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Antriebsanlagen

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Schiffsbetriebstechnik

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Zusammenfassung

Bei seiner Fahrt durch das Wasser muss das Schiff gegen Wind und Wellen arbeiten. Das Wasser am Unterwasserschiff sowie die Luft am Überwasserschiff bewirken durch ihr Strömungsverhalten Reibungswiderstände am Schiffskörper, die letztlich durch die Antriebsanlage zu überbrücken sind. Die Dimensionierung und Auslegung dieser Anlage und insbesondere des Leistungserzeugers ist vom Schiffswiderstand abhängig. Die auf das Schiff einwirkenden Widerstände werden im Folgenden näher dargestellt, bevor die gängigen Konzepte zur Leistungserzeugung beschrieben werden. Der von der Antriebsanlage zu überbrückende Gesamtwiderstand, den Luft und Wasser der Bewegungsrichtung des Schiffes entgegensetzen, ist komplex und setzt sich aus diversen Einzelwiderständen zusammen. Die Bedeutung des Schiffswiderstandes sowohl aus ökologischer wie auch aus ökonomischer Sicht sowie die einzelnen Widerstandskomponenten werden nachfolgend näher betrachtet. Über die See läuft 90 % des Weltgüterhandels. Allein die deutsche Handelsflotte besteht heute aus ca. 3350 Schiffen [34]!

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Notes

  1. 1.

    Fregattenkapitän Sauerborn im Rahmen eines Vortrages an der Führungsakademie der Bundeswehr am 14.01.2010 in Hamburg.

  2. 2.

    Die Betriebskosten setzen sich neben den Treibstoffkosten u. a. aus Heuer für die Mannschaft, Abzahlung von Krediten, Reparatur- und Wartungskosten, Vertragsstrafen bei verspäteter Lieferung und vielem mehr zusammen; vertiefend hierzu [54].

  3. 3.

    Was im Einzelfall hierbei möglich ist, ist von vielen Faktoren abhängig, wie z. B. das vorgesehene Fahrtgebiet (so beschränkt allein ein Durchfahren des Panamakanals die Ausmaße eines Schiffes), aber auch letztlich der Investitionswille des Reeders.

  4. 4.

    Bei jeder Verbrennung entsteht u. a. das klimarelevante Gas CO2.

  5. 5.

    Siehe Abschn. 5.2.3.

  6. 6.

    Aus dem engl. „resistance“.

  7. 7.

    Allgemein auch Strömungswiderstand genannt.

  8. 8.

    Meier-Peter in [18, S. 354]; daneben gibt es häufig auch vereinfachte Ansätze, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.

  9. 9.

    Meier-Peter in [18, S. 356].

  10. 10.

    Meier-Peter in [18, S. 356].

  11. 11.

    Meier-Peter in [18, S. 356 f.].

  12. 12.

    Meier-Peter in [18, S. 354].

  13. 13.

    Frischwasser bei 20 °C 1000 kg ∕ m3, Seewasser bei 20 °C etwa 1026 kg ∕ m3.

  14. 14.

    Turbulente Strömung = wirbelige Strömung; laminare Strömung = die Stromlinien verlaufen parallel zur Hauptbewegung.

  15. 15.

    Bei großen Schiffen liegen die Reynolds-Zahlen im Bereich bis zu 109.

  16. 16.

    Vertiefend dazu Eck in [6, Band I, S. 322, 300 ff.].

  17. 17.

    Bei 10 °C etwa \(1{,}3\cdot 10^{-6}\,\mathrm{m^{2}/s}\).

  18. 18.

    Satz von der Erhaltung der Energie. Die B.-G. besagt, dass in einer stationären Strömung die Summe aus statischem und dynamischem Druck konstant ist und dem Gesamtdruck der ruhenden Flüssigkeit entspricht; näheres dazu [20, S. 108].

  19. 19.

    Meier-Peter in [18, S. 355].

  20. 20.

    Näheres dazu Eck in [6, Band I, S. 326]; sie liegt im Allgemeinen zw. 0,20 und 0,35.

  21. 21.

    In der Literatur wird als Gesamtwiderstandsbeiwert für heutige Schiffe ein C-Wert zwischen 0,03 und 0,05 angegeben (vgl. a. [27]).

  22. 22.

    Alle üblichen Schiffe der Großschifffahrt wie Passagierschiffe, Frachter etc.

  23. 23.

    1 sm = 1 Seemeile = 1,852 km.

  24. 24.

    Meier-Peter in [18, S. 354]; dieser liegt etwa zw. 0,65 und 0,75; s. auch [41].

  25. 25.

    Meier-Peter in [18, S. 357].

  26. 26.

    Siehe auch [48].

  27. 27.

    Der niedrige Ansatz von RZ und RL beruht zum einen darauf, dass dieses Schiff keine Ruderblätter für Steuerbewegungen hat, sondern mit Propellern versehene um 360° drehbare Gondeln, zum anderen dürfte der geringe Luftwiderstand aufgrund der doch ziemlich strömungstechnisch optimal gestalteten Aufbauten gerechtfertigt sein; ferner Eck in [6, Band I, S. 326].

  28. 28.

    Aus [6, Band I, S. 324] für reempfindliche Körperform.

  29. 29.

    Das ist ein realistischer Wert – die Titanic hatte einen Widerstandsbeiwert von C = 0,3; vielfach wird für überschlägige Berechnungen nur nach Gl. 5.1 mit der projizierten Unterwasserquerschnittsfläche verfahren, ohne nach den einzelnen Widerstandsanteilen zu differenzieren, was für die Praxis hinreichend genaue Ergebnisse liefert [32, 38].

  30. 30.

    Annahme aufgrund des besonders effizienten „Gondelantriebs“.

  31. 31.

    Selten – eher im Sportbootbereich – auch Ottomotoren.

  32. 32.

    Erkennbarkeit für feindliche Detektionssysteme (z. B. Infrarotsignatur durch Wärmeabstrahlung, Geräuschsignatur durch akustische Kopplung).

  33. 33.

    Aus dem engl. „pod“ = Gehäuse; „azi“ ist eine Anleihe aus dem Arabischen und soll ausdrücken, dass die Gondel in alle Winkel (360°) drehbar ist.

  34. 34.

    Um eine einheitliche Lebensdauer von Getriebe und Motor zu erreichen, müssen die erforderlichen Drehmomente M um den jeweiligen Betriebsfaktor f B bei den verschiedenen Betriebslasten erhöht werden, um das maximal zulässige Getriebedrehmoment nicht zu überschreiten.

  35. 35.

    Siehe zum Folgenden auch Abschn. 5.3.1.

  36. 36.

    Siehe zum Folgenden [57].

  37. 37.

    Näher dazu auch [49].

  38. 38.

    Siehe auch eine zwar alte, aber interessante Zusammenstellung in [5].

  39. 39.

    Ausführlich zu Schiffsdieseln s. a. Behrens und Boy „Schiffsdieselmotoren“ in [23, S. 22 ff.].

  40. 40.

    Kraemer „Dieselmaschinen“ in [6, Band II, S. 141 f.].

  41. 41.

    Zum Beispiel als Außenborder bei kleinen Sportbooten eingesetzt.

  42. 42.

    Zu den vorstehenden Verfahren s. a. Kraemer in [6, Band II, S. 142].

  43. 43.

    Kraemer in [6, Band II, S. 145].

  44. 44.

    Vertiefend auch [56].

  45. 45.

    Siehe auch [73].

  46. 46.

    Siehe dazu vertiefend wieder Kraemer in [6, Band II, S. 147 ff.], ferner [36].

  47. 47.

    Vgl. auch [69].

  48. 48.

    LNG, engl. „liquefied natural gas“.

  49. 49.

    OT = oberer Totpunkt des Kolbens.

  50. 50.

    Wie bei den heute bereits außer Dienst gestellten Lenkwaffenzerstörern der Deutschen Marine LÜTJENS, MÖLDERS und ROMMEL.

  51. 51.

    Vertiefend dazu [9, S. 336 ff.].

  52. 52.

    Siehe zu den Anwendungsbereichen und zu speziellen Ausführungen auch [72].

  53. 53.

    Siehe z. B. [29].

  54. 54.

    Das Folgende aus [42]; zum Pulswechselrichter näher auch [40, 44].

  55. 55.

    Zu Funktion und Aufbau von Frequenzumrichtern siehe vertiefend [46].

  56. 56.

    Zum Polrad s. weiter unten.

  57. 57.

    Ferner z. B. auch [67].

  58. 58.

    Das Normvolumen wird bezogen auf den physikalischen Normzustand: \(273{,}15\,\mathrm{K}=0\,^{\circ}\mathrm{C}\) und p = 1,01325 bar.

  59. 59.

    Windgeschwindigkeiten nach der Beaufort-Skala s. Anhang 13.

  60. 60.

    Siehe z. B. Fa. Ketten-Fuchs [78].

  61. 61.

    Dazu vertiefend [19, 77].

  62. 62.

    So z. B. auch bei den Fregatten der Kl. F 124 der Deutschen Marine.

  63. 63.

    Vertiefend zum Folgenden s. a. Meier-Peter in [23, S. 260 ff.].

  64. 64.

    Lehmann in [23, S. 892 ff.].

  65. 65.

    Vgl. Abschn. 5.4.2.7.

  66. 66.

    Der Nachstrom wird als Prozentwert der Schiffsgeschwindigkeit angegeben.

  67. 67.

    Ausführlich zu Wellenberechnungen s. a. Böge et al. in [3].

  68. 68.

    Siehe Abschn. 5.3 und auch „Nutzleistung und einige Kenngrößen des Dieselmotors“, Abschn. 5.3.1.

  69. 69.

    Vgl. dazu auch Böge et al. in [3, S. I 119 ff.].

  70. 70.

    Vertiefend zu Gleitlagern s. a. Böge et al. in [3, S. I 177 ff.].

  71. 71.

    Vertiefend zu Wälzlagern Böge et al. in [3, S. I 156 ff.].

  72. 72.

    Siehe beispielsweise [79].

  73. 73.

    Vertiefend dazu: „FAG – Montage von Wälzlagern“ [80].

  74. 74.

    Das Folgende aus [47].

  75. 75.

    Ausführlich dazu auch wieder Böge et al. in [3, I 181 ff.].

  76. 76.

    Werte für k s. a. [6, Band I, S. 739].

  77. 77.

    Siehe auch [58].

  78. 78.

    Vgl. vertiefend zum Folgenden auch [55].

  79. 79.

    Unter Mitarbeit v. Pfaff, R., B. Eng.

  80. 80.

    Zum Beispiel [17] oder auch [31].

  81. 81.

    Zum Folgenden näher auch [12].

  82. 82.

    Härte-Rockwell-Cone, ein Härteprüfverfahren, bei dem ein kegelförmiger Prüfkörper zur Messung der Eindringtiefe benutzt wird.

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  1. Abfallstromkontrolle, Bezirksregierung Detmold, Detmold, Deutschland

    Manfred Pfaff

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Pfaff, M. (2020). Antriebsanlagen. In: Schiffsbetriebstechnik. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-27052-0_5

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