anste-henden MeBwerte und die digitalisierten Analogwerte zunachst zeichenseriell in einen von zwei, 256 Zeichen fassenden Pufferspeicher eingelesen. 1st em Spei-cher voll, so werden die Daten
ausgele-sen tmd phaausgele-sencodiert auf der Kassette
aufgezeichnet, wahrend der andere
Spei-cher die Funktion des Einlesens
ilber-nimmt. Dieser wechselweise Betrieb der Pufferspeicher tritt sinngemtifi auch bei
der Wiedergabe in Aktion.
Auf jeden der 4 automatisch wechseln-den Spuren kannen ca. 66 000 MeBwerte
aufgezeichnet werden. Eine 3% LCD-Anzeige ermoglicht die sttindige
MeBwertkontrolle der iiber einen 2-stel-ligen Digitalschalter anwahlbaren
Kara-te.
Protokoll
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1/.1 Itanal-k 42.370. ca.I at obahalb Oa Crlanean. lea-den an Rohl. nnd Nahum; 1.1.unewn du cccccc ehrt. Dl. Moaner.. non
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Man., nur es wen der 10. Vahst an. Ow 10111.0201202en
tilt funan und Onrelt nsuq0000.
4.1 Aufbereitung der MeBwerte
Nach dem Ubertragen der MeBwerte vom Datenband auf das Speichersystem
dei hauseigenen Rechenanlage Mater' sie auf Fehler gepriift werden. Da die
Werte hierzu auf dem Monitor erschei-nen, ergab sich gleichzeitig die
Moglich-keit, Anzahl und Zeitpunkt der
Tages-messungen zu protokollieren. Dieses Pro-tokoll wurde mit den von den
Schiffsfiih-rem ausgefiillten Vordrucken verglichen
(Protokoll). Nur wenn alle Werte einer
MeBfahrt vorhanden waren, wurden sie
fiir die weitere Auswertung
abgespei-chert.
Tabelio
Hier zeigte sich schon, daB die
erfaBten Schiffe in 4 Gruppen unterteilt
werden konnten
Schiffe mit Breiten < 8,20m
Schiffe mit Breiten = 8,20 m Schiffe mit Breiten > 9,00 m Fahrgastschiffe
Fiir die weitere Auswertung wurden
die entsprechenden Gruppen
zusammen-gestellt.
4.2 Darstellting der MeBwerte
Wegen der hohen Zahl der Einzelwerte (i.iber 83 000) war nur eine programmierte
C.S1
-00- 000310066*1650-..-000140010+0015+6012+-0395+0244+0471.
06---0064*066441650-0001-4.0612+0019+0014+0406+048+64t
00=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0 --200=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-000=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-000=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0317.00=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-000=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0-75-6:i11)-600=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0=6561 4700=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0;5 i 24:00=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-000=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0214-6-00=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-014---6300=00040066*1650-100014-00124.0019+0015+0400-+0249+0476-0913--o14-ET+64,6 -4-5cr-0-0033Tooz-afi6so-z000r4-oo1.24;o0231-ooi54T-0399:10248-1.0474-66=6664i6544i11667=ti0of47661.3+662o406174 030647:16421
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-66---boo446564ia5f-bdit,ToOffiboit14-651,--ibt044-ikA74:64"
001-0004*0066*1651-0012+0012+0019-40017+03974-0243+0470
-00.--0003*0061.ki651-00124-00124.0019+0014403964-024340473
00-0005*0066*1651,--0012+001240020+0014+0394+0244+0470
-00-0004*-0046ii1651-0012+0013+00264.00134-03924;02414-0-463
00-0005*0066*1651-0012+0013+0019+0015+0391 +0237+0460
.06-0d04*006611
1651-00124.0012+0019+0016+0389+0235+0461
00-0003*0066*1651-0012+00124.0020+0016403894-023940464
Schiff & Hafen/Kommandobrucke: Heft 2/1880, 32. Jahrgang 3
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7.0
0
x n
Auswertung nitiglich. Hier wurden 'zwei
Wege gewahlt: I. tabellarische- und 2.
grafische Daistellung der Ergebnisse. 4.2.1 Tabellarische Darstellung
Hier sollten die bei jeweils einer
MeBfahrt aufgezeichneten Werte
darge-stellt werden. Der Zugriff der Daten,
Um-rechnung und das Ausdrucken erfolgte programmiert, nur Datum der Messung, Schiffsname und Registrier-Nr. muBten
noch extern eingegeben werden. (Abb. 6).
In einer Reihe wurden die Anzahl .der
Messungen, die Uhrzeit, Stand der Licht-schranke, Beschleunigungswerte und dy-namische Driicke ausgedruckt .(Tabellen 1 und 2).
Tab&le 2
4.2.2 Grafische Darstellung
Um den EinfluB der SchiffsgroBe und
damit etwa auch der installierten
Lei-stung auf die dynamische BelaLei-stung des
Kanals besser darstellen zu k6nnen,
wur-den die Ergebnisse nath wur-den obenge-nannten vier Gruppen getrennt
aufge-zeichnet. Audi hier war wegen der FUlle.
der Daten nur eine programmierte Aus-wertuhg moglich (Abb. 6 rechts). Sobald die gewiinsch ten Werte im
Datenspei-cher bereitgestellt waren, erfolgte die
Aufzeichnung durch einen an die
grw--Anlage angeschlossenen Plotter (Abb.
7-14). Die. Beschleunigungswerte waren jedoch so niedrig, daB hier ,nur die Ten-denz sichtbar wurde, ihr Maxitrialwert
lag bei 0,004 g oder rd. 0,04 m/s2.
4.3 Mellwertvergleich
Im vorliegenden Fall lassen sich
un-mittelbar vergleichen und in Relation setzen:
die aus vielen Meabihen bekannte,
relativ stationare Wasserspiegelab-senkung unmittelbar neben dem
Schiff und tiber dem BoschungsfuB
(rote Kurve) sowie
die mit Grenzwertspeichern elle 2
Se-kunden registrierten Maximaldrucke
beiderlei Vorzeichen, d. h. Unter- und
Uberdruck in Kanalmitte und
wieder-um am BoschungsfuB.
Die Gegentiberstellung von 13
gleich-wertigen Schiffen zeigt Abb. 15. Die
DruckmeBergebnisse bewegen sich in
mehr oder weniger groBem Abstand,
was die Dynamik des Druckverhaltens
beweist.
Alle MeBpunkte links von der roten
Linie sind dynamische
Unteidruck-rechts davon dynamische Uberdruck-Spitzenwerte. Ihre Schwankungsbreite liegt bei rd. 100 °/o der statischen Driicke.
Interessant ist ferner, daB die
vorde-ren 2/3 L dem Vorzeichen nach eine
gleichmaBige Verteilung ausweisen, wahrend im achterlichen Drittel die
Uberdrucke erheblich dominieren. Dies 1st auch erklarlich, weil hier der
Propel-ler entscheidenden Anteil nimmt.
Das Druckschwankungsgebiet endet
auch nicht unmittelbar nach Duichgang
des Schiffes, sondern stela noch minde-,
steni eine Schiffslange danach den
er-warteten Ruhestand.
Beim Modellversuch treten selir
ahnli-che Erscheinungen auf, nur ist die Schwankungslireite erheblich kleiner.
Dies liegt einerseits natiirlich ani der er-heblich hoheren relativen Festigkeit der
holzernen Schiffsmodelle, andererseits moglicherweise auch daran, daB die vom Propeller ausgehenderi
DruCkibipul-se beim Modellversuch eine zu starke
Uberlagerung der in der Regel gez wiinschten Registriening quasistationarer
Krafte bildet und elektronisch gedampft werden. Soil das dynamische
Diuckver-halten ermittelt werden, miissen
Dam-pfungen unterbleiben und die
Eigenfre-quenz der MeBwertaufnehmer atiBer-halb aller moglichen Resohanzschwin-gungen liegen.
In Abb. 16 wurde oben der Staudruck durchfahrender Schiffe .dargestallt und
darunter em n von Graff [4] vorgeichlage,
ner Quotient .
Dynamische Druckdifferenz ii P
Staudruck I 2 V2
wobei hier der jeweils schraffierte ken dem gemessenen Maximaldruck des Schiffes und die offenen Balken aus den
iiber Schiffslange gemittelten Werten entspricht.
5. SchluBfolgerungen
Die Messungen haben den Bel/1(6s er-bracht, daB vom Schiff und dessen pri-marem Wellensystem in Verbindung mit der dominierenden Wasserspiegelabsen-kung bei seitlicher Begrenzung des Was serquerschnitts nicht nur statische, son-dent in erheblichem Umfang auch dyna-mische Krafte auf Sohle und Boschung
wirken.
Dies ist, rein qualitativ betrachtet,
ver-standlich und bekannt. Man nahm an,
daB die Krafte etwa 10°/o der statischen betragen konnten. Durch die hier
quasi-statistisch ausgewerteten Messungen
wur-de nachgewiesen, daB wur-der Anteil wur-der dy-namischen Krafte wesentlich hoher ist.
Ursache hierffir sind der elastische
Schiffskorper und dessert
Antriebssyste-me. Diese erzeugen nicht nur auf die
Umgebung wirkende Druckimpulse,
son-dern auch partielle Stromungsfelder in-nerhalb des sekundaren WellenSystdms, die dem Schiff zwar grundsatzlich
nach-laufen, sich aber raumlich ausdehnen und vor allem Sohle und Boschung beeinflus-sen.
Bei aufmerksamer Beobachtung kann
man dies auch qualitativ vom lifer aus
bemerken.
Beim Modellversuch treten die
dyna-mischen Einflusse des Schiffs,korpers
nicht hervor, well er als starr anzusehen
ist. Antrieb und sekundare Storun4en
4 Schiff & Hafen/Kommanclobriicke, Heft2/1980, 32. Jahrgangi
SOHLENDRUCK
rES81N3 AM : 3.1 .1978
..4.81FFSNAME: 427 ZITA
HR ZEIT LICHT BESCHLEUNIGUNG SCHRANKE LR DRUCK MMUS 1. 3. 4. 5. 6. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. lp. 16. 17.
1.
20. 21. 2.2. 23. 24. 46. 27. 29. 30. 31. .32. 18.13 18.13 10.13 38.13 18.13 18.13 18.13 18.13 18.13 18.14 18.14 18.34 18.14 18.14 18.14 18.14 38.14 38.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 18.14 10.14 10.14 10.14 -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10. -10--10. -10. -11. -11. -11. -11. -11. -11. .0000 '.0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .00po .0000 .opoo .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .00poo .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .000p .0000 .opoo .0000 .0000 .0000 .0000 .06P5 ,0625 .0625 .0625 .0000 .0000 .0625 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0625 .0625 .0000 .0625 .0625 .0625 .0625 .0000 .0625 .0625 .0000 .0625 .0625 .0000 .0625 ..0625 -.0625 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 -.0625 .0000 .0625 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 -.0625 .0000 .0000 .0000 .0000 -.0625 .0000 .0625 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0625 .0625 -.0625 .0000 7. 14. /4. 17. 21. 14. -55. -86. -114. -148. -186. -221. -255. -290. -228. ' -10. 17. 24. 10. 24. 31. 34. 31. 21. 10. 21. 28. 14. 3. 3. 10. 17. 17. 17. 21. 10. -3. -31. -66. -97. -131. -162. -200. -220. -252. -169. -55. 3. 17. 28. 41. 52. 38. 28. 45. 38. 10. 3. 10. 17. 17. 21. 21: 14. -7. -34. -83. -121. -159. -200. -234. -283. -328. -231. -41. 76. 93. -31. 17. 117. 131. 24. 97. 110. 93.werden aber deutlich sicht- und meBbar
wie aus Lit [5] zu ersehen ist.
1st der Querschnitt aus Erdstoffen
ge-baut, wird der VerschleiB bei
gleich-wertiger Belastung schon in relativ
kur-zer.
Zeit eintreten. Bei Auskleidung mitdem hier verwendeten Asphaltbetoni un-ter der Voraussetzung, .daB keine
bau-technischen Mangel vorliegen, werden
auch bei hoheren dynamischen
Beanspru-chungen, yam Schiffsverkehr her gese-hen, keine Schaden entstehen. Dies
be-weisen die durchgefiihrten
Beschleuni-gungsmessungen. Selbst die Hochstwerte von 0,04 m/s2 deuten an, daB sie weder
die Festigkeit nbch die Zahigkeit des verwendeten Materials werden negativ
beeinflussen {carmen, hierzu sollten sich
allerdings die Fachfirmen auBern.
6. Zusammenfassung
Die Messung der Druekwechsel in
ei-nem Kanal, gebaut rrach den
Einheits-maBen der WasserstraBenklasse IV, bei Durchfahrt Von Schiffen ist fiir die Fe-stigkeitsbewertung der Strecke und des
Profils von groBer Bedeututig. Aus
ih-nen resultieren Belastung und
Ver-schleiB.
Der durchgefiihrte Forschungsauftrag
stellt eine weitere Fortsetzung der
be-reits 1967 begonnenen Untersuchungsrei-hen dar, deren Ergebnisse und
Erkennt-nisse unmittelbare Bedeutung ffir die
Praxis hatte. Schiffbau, Schiffahrt und
Verkehrswasserbau profitieren davOn
end sind bemiiht, durch wechselseitige
Kompromisse auch dem Verkehr auf den neuen kiinstlichen WasserstraBen einen dauerhaften, hohen technischen Standard
zu verleihen.
Da die Messungen detaillierter
teChni-scher Vorgange sehr kompliziert sincl,
war es
auch hierfiir notwendig, eine,neue MenclatenerfasSungtenlage zu
koh-zipieren. Dabei wurde grater. Wert auf
universelle- Verwendbarkeit gelegt, so
daB das Grundgerat erfahrungsgemaB
filr die nachsten 5 _Jahre aktuell 'bleibt. Daher findet sich im Bericht eine
einge-hende Beschreibung
der Adage
des. MeBwertaufnahmeverfahrens und der MeBdatenverarbeitung. Sie ist zugleich em n Beweis fiir die Vertrauenswiirdigkeit der Aussagen.Die dynamische Druckbeanspruchung von Sohle und Baschung ist groBer als von Modellversuchen her erwartet, doch
wiederum kleiner als aus erkennbaren
Nebenerscheinungen anzunehmen. Der stationaren Wasserspiegelabsenkung
sind Druckschwankungen iiberlagert, die
bei gleither MaBeinheit Amplituden
gleicher H6he haben. Wenn die
Waste-t-spiegelabsenkUng 300 nun betragt, schwankt der Druck urn ebenfalls ±300 mm. Die spezifischen Driicke in bar
oder pbar verhalten sich analog. Die (la, bei gemessenen Beschleunigungen sind
mit maximal 0,04 m/s2 so gering, daB
sie in Bezug auf die
Materialbeanspru-chting u. E. unbeachtet bleiben konnen.
Wir schlieBen den Bericht mit dem
Dank an die Forderer dieses
Forschungs-vorhabens: Die Arbeitsgemeitischaft
In-dustrieller Forschungsvereinigungen e.:V., die Rhein-Main-Donau AG,
Mun-chen, sowie die Mitarbeiter des WSA
Nurnberg; die RMD-Tauchergruppe, die attlithe Baleitung und die
Schleusenbe-amten Erlangen/Ktiegenbrunn.
Bezeichnungen
Schiffslange [n21
Schiffsbreite
Wasserdruck (mm WS) (kg/m2] Dichte des Wassers [kg s2/m4] Vs Schiffsgeschwindigkeit [m/s]
0 Durchschnitt
Literatur
[1]. Schale: Untersuchung der Fahrdynamik und
Betriebstechnik von Gralmcitorschiffen duf allseitig begrenztem Fahrwasser
180. Mitteilung der VBD Schiff und Hafen, Heft 5/1978
Schale, Kuhn: Ankerversuche zur Ermittlung
der notviendigen Schutzschicht iiber der Dichtung von Schiffskanalen
48. Mitteilung der VBD Schiff und Hafen. Heft 8/1962
Kuhn: Dichtung und Deckwerk von
Binnen-schiffahrtskanalen
Der Bauingenieur, 44. J. Heft 9/1989
Graff, Mailer, Binek: Untersuchiing der
Was-seroberflachenverformung beim Begegnen
zweier Schiffe im Kanal
101. Mitteilung der VBD
Forschungsbericht des Landes NRW Nr. 1987
(5] Binek: Untersuchung des Streirnungsverlaufs
und der Ablosungserscheinungen der
Str6-mung am Vorschiff von vfilligen
Binnenschif-fen
155. Mitteilung der VBD Hansa, Heft 4/1975
(Weitere einschlagige Literatur entnehme' man
Abb. 1 Abb. 7! _Ls Mb. 3 6
Eingeeterenrehret dee Hain-Oaneu-dances.
Pleflelomente Nerlantage in der Hendry Erlangen.
Vereudisvernatern 1975 i/N 7 -I 1 I ! I :L.--..-= - -9 '' 1 d - -'4*
t
o i § I $na- osa..--- icon _...e5 Wm
.
Dynamischer Beschleunigungsaufnehmer
mit wasserdichtem Gehause
7mm
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Abb. 4 PC?Wechsellichtstrahlschalter
Kobolaboangsrichtung 90° 183°. 270° gedreht maglIch Kern Kienrn.4 7 1 I 2
Male 1111/sChwg
Abb. 8
Abb. 5
Blockdlograrnrre zu den Ausivertungsprogrommen
1 4.4 . I 1 .4 . 3 2 1 I 2 3 Sum. fir 61.0015001.111111 5 IdTCPAT60111 KESSDOINONSSIAG Abb. 8
Darsfolung der Maximalbesehlounigungon von Sohlon-oold BOschungsausklenlung Darsfellung der dynamischen HachstdrUcko auf dos Trapozprofil
dos Main-Donau-Kancds bin Schasaborfahrt des Main -Doneu-Kanals be. Soriffsdurenfonrt
Ourecamillsch 1411uvricratiadtg1t4.1 42 1.4..14 Otoctaeloullhch Faltrps12Inndlok.1 .42 kWh
Abictre 04220 Falugostsclwee Ilia1m14 WW1 51 E14.1 1.511.101 051 .011=nu : 111 Ca .021 .03 44 43 42 41 41 02 7
116scnungs- Fun map KO101 Nate 1011011" essznungs- Full Mt* 40401
Abb. 7
1.1.
.1,1.1
2 t 1 2 3 -0443.06034241 01 02 -0.11 43 44 43 -02 41
-06.03 -04.02 412 4I 01 02 -03 .04.44.4.3.02.414341241 0.1 02 -03.05 .03 413 422 41 01 02
S.
S. . S.
8
Darstolung der dynamischon Mikhstdracko out dos Trapezprofil dos Main .Donou.Konals boi Schilsclurchfahrt
0achldmi111161.; rohnisschwedlgEsil 13 110dh $e10110 411.2010 017136 NAM 911 OM Y._
-NM* 8080.6890 110sen4ings. r.n ,s, konalDarstellung der dynamischen NOchstdrucke out dos Tropezprottl des Main -Donau-Kancds be. Schttsdurchfahrt
Dutc9919.11189, F06ugesch3nnelo34m, 11 M. ass km% 0.830 at
9.99. 9 11.1911 .191 bed
-Oh 415 .414 42 412 413 II 0.2 415 -05 -OA -03 412 421 0.1 112 -Oh 42S -OA -03 422 41 0.2
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Darstelung dw Mooknalbsschlounigungsn von Sahlsn-Lnd boschungsausideidung dos Main-Oonou-Konats boi SchillsObortahrt
Darenaretiche Paharreekearegraa Iona
Ala Sedge 11.0.20a
Chololt 1114
1.1.1.1
1 It.t.1.1 1.1$
4.1.1
2 1 1 2 3 2 1 1 2 3 2 1 2 3
Dorstellung der Maxmotbeschleun.gungen von Sohlen-und Boscbungsouskleidung des Mom- DOnOU - KOnOIS be. Schiftsuberfahrt
Oult.thruti.c.e FahrlpiChwold.91..1 YTIIN
al.Sc9.11. 9 - 8 20 . Emhalt o Isn/V1 10 1 - -.- -1- 1 r 1 . 1 . I . 1 2 1 1 1 3 I I 7 3 2 1 1 2 3
i.1.
3.01 1111sc613g 9098999(11-MiO4 Konol Abb. Abb. 1111.119 1108010.8161 90 ***** Gs- Nil 11.14 Kano: mu. Boschung 999chungs. 1.115 Kenai
Dorstetung der dynamsschen Hochstdrucke out dos Tropezprofil des Mom -Donau-Konols be. Sctuffsdorcnfahrt
Outchse rolscmend.ghe0 10 SauOf 0 .9 00 F.nhol Inwsl .10, 0.1 -05 -03 .01 01 07 -QS QS .03 417 -01 01 117 -56 -OS -Qs A.3 0.7 -01 in -0.6-Q5 -0.4 -03 0.2-0.I _
-. - . Abb. 13 Abb. 14 - 0.6Darstellung der dynamusche. Dr..6ve:tneungen rn Verglech
zur relediv stationaren Wassern...yelabsenkung fret/
im Mom-Donou-Konol. Vs,
Schiffsabmessungen : 80 x 9,5m
Einheit Imwsl - 10.1 bad
13 ausgewohlte Schitte
-
. -I I I 0.1 0.2 -0.6 -0.5-0.4 -0.3 -02 -01 01 0.2 MDBoschungs- Fufl Mitte Kano!
Abb. 15 Mb. 11
Dorstellung der Maxanalbeschleurugungen von Sohlen-und Boschungsouskleidung des Morn- Donau- 'Canals be Schalsuberfohrt
1301.0.111tch Fa/wgesch...d.gied .. or. LbSthdle 0 .310... entlII IenNI 10
.1...1-
1.1,
7 I I 7 3 7 I I 7 12 11 1
- 02 321,-is- Q.1 vStaudruck der Schitte
Dynamischer Druck /Staudruck im Main-Donau-Kano' be V =10 Km/h mrttelwer te von p 221 Spitzenwerte von L p 9 .0 me mia _
