In
sogenannte Koppelverbande zu bilden. Bei Zweischraubern mit hoher Antriebsleistung ist die Möglichkeit gegebene auch zwei oderAnlehnung an die SchubschitTahrt wird auch bei den Selbstfahrern dazu übergegangen, durch Vorspannen eines Schubleichters drei Leichter in einem Verband zu schieben. Dies bewirkt eine Verbesserung des Transportgütegrads und damit eine Verringerung der effektiven Selbstkosten. Gleichzeitig wird die flächenbezogene Verkehrsdichte verringert und demzufolge die Verkehrssicherheit er-höht.Allerdings entstehen auch einige Unwägbarkeiten durch die Fortbewegung von zwei oder drei Leichtem in einem Koppelverband. Dies ist vor allein durch die geringere spezifische Antriebsleistung der Koppelverbände im Vergleich zu konventionellen Schubverbänden zu sehen. Wegen der Unsymmetrie bei den meisten Formationen treten aus manövriertechnischer Sicht ebenfalls neuartige Merkmale auf.
Untersuchte Verbandsformationen
Durch die Längenbeschränkung auf dem Rhein (RhSchPVO) und die Standardisierung der Schubleichter ergibt sich für ein Schubmotorschiff die Länge von 108,5 m. Die Formationen unter-scheiden sich in Manövrierfähigkeit und Leistungsbedarf. wobei in der Bergfahrt auf dem Rhein der Leistungsbedarf und die Kursste-tigkeit und bei der Talfahrt die Manövrierfähigkeit im Vorder-grund stehen. Bei solchen Verbänden mit Schubmotorschiffen ergeben sich nachfolgend aufgeführte Formationen.
Formation 6: Bild i Il I Formation 7:
1h
J
J244. Mittcilungder Versuchsanstalt für Binnenschiffbaue.V.. Duisburg Institutan der
Rheinisch-Westfälischea Technischen Hochschule. Aachen. Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V.. Köln
Der vorliegende Beitrag ist eine Kurzfassung des VBD-Bcrichtes i 198
Dic Arhettsgenteinschafl Industrieller Forschungsvercinigungen e.V.. Köln. hat der Versuchsan-stab fur Btnnenschiffbaa e.V.. Duisburg, auf deren Antrag in dankenswerter Weise dic Durchfüh-rung des Versuchsprogramms ermöglicht und das Vorhaben aus Mitteln des Bundesministeriums
für Wirtschaft gefördert.
Der vollstiindigc Bericht kann zum Selbstkostenpreis zuzüglich Porto und MWSt. von der
Ver-suchsanstait für Binncnschiffbau e.V.. Klöcknerstr. 77. 411111 Duisburg 1. bezogen werden.
Versuche
Die Versuche sind größtenteils im Vuile Gat (Niederlande) durchgeführt worden, da hier geringe Strömungsgeschwindigkei-ten herrschen und eine annähernd konstante Wassertiefe von h =
11.0 m vorhanden ist: die Störungen der Messungen durch hegeg-nende und überholende Fahrzeuge sind ebenfalls auf ein Minimum begrenzt. Bei allen Versuchsfahrten lag die Windgeschwindigkeit unter Bft. 2, aus wechselnden Richtungen. Die Vergleichbarkeit der Versuche ist hierdurch gegeben.
Propulsion
Die Leistung wird erfaßt durch Drehmomentmessung an der Propel lerwelle bzw. durch Ermittlung des Brennstoffverbrauchs während der Durchfahrt einer abgesteckten Meßstrecke. Hier muß man bemerken, daß die letztere Meßmethode zu leichten Abweichungen führt, aber geringeren Aufwand erfordert. Manövrieren
Zum Vergleich der Manövrierfähigkeit werden Schlängelversu-che durchgeführt. Die SchlängelversuSchlängelversu-che erfolgen mit 20° Ruder-winkel, wobem die Kursabweichung, bei der das Stützmanöver durchgeführt wird, 10° beträgt. Der Kursverlauf, die Drehge-schwindigkeit und der Ruderwinkel werden protokolliert (Bild 2).
Versuchsergebnisse Propulsion
a) GMS und ein Leichter (Bilder 3 und 4)
Hier erkennt man bei der Auftragung über den
verdrängungsbe-Bild 2: Standard-Manövrierversuch mit einem 2-S.GütermotorscliitT
no ii cv 30. son
'0.--_
SCHEMATISCHE OARSTELLUNStH..
:0550 90 lID lID i. 0 love]
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... Formation i I i Formation 2: Formation 3: -JI]
-J Formation 4:Formation 5:a)
Lab.
y.
Scheepsbouwkunde
ARCHIEF
und Wasserstraßen - Nr. 5 - 1988
Naturgroße Untersuchungen des ein- und
mehr-spurigen Schubverkehrs auf dem Rhein, wobei das
Großmotorschiff das Streckenschubboot ersetzt*
Bild 3: Spezifischer Transportgütegrad der Verdrängung bei Verbän-den mit einem Leichter
zogenen Transportgütegrad, daß die Formation i immer günstiger ist als die Formation 2. Gleichzeitig stellt man fest, daß der Trans-portgütegrad der einspurig-zweigliedrigen Verbände von der Formgebung der Unterwasserschiffe der Schubleichter und der Gütermotorschiffe abhängig ist.
Bild 5: Spezifischer Transportgütegrad der Verdrängung bei Verbän-den mit zwei Leichtem
Bild 4: Verdrängungsspezifische Leistung bei Verbänden mit einem Leichter
b) GMS und zwei Leichter (Bilder 5 und 6)
Die Formation 4 hat den ungünstigsten Transportgütegrad. der auf das L/B-Verhältnis zurückzuführen ist. Formation 3 weist nur eine geringfügige Verbesserung des Transportgütegrads auf. Da Formation 5a nur mit Fahrzeugen. die eine abweichende
Schiffs-Bild 6: Verdrängungsspezifische Leistung bei Verbänden mit zwei
Leichtem loo 90- 80-60 50-40 30- 20- lo-o r t km o Formmflon i O Formation 2 { kW- h]
4
VdW 9 10 11 I 12 I I U 13 14 15 16 [km/h] 0,3 -P8 [kw] m I o rmatUon i o Formutio, 2 / 0,25-JI
/o
/
/
/
/
/
0,15-/
/
0,1 -W 10 i1i 12 ib 114 ib 16 [km/h] 0 3 - 0,25- 0,2- 0,15-0,1 P8 1kw][iJ
o.
FormationFo-rnatior Formation Formation 3 4 5 b 6 VdW/
-cELH
9 ib ii 112 ib 14 15 16 [km / h] 10090 - 80- 70- 60- 50- 4030 -20 10-O -rt.km] o Formation Formation Formation Formation 3 4 5 b 6-- ---.
I___
VdW 9 I 10 I ii 12 I 13 I 14 1 15 I 16 [km/h]Bild 7: Spezifischer Transportgütegrad der Verdrängung bei Verbän-den mit drei Leichtem
und Leichterform besitzen, untersucht wurde, kann man keinen direkten Vergleich mit der Formation 5b anstellen Bezüglich For-mation 3 zeigt sich allerdings bei Anordnung 5a eine Verschlechte-rung, bei Formation 5b eine Verbesserung des Transportgüte-grads. Mit Formation 6 hat man die Konfiguration mit dem
gering-Bild 9: Transportgütegrade untersuchter Verbandsformationen
Bild 8: Verdrängungsspezifische Leistung bei Verbänden mit drei
Leichtem
sten Leistungsbedarf im Rahmen der untersuchten Anordnungen für die Beförderung von zwei Leichtem. Dies resultiert aus der günstigeren Schiffsform des Großmotorschiffes im Gegensatz zu den Leichtem und den geringeren Wirbelverlusten bei zwei Leich-tern, die Heck an Heck gekoppelt sind, als bei einem Leichter.
A
lp Obi 20p2291 B
OIS
Bild 10: Standard-Manovrierversuch: Formation i und 7
B [kWi 0,3-
0,25-/
0,2- C_L._. 'iL0,15-/
0,1-VdW o ib i 12 1 i 15 16 [km/h] '0.2sAb lb Ab SIb Ab SIb Ab SIb Ab SIb Ab lb
ip 201 P 291
a'
IP Ogl OIp 291 lIp 291 21p 201
1.5
IIth OES
1,2 12
0.5
Ab SIb Ab SAS Ab Ib Ab SIS Ab S'O Ab Sta
2Ai lIp/Ogi 2opi29I lp 291 19
r
roi LJTV L /O 160- 1501Lo - 130- 120- 110-100 90-8070-
60-
5040 30 - 20-10- 2 3 4 SQ Sb 6 7 o For mation[i [4°/mm]
6140]
[40)
Bild 11: Gerade Streckenfahrt: Formation 1, Rhein zu Berg GMS und drei Leichter (Bilder 7 und 8)
Dic zweispurig-zweigliedrige Formation eines Großmotorschif-fes mit drei Schuhleichtern ist im Vergleich zu anderen Verbänden sowohl hei der Betrachtung des Transportgütegrades als auch beim spezifischen Leistungsbedarf die günstigste Verbandsanordnung.
Transportgütegrad
Aus Bild 9 kann man die Erhöhung des Transportgütegrades der jeweiligen Leichterkonfigurationen entnehmen, wobei die einspu-rig-zweigliedrige Formation (Formation 1) aus GMS und einem Schuhleichter als Vergleichsbasis zugrunde gelegt ist.
Manövrieren (Bild 10)
dirnensionslose Anschwenkzeit A
Aus dem nachfolgenden Bild erkennt man. daß die
dimensions-[ose Anschwenkzeit heim einspurig-zweigliedrigen Verband immer größer ist als beim zweispurig-zweigliedrigen Verband. Außerdem ist beim Verband mit drei Schubleichtern durch die asymmetrische Propelleranordnung die Anschwenkzeit nach Backbord kürzer als nach Steuerbord.
dimensionslose Stützzeit B
Bei der einspurig-zweigliedrigen Formation ergeben sich im Vergleich zur Maximalformation stets größere dimensionslose Stützzeiten. Die Asymmetrie des zweispurig-zweigliedrigen Ver-bandes zeigt sich in der Regel mit kürzeren Stützzeiten bei Sth-Schlängeln, da hier die Drehbeschleunigung durch das Anschwen-ken (Uberschwingwinkel) nicht so groß ist wie bei Bb-Schlängeln.
dimensionslose Drehgeschwindigkeit C
Aus dem nachfolgenden Bild ist zu entnehmen, daß die dimen-sionslose Drehgeschwindigkeit beim Durchgang durch den 00 Kurs bei der zweispurig-zweigliedrigen Formation immer größer ist als bei der einspurig-zweigliedrigen Formation. Dies entsteht durch den Einfluß der Breite auf die Normierung der dimensionslosen Kennwerte. Die dimensionshehafteten Werte sind bei der einspu-rig-zweigliedrigen Formation allerdings höher als hei der zweispu-rig-zweigliedrigen Formation.
dimensionslose A usweichzeit E
Aus den durchgeführten Schlängelversuchen ergehen sich bei der einspurig-zweigliedrigen Formation größere dimensionslose Werte als bei zweispurig-zweigliedrigen Verbänden. Dies entsteht durch die Normierung unter Berücksichtigung der Breite. Die dimensionsbehafteten Zeiten sind bei beiden Formationen in der gleichen Größenordnung.
Bild 12: Gerade Streckenfahrt: Formation 7, Rhein zu Berg Überschwingwinkel a,
Bei der Auftragung des Uberschwingwinkels ist keine größere Abweichung zwischen einspurig-zweigliedrigen und zweispurig-zweigliedrigen Verbänden zu erkennen. Der Maximalwert liegt hier bei ca. 100.
dim ensionsloser Querversa tz Q'
Der dimensionslose Querversatz während des Schlängelversu-ches ist beim einspurig-zweigliedrigen Verband in der Regel grö-ßer als bei der zweispurig-zweigliedrigen Formation, was bei den dimensionshehafteten Werten nicht eindeutig ersichtlich ist. Kursstetigkeit
Die Kursstetigkeit eines Verbandes hängt zum größten Teil von dem Längen-Breiten-Verhältnis. also der Leichteranordnung ab. Dies bedeutet, daß z. B. bei Verbänden mit einem Leichter Forma-tion i eine größere Kursstetigkeit als FormaForma-tion 2 besitzt.
Bei Fahrten in Formation i zeigt sich auch, daß ein gerader Kurs mit mittlerem Ruderwinkel von 00gesteuert werden kann, woge-gen bei asymmetrischen Formationen - wie Formation 7 - das Ruder auf einen mittleren Winkel von ca. 3 40 steuerbordgelegt
werden muß, um einen Kurs von 00 zu steuern. Hierbei ist durch die Drift des Verbandes eine größere Fahrbahnbreite erforderlich als bei einem konventionellen 4-Leichter-Verband mit Schubboot.
Zusammenfassung
Zusammenfassend kann man feststellen, daß die neueren Zwei-schrauben-Großmotorschiffe sich zum Fortbewegen von zwei oder drei Leichtem eignen. ohne einen besonderen Gefahrenpunkt für den restlichen Verkehr darzustellen.
Als Formation bei der Fahrt mit einem Leichter sollte im Hin-blick auf Leistungsersparnis und Kursstetigkeit die Formation i sowohl in der Berg- als auch in der Talfahrt verwendet werden. Sie ist fahrtechnisch durch die symmetrische Anordnung einfacher zu kontrollieren.
Bei der Fahrt mit zwei Leichtem E II bzw. E Ha sollte man Formation 6 wählen, da hier die besten Ergebnisse der Propulsion vorliegen.
Bei Formation 7 sollte eventuell eine Verschiebung der beiden Bh-Leichter, vor allem hei kürzeren GMS. nach vorne in Betracht gezogen werden, um eine günstigere Anströmung der Propul-sionsorgane zu gewährleisten.
ttimm] timm] timm]
5. 5 5 4. 4 4 3) 3 3 2 2 2 1 1 1 Stb Bb ib Stb Bb 210123456 StbBb 100 10 ['4°/min]
§[40]
414°] s 2 timm] t[min] 5 4 3 2 1 2-.75 -1 t [n in] 4 3 Stb Bb 2010 01020 Stb Bb 10 5 0. 5 Stb Bb 201 O f020Ansonsten erweist sich diese Formation als sinnvolle
Alterna-tive zur normalen Schubformation aus Schubboot und vier
Leichtem, insbesondere unter Berücksichtigung der größeren Ladungsmengen, die das schiebende GMS gegenüber einem Schuhleichter transportiert.
1m Hinblick auf die Fahrt eines Schubbootes mit sechs Leich-tern auf dem Niederrhein wird natürlich auch das GMS mit fünf
Leichtem ins Auge gefaßt. Hierfür dürfte bei maximaler
Ver-drängung die Leistung allerdings zu knapp bemessen sein, wie sich bei einer Versuchsfahrt mit fünf Schuhleichtern und mit geringerer als der maximal möglichen Verdrängung herausstellt.
Literatur
Pfennigsdorf. J. ..Schuhschiffahrt", Handbuch der Werften. Band 11/1964 Schäle, E ,.Großversuche mit dem Motorgüterschiff-Schubverband Dr. Geier"'. Schiff und Hafen. Heft 411965
Sichere Fahrt mit großen Schubverbändcn. Zeitschrift für Binnenschiffahrt und
Wasserstraßen. Hefte 7 bis 10/1971
Schäle. E ...Naiurgroße Vergleichsuntersuchungen mit drei Groß-Schuhhooten in stehendem und strömendem Wasser'. Zeitschrift für Binnenschiffahrt und
wasser-straßen. Heft 3/1981
Luthra. G. Systematische Ermittlung und Zusammenstellung der charakteristi-schen Steuerkenngrößen von Binnenschiffen und Sehubverbänden" (Teil 1).
HANSA, Heft 7/1982
Heuser. H. ..Einsatz von Sehiffsverbänden in der Binnenschiffahrt aus hydrodyna-mischer Sieht". Jahrbuch der STG. Bd. 77/1983
Heuser. H. Energiecinsparung bleibt vorrangiges Forschungsthcma für die Bin-nenschiffahrt", Zeitschrift für Binncnschiffahrt und Wasserstraßen. Heft 9/1983 Luthra. G . .,Systematische Ermittlung und Zusammenstellung der charakteristi-schen Steuerkenngrößen von Binnenschiffen und Schubverbänden" (Teil H). Zeit-schrift für Binnenschiffahrt und Wasserstraßen, Heft 4/1985
Zöllner. J... Naturversuche zur Ermittlung der Kupplungskräfte bei Schubverbän-den in der Binnenschiffahrt". VBD-Bericht 1194. Febr. 1987
Abkürzungen
B E E II, E LIa GMS hrnLa
PB max Q Q, RhSchPVO s Stb SL ta t5 tA T T V. Vdw VG lsp/2g1 2sp/2gl cx. w bR 1Ml s] si si si s] m]m; tj
km/h] km/h]-
a . B dimensionslose Stützzeit VdW= 5
VLüa , Breite über alles Backbord dimensionslose Drehgeschwindigkeit i4 V'LÜ. Bn,, 57,3 VW dimensionslose Ausweichzeit Vdw VLÜ«Typleichter Europa II, Europa lia Gütermotorschiff
Transportgütegrad der Verdrängung
3,,L. Vdw Pl3
mittlere Wassertiefe Länge über alles Antriebsleistung maximale Antriebsleistung Que rversatz dimensionsloser Querversatz
=0
V'Lua B,
Rheinschiffahrtspolizeiverordnung Weg Steuerhord Schubleichter Zeit Anschwenkzeit Stützzeit AusweichzeitZeit für eine Kursschwingung mittlerer Tiefgang des Verbandes Verdrängung
Fahrgeschwindigkeit durch das Wasser Fahrgeschwindigkeit über Grund einspurig-zweigliedrig zweispurig-zweigliedrig Uberschwingwinkel Kurswinkel Drehgeschwindigkeit Ruderwinkel A dimensiorislose Anschwenkzeit vdw B,, [ml Bb C t' km kW ' h [m] [ml [kW] [kW] [m]
