Naturgrosze vergleichsuntersuchungen mit grosz-schub-booten in stehendem und strömendem wasser zur erfassung der propulsions- und manövriereigenschaften sowie das daraus resultierende verkehrsleistungsverhalten

5 JUN MO

ARCHIEF

b. v. Scheepsbouvokunde

Technische lingeschool

Delft

Naturgrone Vergleichsuntersuchungen

mit Grolischubbooten in stehendem und stromendem

Wasser zur Erfassung der Propulsions- und

Manovriereigenschaften sowie das daraus

resultierende Verkehrsleistungsverhaltenl

193. Mitteilung der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e. V., Duisburg, Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen,

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V., Koln

Dr.-Ing. E. Schale, Ing. (grad.) Nerlich

Die Mittel zur Durchfuhrung dieser Unterbuohung stellte dankenswerterweise die Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen zur Verfugung.

Dr.-Ing. E. Schale, Ing. (grad.) Nerlich

Naturgrolle Vergleichsuntersuchungen

mit Grolischubbooten in stehendem und stromendem

Wasser zur Erfassung der Propulsions- und

Manovriereigenschaften sowie das daraus

resultierende Verkehrsleistungsverhalten

193. Mitteilung der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e. V. Duisburg, Institut der RWTH-Aachen, Mitglied der Arbeitsgemeinschaft IndustrieIler Forschungtvereinigungen e. V.

1. Einleitung

1m harten Wettbewerb mit anderen Ver-kehrstragern ist die privatwirtschaftlich betriebene Binnenschiffahrt gezwungen, alle Moglichkeiten sich bietender

tech-nischen Rationalisrerungseffekte, vor

allem hinsichtliCh wirksamer Kostenre-duzierungen, auszuschOpfen.

Dar-Ober hinaus sind auch diejenigen Industriezweige, deren

Standortbedin-gungen von den Kosten des Zu- und Ablaufs der von ihnen verarbeiteten

Rohstoffe wesentlich beeinfluBt werden,

an jeder weiteren Verbesserung der

Transportbedingungen sehr stark

inter-essiert. Man denke vor allem an die

Eisen- und Stahlindustrie, die Mineral-CI- .und chemische Industrie.

Im Zuge dieser Bernuhungen kommt

der Weiterentwicklung der

Schubschiff-fahrt, insbesondere auf der

Hochlei-stungsstrecke Niederrhein", eine ganz besondere verkehrswirtschaftliche

Be-deutung zu. Die Versuchsanstalt fur

Binnenschiffbau, Duisburg (VBD), hatte daran schon. in der Vergangenheit we-sentlichen Anteil, der sich vor allem auf

*) Gekurzte Veraffentlichung des

VBD-Be-richts Nr. 913. Der Bericht enthalt 15 Seiten

Text, 3 Tabellen, 6 Schiffsdatenblatter, 115 Zeichnungen und Diagramme, 6 Fotos und 2 Schaltbilder aus dem Bereich der Me6-technik. Dieser Bericht kann von der VBD

gegen Selbstkostenerstattung bezogen

wer-den.

die Form und das Leistungsverhalten

,der Schubboote konzentrierte, aber

auch den Schubbetrieb nicht ausschloB.

Neben den Oblichen Zvveischrauben-booten mit Antriebsleistungen bis

maxi-mal 2650 kW wurden

Dreischrauben-boote entwickelt. Ihre Antriebsleistung stieg bis zu 4400 kW (fur die BefOrde-rung von 6 Schubleichtern), .wurde zu-nachst aber auf durchschnittlich 3500 kW

reduziert, weil der groBe Verband in

den Niederlanden noch nicht zugelas-sen ist. Urn den Transportbedarf

trotz-dem decken zu konnen, erhielt der

Leichter vom Typ EUROPA II" eine groBere Seitenhohe, so daB Tiefgenge bis zu 3,95 m bei gutem Wasserstand in der Praxis gefahren werden kOnnen.

Dabei wird mit 6 Leichtern eine

Ge-sattverdrangung von rd. 19 500 m3

er-reicht. Eine so groBe Masse erfordert wehrend der Fahrt, insbesondere bei

Wassertiefen - Tiefgangsverhaltnissen

<1,3 sehr hohe Manovrierkrafte, urn

die notwendigen schnellen Reaktionen

auf Ruderlegen, aber auch die

Kurs-stetigkeit, zu erhalten.

Da em n Binnenschiff, insbesondere emn

Schubverband, wehrend seiner Fahrt

vom Abgangs- zum Zielort die verschie-denartigsten Fahrwasserverhaltnisse in wechselnder Folge antrifft, konnen die

Modellversuchsergebnisse nicht ohne

weiteres auf das Betriebsverhalten des naturgroBen Schiffes Obertragen

wer-den. Deshalb war es in der VBD von Anfang an Ublich, Modell-Versuchs-ergebnisse mit den aus Naturversuchen

gewonnenen zu vergleidhen und daraus die notwendigen Schlusse zu ziehen.

Darither hinaus verlangt die neue,

in-ternational gultige Rheinschiffsuntersu-chungsordnung die ErftIllung. bestimm-ter Auflagen, die ihrerseits zwar quanti-fiziert sind, aber hinsichtlich ihrer ErfUll-barkeit noch untermauert werden

sen, wenn sie, die geforderte

Bedeu-tung fur die Sicherheit des Wasserver-kehrs in der Praxis erlangen und behal-ten sollen.

Von groBem EinfluB ist dabei die un-mittelbare Wirkung des Ruders. Auch

hieruber sind Neuentwicklungen in Mo-dellausfUhrung, aber nur in einem Fall auch in NaturgrOBe, detailliert geprOft worden. Die ausgewehlten Schubboote besitzeri solche neu entwickelten Hoch-leistungsruder und erlauben somit einen unmittelbaren Vergleich nicht nur

'zwi-schen Modell- und GroBausfuhrung,

sondern bei PrOfung am gleichen

Leichterverband auch den Vergleich

untereinander.

Schubverbande mit mehr als 8000 rn3

Wasserverdrangung wurden ezuglich ihres Manovrierverhaltens bisher nur

modellmef3ig untersucht. Von einigen

spezifizierten Messungen 6uf naturgro-Ben Einheiten ehnlicher Grofienordnung

abgesehen, fehlen quantitative

Ver-gleichsergebnisse. Zwischenzeitlich ist

eine neue Generation von

GroB-schubbooten entstanden, Ober deren

fahrdynannisches und

betriebstechni-sches Verhalten sehr unterschiedliche Urteile abgegeben werden.

Die Kenntnis eller technischen

Para-meter ist jedoch von grOBtem lnteresse, weil Gro(3schubverbande mit 6 Leichtern in absehbarer Zeit auf dem Rhein

allge-mein zugelassen werden sollen. Da

au6er der Wirtschaftlichkeit die Sicher-heit imVordergrund steht, ist die Kennt-nis der Fahrdynamik und

Betriebstech-nik solcher Einheiten far eihen

lei-stungsfahigen Wasserverkehr

entschei-dend wichtig.

-2. Die Wahl der Schubboote

Werften und Reedereien gaben in der

Entwicklungsphase oft eigenen

Schiffs-formen den Vorzug, erst allmahlich einigte man sich auf zwei grundsatrliche Bauarten

dem eher konservativen

Ruhd-spantboot, in Anlehnung an ame-rikanische Vorbilder

der sogenannten

Einfachbau-weise, die an denim Vor- und

Hinterschiff meist nur

eindimen-sional gekrummten

Plattenfel-dern zu erkennen ist.

Da sowohl em n Vergleich der Bauarten als auch der Wirkung der verwendeten Manovriermittel von besonderem

Inter-esse ist, wurden drei

Dreischrauben-Schul3boote ausgewahlt.- Diese sind:

I SB VICTOR MILLET"

mit Einflachen-Profilrudern (Rundspantboot)

SB HANIEL 16"

mit Becker Hochleistungsrudern (Rundspantboot)

SB JACOB VAN NECK" EVVT 106 mit Zweiflachen-Hohlplattenrudern (Knickspantboot)

Von weiteren drei Schubbooten dieser Gattung wurden Me6werte verwendet:

II SB MANNESMANN III"

mit Zweiflachen-Profilrudern (Rundspantboot)

SB HERKULES IV"

mit Universal Schilling-Rudern (Knickspantboot)

SB NEERHAVEN"

mit Schilling-DOnnschwanz-Rudern

(Knickspantboot)

-Mit den drei

erstgenannten, sich in

mehreren wesentlichen Details

unter-scheidenden Grofischubbooten, wurden durchgefuhrt:

Propulsionsmessungen auf 11 m

Wassertiefe

Stopp-, Drehkreis- und

Schlangel-versuche

sowie Langzeit-Betriebsmessungen auf dem Rhein

aus denen bei Variation der

Konstan-ten, d. h. systematischer Stufung von

Propellerdrehzahl Ruderwinkel Stutzwinkel Tiefwasser/Flachwasser sowie wasserstandsgerechter Abladung Leichterverdrangung > 12 000 m3 emn

breites Wertespektrum des fahrdyna-mischen Verhaltens dieser modernen

Schubboote erarbeitet werden konnte. Zum Versuchsprogramm siehe auch die Tabellen 1 und

Tabelle 1

Mit Schubbooten und verschiedenen Verbanden durchgefuhrte Messungen

Zeichen I 0 V. MILLET 0 HANIEL 16 0 s. . EWT 106 0 HERKULES CZ 0 MANNESMANN r 6 VERHAVEN Nome des Schobbaetes

Versuchstormation

[11

0

iti [II [11 [11}

a

rtHA A

Beamchnung Abk. Eihh

' Orapulsioniversuche X 16 X X X SthIcngaIo,!Soth 03 X X X X X X X X X 019L) Stoppversuche X X X X X . X IC X X X 0 X Wandeman ver X X X X X X X 1915 Betriebsraessung IC X 0 X X X X X X . I I .. g3 . R. -co Sa o o-- m iro". ... . Tabelle 2

Mit SChubboaten und verschiedenen Leichterforrriationen im ho I. Diep durchgefuhrt Messungen

Zeichen 0 0 o V MILLET * 'HANIEL 16 0 EWT 106 cr HERKULES CZ 0" MANNESmANN 0 0' VEERHAVEN a

Name des Schubboolos ' Vorsuchstormalion

Ill

n

111 [11]

a

il

a

Bezeichnung Abk. Einh.

An triebsleistung I kW 3500 3600 3975 3500 1967 3338 3281 2776 -1 Wassemmrdrangung d. SV 41 m, 126713 15776 15776 13024 19224 19224 13310 19600 19600. 4k,16 10192 14624 15032 13240 1

Ladung La t 8568 12 646 12646 10768 16952 16152 10890 16360 16360 13036 11716 12054 101390

Snuff iuh Leistun9. kW/t 0,426 0272 0272 0334 0,223 0,223 0.320 0,213 0,213 :- 0,336 0387 0,370 0,340 Geschwindigkeit hei 3594./ V, 'km/h 194 17,6 174 16,3 16,5' 15,9 16,1 15,1 136 17,87 1616 16,37 17,40 0 Transportgategrad Ma. a.V 6,,. -Vt 59,2 79,6 764 65.1 90,6 B7,3 68,6 1346 76,2 91,65 3954 64,16 6380 Transportgfiegrod bac.o.Ln 5 int 495 64.9 63.6 56,3 76,1 764 56,3 70,6 63,6 Ci 7227 63,74 67.49 68.30..

Geschwindigkett and die totgenden Atgaten entsprethen nide dem angegehenen Greravart von 3,5 MVO co T, . ... .3 .87.3 1 a 7 N.)

1000 Bild I PD 'PS) 5CCD 3000 2000 1000 6 Bild 2

3. Die angewandte

Mentechnik

Als selbstverstandlich kann angenom-men werden, daf3 die zur Verwendung gelangenden Magerate dem Stand der

Technik entsprechen und stets vorher

erprobt und neu geeicht bzw. die Eich-faktoren rechnerisch Oberpriift wurden. Nebenbei sei bemerkt, da13, vor allem

bei neuen MeBwertgebern,

Genauig-keits- und Bewahrungstests auf dem dafur zur Verffigung stehenden For-schungsschiff FRITZ HORN"

vorge-nommen werden. SD" V. MILLET -wieuni Libv. _ wpmi, ' m , 155 gee. ttoupe 250 SB " HANIEL 16"

Propellerlalstvng uhe Gesthwindtgkett

np T 3,85 m EtiPM1 V"Lz 10224 ebzw1302410 300 h/h T= 121.0805 mm

\

13024 of, t5224 m' IC 12 14 16 1 Vs f km/h

So geschah es auch nnit der hier erst-mals zum Einsatz gelangenden Philips-Drehmoment-MeBanlage. Sie wurde auf der teilmobilen 1000 mm langen Me13-welle des Forschungsschiffes montiert und diese zwischen den Spitzen einer

entsprechend grol3en Drehmaschine

statisch geeicht. Danach erFolgte die

meStechnische Erprobung unter harten

Betriebsbedingungen

auf dem Schiff

und erst danach unter Nutzung der

ge-wonnenen Erfahrungen auf den

Ver-suchsobjekten, also den Schubbooten. Beispielsweise bewahrte sich innerhalb der einzelnen Versuchsreihen em n

emp-fohlenes Analogsystem zur

Drehzahl-aufnahme nicht, es muBte auf das her-kommliche Digitalsystem zuruckgegrif-fen werden.

Die Registrierung der MeBwerte

er-folgte durch eine automatisch

arbeiten-Propulsionsversuche Schlangelversuche Stoppversuche Wendemanover

Betriebsmessungen

(siehe hierzu auch Tabelle 1 nach dem Textteil)

% durchgefuhrte zu geplanten Versuchsfahrten

PD PSI '500/ 3000 moo 1000 Bild 3 SB "'EWT 106-110pe1m10.151,§1 Oef 5 wo,s/101,e11

WPM] 300 250 200 130 11. = 3.90h V 12E000 bzw..13310 - 1,009/ 282 10 V 1260Orn

de Datenerfassungsanlage mit Abspei-cherung auf 7-Kanal-Lochstreifen.

Soweit Schiffsorte zu lokalisieren wa-ren (Manovrierversuche), wurde nach

der inzwischen ublichen Radarphasen-bildmethode gearbeitet.

4. Durchgefiihrte

Meflfahrten

Da Schiffe und Schubverbande aus

Ko-stengrunden nicht gechartert werden

durften, konnte auch das vorn angege-bene Versuchsprogramm nicht lucken-los zur Ausfuhrung gelangen. Wir wa-ren auf das Entgegenkommen und auf

die Disposition der Reedereien

ange-wiesen. Trotzdem war es moglich, fol-gende MeBreihen mit den

erstgenann-ten Einheiten (I) durchzufuhren bzw.

fehlende durch sehr ahnliche (II) zu er-setzen: IPS] SOW 4000 200 3000 /000 6 Bild 4 250 10 Gesamt tVo 100 110 134 77 77

_ Vergleich der Schubblaote

PrtmellerL8051un9 05,1 GesttmlatIkelt np Co 0 TL. 3.95 m 3,85m 3,2,0m WPM] _{V' =12586 rn3 13024m2 10676 nO} Pn h 11,00m 300 WT. 278 288 3,44 1-51-2/T *VM/LLFT- e formation 14 06 18 Y. 111n/h1 5 Versuchsart 0/0 12 14 6 67 3 33 5 55 5 55 6 67 6 67 2 22 5 55 5 55 2 22

4.1 Propulsionsversuche

Die Propulsionsversuche wurden auf

derjenigen Probefahrtstrecke in Holland

durchgefUhrt, die speziell fur

Schiffs-abnahmen hergerichtet ist. Sie liegt im Vuile Gat und 1st nicht nur genauestens bezeichnet, sondern landseitig auch mit vermessenen, seemaBigen Querpeilun-gen im Abstand von 1 km und 1 sm ver-sehen.

lhre Randbedingungen beeinflussen die Messungen kaum und sichern, daB, bei jeweils aufeinander folgender MeBfahrt mit gleicher Propellerdrehzahl, der

Ge-schwindigkeitsmeBfehler unter 1 0/0

bleibt; em n sehr wesentlicher Faktor bei Vergleichsuntersuchungen.

Beiderseits der Auslaufstrecken erwei-tert sich das Fahrwasser auf so groBe

MaBe, daB dort im AnschluB an jede

einzelne MeBfahrt sofort ManOver jed-weder Art angeschlossen werden

Icon-nen.

Die Ergebnisse der

Propulsionsver-suche sind in den Diagrammen (Bud

1-3) fur jede der drei

LeichterFormatio-nen nach Schubboot geordnet und in

den folgenden Bildern 4-6, nach

Leich-ter-Formation geordnet, dargestellt.

Darither hinaus zeigen die Bilder 7 und 8 noch einen Vergleich zweier Forma-tionen, wobei Mischungen zwischen al-ter und neuer Leichal-terbauweise sowie

zwischen einem zweigliedrigen

Dril-lings- und einem dreigliedrigen

Zwil-lingsverband hinzu kamen.

Bud 5

Vergleich der Schubboate

ProPellerlei stung Utter Geschwindigkett "P =ass m 1.85rn 3.20m v. 418 600 m8 19224n,' 1 775 tri8 S 11.03m tifTh 2.78 2,06 Formation \IEVer 106," 'HANIEL16"(0 '144ILLET' 8 10 12 10 16 18 V, I km/h

(Auf den Diagrammen der Bilder 4, 5, 6 sind fur EVVT 106 noch

Verdrangungs-werte alteren Datums angegeben es

gelten generell diejenigen von Bud 3

und Tabelle 2.)

4.2 Schlangelversuche

Schlangelversuche, die einerseits ver-gleichende Informationen Uber die Ma-novrierschnelligkeit geben, andererseits im Betrieb die Einleitung eines

Begeg-nungsvorgangs darstellen, gehOren

grundsatzlich zu dem

Standard-Abnah-meprogramm von Schiffsneubauten,

ebenso wie die folgenden Stopp- und

Wendemanover.

Die Durchfuhrung setzt voraus, daB die Wasserflache genagend groB 1st und

die Wassertiefe konstant bleibt. Wie

unter 4.1 bereits angegeben, befinden

sich solche freien Wasserflachen

bei-derseits des Vuile Gats.

Soli Vergleichbarkeit gewahrleistet

sein, miissen die Vorgabe des

Ruder-und Stutzwinkels konstant sein. In der Regel werden vorgegeben:

Ruderwinkel: 20° StOtzwinkel: 10°

Propellerdrehzahl: 95 0/o der

maxi-malen

Formation: wie bei der Propulsion

Vergleich der chubboote .

PropellerleistUng uber 3esdwundi34ceit np 2!9 5 p9,35 m 3,20 ;uom _{o113660 rn, 19224m' 157 5m3} S 11 00m 888 3CI° tt/T. 2.78 2 P(i) I851 5000 "p °O MPH] 710 200 -0000 3030 2000 1000 Bild 7 E 1JkS

ProPelletleittung ober 0iiiis.te4indigkeit

e 3,90 r v -.13310 m8 i1,0 tol 2.62 31 10 SB "EWT 106 Proaellel.letunaobhr Gkeetieln0h£110ati m =186013M8 51.11.M1 h 1.0Tin aao _{wt. 2.78}

nit ,r,rcro Letchterf arm r,, drr Sta,rlarOtcrn u-ge9W-en

Me03trecke VSegct Vella so, =ajar '

16 1 Vs (km/hi

Als Beispiel seien hier die Bilder 9/10

genannt, sie enthalten jeweils der Reihe

nach:

die in konstanten Zeitintervallen aufgenomnnenen und kartogra-fisch reproduzierten Radarbilder (Radarphasenbildmethode) die daraus entnommenen Fahr-bahnen desVerbands mit Ruder-, Kurs- und Querversetzung in Ob-licher Kurvenform. (UNA1 'kW 310 300 250. 200 150 100 Fo PSI 5000 2000 1000

Bericht : 913 An I.:15 q.

SB " V. MILLET

Stand.- Handynerversuc h im hall. Died Ti, = 3.20m .9 =1100 re

b. = 10678m3 h / 11 = 3.43 89.. 0.342 VA = 19.2 Km/h VA =18.9 Km/h STB 1la Rudet-430°. Stutz .410'1 BB

it

li

_#

Pi N \ NI Al II/ _1:\ IV _A\ if/ F [ml

it,

la

1

i

,,,11

V

i

_'S A ft

I

n I I Formation 14.1.5000 Bild 9 _ SB " V. MILLET" St0ndard - ManOvnerversuene

fludor 30° Shed ==i10°

- STB VA =19,2 Km/h BB VA =18,9. Km/h

' Formation

Bild 10

4.3 Wendemanover

Wenn auch im praktischen Betrieb

Wendemanover, d. h. in einem Zuge

durchgefUhrte Kurswechsel urn 180°,

mit Formationen der hier gezeigten GroBenordnung nicht Ublich sind, geben sie doch AufschluB Uber die

Eigenschaf-ten des Ruders und seiner

Querkraft-wirkung. 700 tnt 00 200 100 Bencnt, 913 An I, 48 11 SB " HAMIEL16 Wendemandver im hon.0iap:10A5 m ; h =11,00rn VA= 17,74 Km/h Formation Bild 11 19224m3 h 2.85 0.209 .ges M =I; 5000

Die Versuche werden aus der Fahrt bei

ca. 50 °A der maximalen Antriebslei-stung und aus dem Stand bei 00 0/.

Leistung durchgeftjhrt. Die Darstellung erfolgt wie Bud 11 zeigt.

4.4 Stoppversuche

Im gleichen Fahrwasserbereich wie 4.1

und 4.2 wurden auch Stoppversuche

durchgefuhrt, wobei die Ruckwartsdreh-zahl des Propellers der maximalen der

Antriebsmaschinen entsprach. Auch

hier,

fur die Darstellungs- und

Aus-wertemethoden als Beispiel, die Bilder

12 und 13. VIM Enfq -5 1 , 0 np ECl/rno-3 300 200. 100 100 200 300 Bild 13 -ct --Y--- 5 76m - 0.032 m/s2 -179s s 20 S B V_ MILLET:

Messung v6rt. Stappweg u. Zeit

Propetlet Dlehza hiverlau f

rn1

Formation

Mid 12

Bencnt 913 Ant: 63 12 SB "V. MILLET

Stoppversuch ohne Korrektur in holt. DI ep ; T 3.20rn h =11.00m

V0. 19.32 Km/h I I I t gelg t -179s = 15000

5. Erganzende Informationen

Die vorn aufgefuhrten GroBschubboote sind die zuletzt neu gebauten. Sie ha-ben Vorganger bzw. Schwesterschiffe. Soweit von diesen MeBwerte vorliegen, sollen sie in die vergleichenden Bewer-tungen mit einbezogen werden,

Ebenso sind im Laufe der Jahre die Ab-nahmewerte aus den ManOvrierversu-chen gesammelt und aus ihnen statisti-sche Mittelwertkurven fUr die einzelnen

Bewegungskomponenten entwickelt

worden. Auch diese sollen hier mit ver-wendet werden. Von wesentlicher

Be-V.10676 m3 7 BB 5173 BB SIB rn 3/720' IV 0' 10° 70° 30° 30° 20P 0° 0° 111 20° CP 100 00 0 00 100 BB 018

deutung ist auch die sogenannte

Strek-kenfahrt, d. h. die betriebsgerechte

Fahrt der groBen Schubverbande auf der Rheinstrecke RotterdamKoblenz

oder den Teilstrecken

RotterdamDuis-burg, EmmerichDuisRotterdamDuis-burg, Duisburg

Koblenz. Dabei werden fortlaufend in

Abstanden von 1 oder 5 km die Mittel-werte von

Wassertiefe Propellerdrehzahl Leistung

Ruderwinkel

sowie die sich ergebende

Fahrge-schwindigkeit errechnet und

protokol-liert.

Soweit moglich, wurden die Schubboote auch wahrend der Betriebszeit verfolgt, Leistungsmessungen vorgenommen und

die Fahrtenbucher, bezogen auf die

Fahrstrecke oberhalb des Tidegebietes bis Ruhrort, ausgewertet.

6. Auswertung

6.1 Propulsion und Verkehrsleistung

Da sich die Me8werte aus den Propul-sionsversuchen im Vuile Gat nicht un-mittelbar vergleichen lie6en, wurde auf bekannte und fur die Praxis wichtigere

Vergleichswerte umgerechnet, und

zwar auf den Transportgutegrad

wobei

La = Ladungsmenge

VoG = Geschwindigkeit Uber Grund

PB = Bremsleistung der

Haupt-maschine(n) bzw. wobei = Wasserverdrangung der Leichterformation einschlie13-lich Schubboot

Im daraus resultierenden

Balkendia-gramm zeigt sich jetzt eindeutig der

Leistungsunterschied der 3 Schubboote

VICTOR MILLET", HANIEL 16" und

EWT 106" bei 3500 kW, allerdings auf tiefem Wasser (Vuile Gat); siehe hierzu

Bud 14. Sehr interessant ist das Ma6

der GUtegrade beim 6-Leichter-Betrieb.

La - VG.G. GTLa = in PB

Etkm]

kWh

1m3km]

kWh 10,0 1k m/hl 12,0 8,0 6,0 4,C1 2.0 Bild 16 Bild 17

Bei alien Schubbooten, gleich welcher Bauart, liegen sie eindeutig Ober den-jenigen der 4-Leichter-Formationen. In Bild 15 sind die spezifischen

Verkehrs-leistungsdaten dreier Schubverbande

auf ausgewahlten Rheinstrecken

stei-genden Gefalles dargestellt, wobei

gleichbarkeit auf den jeweiligen

Ver-band beschrankt bleibt:

Strecke 1: km 921 852

(OphemertEmmerich) Gefalle 0,10 %o [m/km] Strecke 2: km 852 812 (EmmerichWalsum) Gefalle 0,13 °/00 [m/km] Strecke 3: km 743 688 (DUsseldorfKoln) Gefalle 0,16 Voo {m/km]

Fahrgeschwindigkeit bei Bergfahrt in Abhangigkeit vom Pegel Emmerich

. La ..:10800 t

SB "HANIEL15"

4,0 9.0

Transportglitegrad

in Abhtingigkeit vom Pegel Emmerich

bei wasserstandsgerechter Abladung

SB "Haniel 16"

Strecke 4: km 688 655

(KolnBonn)

Gef011e 0,20 % [m/km)

Die HOhen der Balken folgen von links nach rechts den zunehmenden Gefalle-werten, lassen in ihrer Differenzierung jedoch erkennen, daf3 der zweigliedrige Drillingsverband in Bergfahrt einen

hii-heren spezifischen Energieverbrauch

aufweist.

Die Schubboote befordern Leichter un-terschiedlicher Bauweise und Volligkeit. Je nach Anteil guter oder weniger guter Ausfuhrungen innerhalb der Formation

ergeben sich auch unterschiedliche

Fahrgeschwindigkeiten. Dies 1st am

Bei-spiel des Schubboots HANIEL 16" in Bud 16 dargestellt. Die punktuellen -ccr 6,0 7,0 8,0 9,0 Cr] egal Emmer_ich 1:0 20 30 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 1m1 Peget Emmer Ch 1,0 2,0 3,0 V V0,0,

=

in Pg GIL 50 30 20 10

-90 t 70 50 Forma tionen: 2 . 2 1_1_ I Bild 14 20 TransportgUtegrade

aus Propulsionsversuchen im Vuile Gat

0,05 00. 0,03 0,02 1101 Bild 15

"V. MILLET HANIEL 16" "EWT 106"

CV G_TV it_{p .t} p3500 kW

LJG

s PE, 10 20 30 0,0 C.1 C1

3.2=1

I I I 2 . 3 T Antriebsleistung Tonnenkilometer/Stunde 23 TRANSFORTII/TEGPAO

6/1. AUSZIAIILYEA MUM= 111 ABIANGIGXEIT 1/011 PEW EMMEN 8E1 811200112200010 00.50300

MN DEA MEM 50000RE1117.10113011 115 AM

00

MIMI EMI

11111M4 IMAM

Eill1111111111

1111111111111=111

5.0 20 DANIEL A' 11 11001EL V MILLET' WERNAVEN Or 100 Milton /1.1.4nbuch aedare aell 70 80 FIC61 61101101 Sd/L 3-Bud 19 _ Bild 20

Gegenitherstellung der spezifischen Ausweichwege von Schubformationen auf

0Haniet 16 Millet GEwr los Mannesmann III Yeerhaven a

---s-5000 10 000 15 000 20 000

Gegeniiberstellung der. spezifischen AuSweichw!ge von Schubfarrr6ttanen auf

1 - _ dem_Rheino und dem hall. Diep 0,

..--. 3,0 __ I .--- Matelwert far hi TL- 322 _.... ...---. .. OA:fanjet 16 -.1 e_ V..Mi Het 4 r-.""

0

_ Q EWT 106 _---,-- --Mannesmann EL_ __ 1 1 o 0

0 Veer hasten 111 _ _ __.---- fmetn o 'a _.- -- ert

--- -- 0

--s.ter 0

Eli

5000

GegenOberstellung der spezifischen Wendekreisdurchmesser von Schubformationen

02.3 o Mantel 16 V. Millet EVVT 106 J Mannesmann III 0 Veerhaven e Herkules 2.2 10_000

auf dem Rhein und dem hall. DiTP0

2.2 C2.2 C 2.2 a'3.2 -e" mittelwerttar 6/-1173.22. Q 2 (i) 2.3 2.3 02.3 C 3,2 0'100W 'Erne!. 2000 3.2 2.3. YIP Er131 __Irn31 a

dem hot Diep

,

dem Rhein° und

I

L., V,,,G

1---22 2.adVn9 ezo 9 WasPervardrangang

I P Brousse lfrate. Pet. 22.0

2 tiMitlet Roner Fflet 3837 3 Hanle! 16 ann.,- Pegel <ra

Bud 21

Bild 18

=I

Mittelumati

Werte wurden dem Bordbuch des Jah-res 1978 entnommen und beziehen sich

auf die gesamte

Niederrhein-Waal-Strecke: DordrechtWalsum. Wahrend der WiderstandseinfluB der Leichter

deutlich hervortritt, hat der

Wasser-stand, bezogen auf Pegel Emmerich,

> 3,0 m keinen nennenswerten Einflu6,

d. h. obwohl bei steigendem

Wasser-spiegel Stromgeschwindigkeit und

Ge-falle zunehmen, bleibt die

Geschwin-digkeit zu Berg konstant. Zunehmende

Gefalle- und Stromungskrafte stehen

im Gleichgewicht mit dem abnehmen-den Flachwasserwiderstand der

Leich-terformation, wenn die installierte

Lei-stung ausgefahren werden kann. Dies andert sich, wenn der Pegelstand 3 m unterschreitet und die Abladetiefe gerade noch die Uberwindung der Flach-stellen im Rhein ernraiglicht. Dann redu-ziert sich auch die Fahrgeschwindigkeit, wie aus dem Diagramm Bud 17

ersicht-lich ist, dessen Ordinatenskala

eben-falls auf den Quotienten

Transportarbeit

Ckmil

G1"1.0

Antriebsleistungsstunde kw/h

also

den Transportgutegrad

umgerechnet wurde.

Da auch Fahrtenbuchaufzeichnungen

weiterer Schubboote mit herangezogen

werden konnten, fuhrte dies zu dem

Vergleichsdiagramm Bud 18. Dieses

Diagramm mit den statistischen

Mittel-wertkurven durfte sowohl fur die

Ree-derei als auch fur die Werften von gro-Bern Interesse sein, weil hierin eine ge-wisse Verkehrswertigkeit zum Ausdruck

kommt.

Einerseits scheint hier eine direkte Ver-gleichbarkeit gesichert zu sein, denn die

Fah rstrecke: Brucke D o rd rech tWa

I-sum ist frei von alien auBeren

Ein-schrankungen, wie Wartezeiten auf

Leichter, Schieusung und

BrOckenbff-nung. Andererseits wirken hemmend

oder fOrdernd mit: unterschiedliche

Leichterformen, die Tide bis Zaltbommel

und die durch Oberholungen

notwen-dige Fahrtreduzierung.

So kommt es wiederum an HANIEL

16" besonders deutlich dargestellt zu

Fahrzeitschwankungen bis zu ± 10 Mi.

Solchen Schwankungen unterliegt

je-des Schubboot, so dal3 bei sich 0ber-deckenden Wertungen em n relativ brei-ter betrieblicher Schwankungsbereich entsteht wie ihn die Schraffur in Bud 18 verdeutlicht.

-HANIEL 16"

"VEERHAVEN 19"

"EWT 106"

Izur Ermittlung der Stoppwege von Schubverbanden_{rste1lun vn' Versuch ergebnis en; h g 12.0 rre} 0,40 _{_ _} Psitf

0.35 Gefalleeinfluflcut StoMwe9

24T. ske,oter eMet ',EWT 106 I \NO HanleI 16

El

I I '11) Yeernaven 0,30 MVA..Q.pNgt Q.1%. Wag II _am 1 !! II i I k II' 16 16 1k 11 11.2 10

i

2,:, . 300 30 Lbo 450 560

Vs WasserverdrIngun .1( SB. LI

4'.,-.7-

-..---,- 'I' Stappweg [m/

I 0. 1031ii 1 t I 2..1.miSIIIIT. 1 ',---.,. .1 4._1_,..03m 1 I 1

\sal Mannesmann m 01 %. Geicilie.

-installierte Leystung PS in kW Anpassung Ladung on V . . Bild 22 installierte Leistung i n kW

r

m3 Bud 23 1.441.000 1,468.000 1.439.000

JAHRESTRANSPORTLE1STUNG DREIER SCHUBBOOTE

AUF DER N1EDERRHEINSTRECKE EUROPORT - WALSUM

(JAN. - NOV. 1979)

Nomogramm

in

2.2

Nomogramm zur Ermittlung der Stoppwege von Schubverbanden mit Darstellung von Versuchsergebnissen h g.12,0 m

0,40

///

24,70 24,74 24,86 14 12 10 8 sirverdrangungISB,L) x '103] 4 I 1.1 &der Tobelle 3 2.3 _6 LoIcter -a Mannesmann SE 14 MOO EWT 136 --(21 Honk! !B Anpassung Ladung an ti DI 3.2 .0 ..0 m m o 162 165 162 Pe/V 0,35- 0,30- 0,25-_2 eichior 4" -5 811 8,895 8.897 8.883 CC C 3.106 3.149 3.355

v.

1' mc QT 26,09 25,97 24,00 gt1.16h1013 Aril 114

Bewertung des Stoppweges

Unterschreitung des Grenzwertes

BencM 613 An' 115

Getalleetnftufl auf Stoppweg

250 300 350 400 450 500 Stoppweg [rnI m 3 .M sky..Gefee 2 16-a 'on 20.

_ Bewertung des Stoppweges .Unterschreitung.des Grenzwertes

Interessant ist, da6 diese

Schwankun-gen dann nicht mehr so stark in

Er-scheinung treten, wenn die

Jahresge-samtleistungen der Boote vom Verlader

selbst statistisch dargestellt werden. Mit Erlaubnis der EWT kann anhand

der Tabelle 3 gezeigt werden, dal3

un-ter Einbeziehung der vorn genannten

Wartezeiten, sich die Jahrestransport-leistung der GroBschubboote nut wenig unterscheidet.

62 Manovrieren

Die durchgefarten Manovrierversuche

(Schlangeln, Wenden, Stoppen) bewei-sen das nautisch sichere Fahrverhalten der Schubboote.

Die Diagramme (Bud 19-21) sind dem

VBD-Bericht (Nr. 730) entnommen, in

dem die Sammlung von MeBwerten bei Abnahmeversuchen auf dem Rhein (h = 4-5 m) zusammengefaBt und rhit

stati-stischen Mittelwertkurven versehen

wurden. In diese vorhandenen Diagram-me wurden nunDiagram-mehr die gleichen Quo-tientenwerte eingetragen, die aus dem

Hollandischen Diep (Vuile Gat) auf

12.m Wassertiefe stammen. DaI3 diese nominell h'Oher liegen, ist aufgrund des erheblich geringeren Flachwasserwider-standes verstandlich, von Bedeutung ist hierbei jedoch der Vergleich der Werte zwischen den Schubbooten. Es zeichnet sich auch dabei eine Verhaltenstendenz ab, die derjenigen auf Flachwasser

lich zu sein scheint, nur daf3 die

Stei-gung der Mittelwertkurve aufgrund ge-geringeren Flachwassereinflusses ha-her liegt.

Beim Wenden streuen die Werte wie

auf flachem \Nasser betrachtlich. Eine

statistische Mittelwertbildung scheint

verfruht, obwohl sich bei gleichen

For-mationen eine Tendenzkurve auf

Ver-dacht einzeichnen lieBe. Da das Wen-den von SchubverbanWen-den in der Praxis jedoch nicht Oblich 1st, unterblieb auch eine spezifiziertere Wertung.

Interessant ist die Bewertung des

Stoppverhaltens, siehe die Bilder 22

und 23. Hier liegen alle Schubboote auf

der gunstigeren Seite der

Wertungs-skala.

Bel EVVT 106" hatte man allerdings

des Guten zuviel"

getan, denn die

Stoppwege unterschritten den statisti-schen Mittelwert erheblich. Die Ursache dafur war vorwiegend das groBe Flugel-flachenverhaltnis des Propellers (AE/AO

= 1), was auch dazu beitrug, die

Vor-ausgeschwindigkeit auf flachem Wasser unter den erwarteten Wert abfallen zu

lassen. Dies wurde inzwischen

korri-giert und AE/Ao auf 0,82 reduziert.

7. Zusammenfassung

Em n durch die Arbeitsgemeinschaft Indu-strieller Forschungsvereinigungen (AlF)

gefordertes Vorhaben erlaubte es, 3 Schubboote an jeweils 2-3 Leichter-forrhationen sciwohl auf relativ tiefem ' Wasser als auch auf dem Niederrhein

experimentell zu untersuchen. Um das erwunschte Vergleichsspektrum zu er-weitern, gelang es, Mef3werte weiterer 3 Schubboote von Fall zu Fall mit einzu-beziehen und damit die Aussagebasis zu verbreitern.

Es wurden Propulsions-, ManOvrier- und

Betriebsmessungen durchgefuhrt, alle

Me6werte dargestellt und

Vergleichs-diagramme angefertigt, wobei das Sy-stem der Darstellungen dem VBD-Ob-lichen entsprach, s. hierzu auch die Lite-raturangaben.

Zusammenfassend ergibt sich, dal3 es

far den Schubverkehr auf dem Rhein

mit Ladungsgewichten bis zu 17 000 t

richtig war, die Schubboote mit

An-triebsleistungen von 3000-4000 kW zu

versehen und bei Umsetzung dieser

Bezeichnungen:

Propulsion und Verkehr

PD PB np AE A0 Vs VOG V La Tt GTLa GTv Manovrieren VA DT0A DTco So Propellerdrehleistung (Wellenleistung) Motorleistung (Bremsleistung) Propellerdrehzahl Propellerflugelflache Propellerkreisflache Schiffsgeschwindigkeit allgemein Geschwindigkeit Ober Grund Wasserverdrangung

Ladung ,

Tiefgang allgemein Tiefgang der Leichter .Wasserhahe

Transportgutegrad bezogen auf La Transportgutegrad bezogen auf V

Geschwindigkeit am Anfang Zeit

Beschleunigung

Auf3erer Wendekreisdurchmesser Durchmesser des Schwerpunktes Winkelgeschwindigkeit

Au swe chweg

Gesamtlange des Verbandes

Leistung in Vortriebskraft sue auf 3

Pro-peller zu verteilen. Bei nur

geringftigi-ger Verlangeringftigi-gerung des Rumpfes scheint

eine groBere Breite und damit ein

genU-gend groBer Abstand zwischen den

Propellern dann erhebliche Vorteile zu bringen, wenn auch der

Schlankheits-grad des Hinterschiffes in geeigneter

Weise verbessert wird. Hierfur sind die

Schwesterschiffe HANIEL 15" und

HANIEL 16" beispielgebend.

Unabhangig von der Wertigkeit der

Schubboote untereinander ist jedoch

die Tatsache der hohen

Verkehrslei-stung unbestritten, wenn man bedenkt, da6 selbst das sogenannte GroBmotor-schiff hochstens einen

Transportgate-grad von 20 tkm/kWh erzielen kann, gegenijber 40 tkrn/kWh bei HANIEL

16" und 33 tkm/kWh als Mittelwert aller Schubboote bei Mittelwasser.

Da alle 6 Schubboote Hochleistungs-heck- und Flankenruder besitzen, war

ihre Manovrierfahigkeit zur Erf011ung

betrieblicher Notvvendigkeiten sehr gut, wobei auch hier Unterschiede nachge-wiesen wurden. Ebenso gute Werte er-brachten auch die Stoppversuche. Die

Stoppwege bzw. die VerzOgerungs-werte sind besser als der fruher

ermit-telte Durchschnittswert, der zugleich

auch als Grenzwert angenommen wurde.

[kW] [kW] [min-1] [rn2] [m2] [km/h] [km/h] [1n3] [t] [m] [m] [m] [tkm/kWh] [Vkm/kWh] [km/h] [s oder min] [m/s2] [hi] [m] [°/min] Irril Inl] 11

VBD-Literatur zum Thema

Schale: Manovrierversuche mit starren Schubverbanden

Hansa, Heft 47/48/1960

Heuser: Modellversuche mit etarren Schub-verbanden

Schiff und Hafen, Heft 5/1960

Heuser:, Die Entwicklungstendenzen im Mas-sengutverkehr auf BinnenwasserstraBen

Schiff.und Hafen, Heft 5/1961

Schale: Untersuchung der

Manovriereigen-schaften von geschobenen Fahrzeugen Forschungsbericht des Landes NRW Nr.1072 Heuser: Vedoesserung der

.Manovrierfahig-keit von Schubverbanden der

Binnenschiff-fahrt

Schiff und.Hafen, Heft 1/1963

Schale: Naturgrof3e Versuche mit

Schub-verbanden auf dem Rhein Schiff und Hafen, Heft 11/1964

Schale: Fahrverhalten yon Schubverbandeel in Stromkrummungen

-.Zeitschrift fur Binnenschiffahrt und Wasser-straBen, Heft 7/1971

Schneekluth: ,Mandyrierverhalten von Gro13-schubverbanden

Zeitschrift far Binnenschiffahrt und

Wasser-straBen, Heft 8/1971

,Schale: Nautische Versuche mit . groBen Schubverbanden auf dem Rhein

Schiff und Hafen, Heft 6/1972

Luthra: Aktive Gelenkverbindungen zwischen Schubboot und Leichterverband zue Verbes-serung des Manovrierverhaltens

Zeitschrift für Binnenschiffahrt und

Wesser-straBen, Heft 1/1973

Schale:. NeturgroBe, experimentelle Unter-suchungen zur Ermittlung der

Fahrwasser-breite in KrUmmungen stromender Gewasser Schiff und Hafen, Heft 8/1972

Schele: Fahrdynamische Untersuchungen

Uber die Formationsbildung von

Schubver-banden im Talverkehr

Eigenveraffentlichung in Sonderheft 4

Binek: Systematische

Modellversu-che mit Schubleichterverbanden

' Schiff und Hafen, Heft 11/1976

Luthra: Untersuchung der

Nachstromver-halt-nisse an Drei- und Vier-Schrauben-Schubbooten