Schiffsmaschine [3]


Schiffsmaschine [3]

Schiffsmaschine. Die Entwicklung der Schiffsmaschine in dem letzten Jahrzehnt hat eine Entscheidung zugunsten eines Normaltyps noch nicht gebracht; noch immer stehen Dampfkolbenmaschine, Dampfturbine und Oelmaschine – Dieselmaschine – in lebhaftem Wettbewerb gegenüber und ist neuerdings sogar in den Vereinigten Staaten von Nordamerika der elektrische Antrieb für größte Maschinenanlagen in Aufnahme gekommen. Neben wirtschaftlichen Grundlagen, Gewichts- und Raumersparnis, Einschränkung von Brennstoff- und Schmierölverbrauch, Ersparnissen an Bedienungspersonal, spielt die. Betriebssicherheit für die Wahl der Antriebsart eine Hauptrolle.

Für die Kolbendampfmaschine sind wesentliche Fortschritte in den letzten Jahren nicht zu verzeichnen, nachdem die Anwendung eines künstlichen Zuges mit vorgewärmter Verbrennungsluft und die gleichzeitige Anwendung überhitzten Dampfes die letzte Herabsetzung, des Kohlenverbrauchs auf 0,54 bis 0,56 kg/PSi/Stde. gebracht hatte. Mit Einführung des überhitzten Dampfes ist man allgemein mit dem Arbeitsdruck von 16 auf 14 und 13 kgqcm Ueberdruck zurückgegangen. Bei den vierfachen Expansionsmaschinen hat man die Gesamtexpansion auf das Zwanzigfache gesteigert, wobei das Verhältnis von Niederdruckzylinder zu Hochdruckzylinder auf 10 bis 10,5 gestiegen ist. Der Nachteil der Heißdampfmaschinen, reichlichere innere Schmierung gegenüber den Sattdampfmaschinen, führte zu besonderen Entölungsvorrichtungen des Abdampfes, um die Kessel von Oel rein zu halten [1] – [3].

[554] Für den Schiffsantrieb durch Dampfturbinen sind in den letzten Jahren wesentliche Verbesserungen und erfolgreiche Neuerungen zu verzeichnen, welche in der Hauptsache dahin zielen, durch den indirekten Turbinenantrieb die Drehzahl der Schraubenwelle herabzusetzen. Für die Dampfturbine als solche hat sich seit Jahren ein Einheitstyp herausgebildet, bestehend aus dem Hochdruckteil mit mehreren Druckstufen mit je 2–4 Geschwindigkeitsstufen nach Curtis und dem Niederdruckteil mit einer größeren Zahl von Druckstufen, die in der Regel mit Ueberdruck arbeiten, nach Parsons. Hat die Heißdampfturbine wiederholte Geschwindigkeitsabstufungen, so besteht dieser Teil aus mehreren Curtisrädern, bei einmaliger Geschwindigkeitsabstufung liegen diese Stufen auf einer radartigen Erweiterung am vorderen Trommelende. Die Rückwärtsturbinen weisen meist nur eine Geschwindigkeitsabstufung auf. Die Beaufschlagung ist beim Vorwärts- und Rückwärtsgang im Anfang nur eine partielle und geht allmählich in volle über. Hochdruck- und Niederdruckteil werden bei nicht zu großen Ausführungen in einem Gehäuse untergebracht, bei großen Anlagen verteilt man sie auf zwei Gehäuse, weil sonst der Rotor zu lang wird. Für Kriegsschiffe hat sich der Fortfall der Marschturbinen und die Leistungsverringerung durch Schließen der Umgehungsrohre für die ersten Ueberdruckstufen und durch geringere Beaufschlagung der Curtisräder bewährt. Auf neueren Kriegsschiffen verwendet man 3–4 verschiedene Beaufschlagungen mit 2–3 Umgehungsrohren. Das An- und Abstellen von Düsenkästen und Umgehungsrohren erfolgt meist gleichzeitig durch ein Handrad. Die Dampfüberhitzung ist für Schiffsturbinen so lange nicht empfehlenswert, als das Manövrieren mit Hilfe von langsam laufenden Rückwärtsturbinen erfolgt, da die Dampftemperaturschwankungen beim Anstellen der Rückwärtsturbinen mit langen Schaufeln sowie die durch den Wasserschlag entgehenden unkontrollierbaren Deformationen der Schaufeln beim Wechsel der Drehrichtung zu Schaufelhavarien führen können. Diese Nachteile werden durch die beiden erprobten indirekten Turbinenantriebe der Schiffsschrauben eingeschränkt bezw. beseitigt, da bei einem Uebersetzungsverhältnis von 7 : 1 bei Verwendung eines Föttinger Transformators oder 10 bis 25 : 1 bei Einschaltung eines Rädergetriebes die Schaufeln der schneller umlaufenden Turbinen kürzer ausfallen und die Zahl der Schaufeln und Zwischenstücke erheblich verringert wird. Auch kann, wie bei den Schnelläufern der Landturbinen in den Düsen der ersten Aktionsstufe ein so großes Dampfgefälle verarbeitet werden, daß von den beim Eintritt in das Turbinengehäuse noch vorhandenen Dampftemperaturen eine nachteilige Wirkung nicht mehr zu befürchten ist. Bei dem Föttinger Transformator fällt überdies wegen seiner Umsteuerbarkeit die Rückwärtsturbine fort. Der indirekte Turbinenantrieb hat daher auch wegen seiner größeren Betriebssicherheit in den letzten Jahren einen ungeahnten Aufschwung genommen, so daß er in wenigen Jahren nicht nur im Kriegsschiffbau sondern auch im Handelsschiffbau vorherrschend sein wird. Das gemischte Syftern für große Fracht- und Passagierdampfer, bestehend aus zwei Dampfkolbenmaschinen und einer Abdampfturbine, kann nur als ein Uebergangsglied zum indirekten Turbinenantrieb gelten und dürfte in Zukunft nicht mehr gebaut werden [1], [4]–[9].

Der Föttinger Transformator hat in seiner Konstruktion und Bauweise in den letzten Jahren keine wesentlichen Aenderungen erfahren. Sein Hauptvorzug besteht neben Erzielung eines Uebersetzungsverhältnisses von höchstens 7 : 1 in seiner Umsteuerbarkeit und seiner hohen Rückwärtsleistung (Dreiviertel der Vorwärtsleistung). Sein Wirkungsgrad beträgt 88–90%. Für Frachtdampfer kommt er wegen des beschränkten Uebersetzungsverhältnisses nicht in Frage, dagegen eignet er sich vorzüglich für schnelle Passagierdampfer und große Maschinenanlagen von Kriegsschiffen. Bedingen doch z.B. die Maschinenleistungen der Großen Kreuzer von 100000 PSe und darüber bei direktem Schraubenantrieb Turbinengehäuse oder Rotoren von so gewaltigen Abmessungen und Gewichten, daß man, wie seinerzeit bei den Kolbenmaschinen, an die Grenze einer praktischen Ausführbarkeit und befriedigenden Wirtschaftlichkeit gelangt ist, so daß man notgedrungen zur Herabsetzung der Abmessungen und Gewichte zu dem indirekten Turbinenantrieb seine Zuflucht nehmen muß. Hierfür genügt der Föttinger Transformator vollkommen. Neue Hauptvorzüge, zuverlässige Regulierung der Schiffsgeschwindigkeit durch Bewegen des Manövrierschiebers in eine Zwischenstellung, wobei die Antriebsturbine ihre Drehzahl beibehalten kann, sowie die schnelle und sichere Umsteuerbarkeit unter denselben Verhältnissen, und zwar von irgendeiner Kommandostelle des Schiffes aus, machen ihn für schnelle Passagierdampfer und Kriegsschiffe jeden Typs besonders geeignet [1], [18], [10]. – Die beachtenswertesten Fortschritte hat jedoch der indirekte Turbinenantrieb durch die Ausbildung eines betriebssicheren Räderzwischengetriebes erfahren. Durch genaue Herstellung der Verzahnung auf Spezialfräsmaschinen, durch sorgfältiges und selbstregulierbares Ineinanderarbeiten sowie künstliche Druckschmierung sind die Rädergetriebe in den letzten Jahren derart vervollkommnet worden, daß dieser Antrieb neben hoher Wirtschaftlichkeit auch eine vollkommene Betriebssicherheit gewährleistet. Ihr Verwendungsbereich ist fast unbegrenzt, da sich Rädergetriebe auch für Uebertragung hoher Kraftleistungen, z.B. für Kleine Kreuzer, mit Leistungen bis zu 45000 PSe als brauchbar erwiesen haben und das Uebersetzungsverhältnis durch Einschaltung weiterer Getriebe auf das Verhältnis 50 : 1 der Drehzahlen der Turbinenwelle zur Schraubenwelle gesteigert werden kann. Die Rädergetriebe eignen sich daher besonders für den Turbinenantrieb der Frachtdampfer, da bei diesen mit einer niedrigen Drehzahl der Schraubenwelle von 75 bis 100 gerechnet werden muß. Der Wirkungsgrad des Rädergetriebes von 98% ist ein sehr günstiger. Die Kohlenersparnis beträgt gegenüber direktem Turbinenantrieb 15–40% je nach der Wahl der Uebersetzung und der Verwendung von Heiß- oder Sattdampf. Daneben tritt infolge des geringeren Dampfbedarfs eine beträchtliche Gewichtsersparnis im Kesselraum ein, die bei einfachem Vorgelege und kleinen Maschinensätzen – etwa 500 PSe – bis zu 8,9% bei größeren Maschinenleistungen – 6000–7000 PSe – bis zu 17,8% beträgt und bei doppelter Uebersetzung bis zu 20% anwachsen kann, was gegenüber direkt wirkenden Dampfturbinen einer Gewichtsersparnis im Kesselraum von 12%[555] gegenüber Kolbenmaschinen jedoch einer solchen von 23 bis 25% entspricht. Bezüglich einer Gewichtsersparnis im Maschinenraum sind die Meinungen noch geteilt. Schließlich tritt für die gesamte Maschinenanlage eine Raumersparnis an Bodenfläche bis zu 10% ein. Diese für die Wirtschaftlichkeit des Schiffsbetriebes grundlegenden Vorzüge der mechanischen Rädergetriebe rechtfertigen durchaus den schnellen Siegeslauf bei Einführung dieser Anlagen nicht nur für Kriegsschiffe und schnelle Passagierdampfer sondern auch für langsame Frachtdampfer. Damit das getriebene Zahnrad nicht zu unförmig groß wird, wird der Durchmesser des Ritzels möglichst klein gewählt. Der Zahndruck pro Zentimeter Zahnlänge schwankt zwischen 60 und 250 kg, wobei nur ein Zahn im Eingriff gerechnet ist. Die Umfangsgeschwindigkeit des Zahntriebes schwankt von 10 bis 40 m pro Sekunde. Das Uebersetzungsverhältnis beträgt bei einfachem Vorgelege bei Frachtdampfern 20 : 1 bis 25 : 1, bei schnellen Schiffen mit hohen Maschinenleistungen 10 : 1 bis 7 : 1. Die Uebertragung von der Turbinenwelle auf die Schraubenwelle erfolgt meist von zwei Turbinensätzen (Hochdruck und Niederdruck) durch zwei Ritzel auf das große Zahnrad der Schraubenwelle. Da die Hochdruckturbine zweckmäßig mehr Umdrehungen macht als die Niederdruckturbine, so erhalten die Ritzel verschiedene Durchmesser und verschiedene Zähnezahlen. Bei Rückwärtsgang wird, da im allgemeinen nur die Niederdruckturbine eine Rückwärtsturbine führt, das große Rad einseitig angetrieben und läuft der Hochdruckritzel leer mit. Bei Anlagen über 20000 PSe ist eine Unterteilung der Turbinen wünschenswert, z.B. in 1 Hochdruck-, 1 Mitteldruck- und 2 Niederdruckturbinen, so daß beim Vorwärtsgang auf das große Rad 4 Ritzel, beim Rückwärtsgang 2 Ritzel arbeiten. Für die Herstellung der Verzahnung kommen nur Spezialmaschinen in Frage. Die Zähne erhalten kleine Teilung (etwa 20 mm) und werden schräge angeordnet im Winkel von 20–40°. Der Axialschub wird durch zwei hintereinander angeordnete Zahntriebe mit entgegengesetzter Zahnwinkelstellung ausgeglichen. Ein etwa ungleicher Eingriff beider Zahntriebe kann dadurch ausgeglichen werden, daß die beiden hintereinanderliegenden und aus einem Stück bestehenden Ritzel axial eine kleine Verschiebung zulassen, was durch einen entsprechenden Spielraum in der Ritzelwellenkupplung ermöglicht wird. Die Länge der Zähne in der Achsenrichtung ist sehr erheblich, bei großer Ausführung 1 m und mehr. Um ein gleichmäßiges Anliegen der ganzen Zahnlängen sicherzustellen, muß die innere Verdrehung der Ritzelwelle, die naturgemäß mit der Ritzellänge wächst, möglichst aufgehoben werden, da die großen Zahnräder nur eine minimale Verdrehung erfahren. Dies geschieht am wirksamsten nach dem Patent des Marinebaumeisters v. Bohuszewicz, indem die Ritzel als Hohlkörper gefertigt werden und jeder Ritzel nur in seiner Mitte durch einen schmalen Steg mit der durchgehenden Ritzelwelle verbunden wird. Hierdurch geht der Kraftfluß in jedem Ritzel von der Mitte nach den Enden, so daß die Verdrehung der beiden Ritzelenden sich ausgleicht. Die von Westinghouse bei seinen Schiffsgetrieben vorgesehene Lagerung der Ritzel in Schaukelrahmen, um die Ungenauigkeiten auszugleichen, die durch Verdrehung und Durchsenderung, nicht genauen parallelen Zusammenbau, Verlagerungen im Betriebe, Wärmeausdehnung und dergleichen auftreten können, ist bei den neueren Rädergetrieben aufgegeben. Dagegen ist die Schmierung der Zahngetriebe dadurch wesentlich verbessert worden, daß das Oel unmittelbar vor dem Eingriff der Zähne durch Streudüsen in das Getriebe eingespritzt wird, so daß bei hohen Umlaufszahlen beständig zwischen den Zähnen eine dünne Ockham bestehen bleibt und auf diese Weise die Zähne nicht miteinander in metallische Berührung kommen. Das Material der Ritzel besteht meist aus Nickelstahl von 63 kg Fertigkeit und 25% Dehnung. Die großen Räder werden aus geschmiedeten Stahlringen und gußeisernen Radkörpern durch warmes Aufziehen vereinigt. Alquist baut die großen Zahnräder, um einer ungleichmäßigen Druckverteilung vorzubeugen, senkrecht zur Achse aus einzelnen Scheiben zusammen, so daß durch Verdrehen der Scheiben gegeneinander eine gewisse Nachgiebigkeit sich ergibt. Nach allgemeiner Einführung des indirekten Turbinenantriebes für Frachtdampfer ist auch der Weg für die Einführung der Wasserrohrkessel in den Handelsschiffbau geebnet, da bei dem reinen Turbinenantrieb ein ölfreies Kondensat für die Kesselspeisung sichergestellt ist. Ein weiterer Schritt wäre dann die Einführung der Oelfeuerung, da diese sich für die Wasserrohrkessel im Kriegsschiffbau bewährt hat und zu einer bedeutenden Herabsetzung der Kesselraumgewichte bei bequemer Forcierung geführt hat. Da der Betrieb durch mechanische Zuführung des Brennstoffes von den Bunkern zu den Feuern wesentlich vereinfacht und dadurch das Heizen mit geringeren Mühen, aber größerer Gleichmäßigkeit durchgeführt werden kann, so könnte vom sozialen Standpunkt aus die Arbeit des Heizerpersonals erheblich günstiger gestaltet werden [1], [10], [12], [29]–[31].

Die technisch vollkommenste Lösung dieser Frage bietet freilich die Oelmaschine. Wenn trotzdem die Einführung derselben für den Antrieb der Schiffsschrauben in den letzten Jahren, abgesehen von den U-Booten, keine wesentlichen Fortschritte gemacht hat, so liegt dies teilweise in den zu hoch gestellten Anforderungen und Erwartungen sowie an den hohen Herstellungskosten, teilweise auch an den wiederholten Unterbrechungen der Betriebsbereitschaft infolge Havarien an den Zylindern und Zylinderdeckeln, an den Kompressoren und anderen Hilfsorganen der Maschine begründet. Hierzu kommt, daß die Kosten für das Treiböl in den letzten Jahren infolge der gesteigerten Nachfrage und der hohen Frachtsätze ganz außerordentlich gestiegen sind, daß der Verbrauch an Schmieröl gegenüber der Kolbenmaschine sehr groß ist und eine Ersparnis an Kosten für das fortfallende Heizraumpersonal durch ein zahlreicheres und höher gelohntes Maschinenpersonal kaum eingetreten ist. Auch hat man für den Handelsschiffbau sich noch nicht wie bei den Dampfturbinen zu einem einheitlichen Typ durchgerungen, so daß die mannigfachen deutschen Ausführungsformen der Schiffsdieselmaschinen nach dem Zweitaktverfahren die Betriebserfahrungen gegenüber einem Einheitstyp wesentlich verzögert haben. Aus diesen Gründen stehen die Reedereien zur Zeit der Einführung der Dieselmaschine für größere Seeschiffe durchaus ablehnend gegenüber, so daß in der Weiterentwicklung[556] des deutschen Großölmaschinenbaues ein Stillstand eingetreten ist. Die ausländische Industrie, namentlich die Schiffswerft von Burmeister & Wain in Kopenhagen und die Nederlandsche Fabrik von Werktuigen en Spoorweg Material (Werkspoor) in Amsterdam ist, da sie von Anfang an die Viertaktmaschine ausgebildet hat und mit dieser frühzeitig günstige Resultate erzielte im Schiffs-Dieselmaschinenbau noch immer gut beschäftigt. Wesentlich günstiger entwickelte sich in Deutschland der Bau der Dieselmaschinen für den Antrieb der U-Boote. Da diese Maschinen eine gedrungene Form und leichte Bauweise bedingen, so bildete sich für dieselben bald ein besonderer Typ heraus, der dann bei dem steigenden Bedarf während des Krieges zu wenigen Normaltypen vervollkommnet wurde. Wesentlich günstiger sind die Aussichten der Dieselmaschine für kleine Maschinenanlagen der Handelsmarine, da für diese der Dampfantrieb mit Turbinen wegen der hohen Umlaufszahlen der kleinen Maschinensätze Schwierigkeiten bereitet und der indizierte Wirkungsgrad in Prozenten des Heizwertes bei kleinen Dampfmaschinen wegen der größeren Kondensation ungünstiger ist. Für diese Anlagen treten aber bereits die reinen Verbrennungsmaschinen nach dem Verpuffungsverfahren sowie die Glühhaubenmotoren mit den Dieselmaschinen in einen erfolgreichen Wettbewerb, da der teuere Betrieb mit Benzin, Benzol oder Spiritus durch die leichte Bauart und zum Teil einfache Anlaßvorrichtung der [557] Maschinen sowie durch die bei diesen Fahrzeugen meist sich ergebende häufige Fahrtunterbrechung wieder ausgeglichen wird [14], [16], [19], [21]. Die zurzeit im Betrieb erprobten Schiffsdieselmaschinen sind mit ihren Hauptdaten in nebenstehender Tabelle zusammengestellt. Abgesehen von den Viertaktmaschinen von Burmeister & Wain arbeiten alle Maschinen im Zweitakt. Doppelt wirkende Zweitaktmaschinen sind zunächst nur auf dem Prüfstand gelaufen [1], [2], [23], [26], [33], [10], [13], [15], [22], [3]. Burmeister & Wain brachten bereits 1903 die ersten betriebssicheren Viertaktmaschinen auf den Markt. 1909 begannen sie mit dem Bau von Schiffsdieselmaschinen und haben dieselben durch systematische Durchbildung eine stete Leistungssteigerung pro Zylinder erfahren, so daß man bei der Fionia-Maschine (Fig. 1) von der 8-Zylinderanordnung auf die 2 × 3-Zylinderanordnung übergehen konnte, da sich diese Gruppierung für das Manövrieren am günstigsten gezeigt hat. Die Zylinder ruhen unter Zwischenschaltung einer Laterne auf den A-förmigen Ständern und sind mit dem Fundamentrahmen durch schwere Anker verbunden. Die unten offenen Arbeitszylinder sind durch den Laternenboden gegen das Kurbelgehäuse abgeschlossen. Alle gleitenden und rotierenden Triebwerksteile sind mit Preßschmierung versehen. Kolben und Zylindermantel werden durch Seewasser gekühlt und sind hierfür beim Kolben Tauchrohre vorgesehen. Die Umsteuerung erfolgt durch eine der Brownschen Urnsteuerungsmaschine gleiche Einrichtung. Die Kolbenstange des Preßluftzylinders der Umsteuermaschine verschiebt mittels doppelseitiger Zahnstange die Nockenwelle und verdreht zugleich die Umsteuerwelle. Die Brennstoffpumpen, für jeden Zylinder eine, werden gemeinsam durch Balanciers von einer der Uebertragungswellen der Nockenwelle angetrieben. Die Einblaseluft sowie die Anlaßluft liefert ein an der Kurbelwelle angehängter Reavellkompressor. Alle übrigen Hilfsmaschinen, im besonderen die für die Dieselmaschine und den Schiffsbetrieb erforderlichen Pumpen, sind von der Hauptmaschine abgetrennt und werden wie die sonstigen Schiffshilfsmaschinen, wie Rudermaschine, Winden, Ankerspill, elektrisch angetrieben. Die elektrische Energie hierfür liefern zwei Viertakt-Dieseldynamos. Für den Hafenbetrieb ist für Beleuchtungszwecke ein Glühhaubenmotor vorgesehen. Der klare, den Bordanforderungen weitgehendst Rechnung tragende Aufbau der beiden Hauptmaschinen von je 2000PSi sowie der restlos durchgeführte Grundsatz, alle[558] für den Maschinen- und Schiffsbetrieb erforderlichen Hilfsmaschinen selbständig zu machen und elektrisch anzutreiben, hat diese Viertaktmaschine besonders betriebssicher gestaltet und mit in die erste Reihe der heute erprobten Schiffsdieselmaschinen gerückt [10], [26].

Die im einfach wirkenden Zweitakt arbeitenden Dieselmaschinen für die in der Tabelle S. 556 aufgeführten Handelsschiffe von Gebr. Sulzer in Winterthur, Carels Freres in Gent, Germaniawerst in Kiel, Benz in Mannheim, Frerichs in Eiswarden, Blohm & Voß in Hamburg und A.-G. Weser in Bremen gleichen in dem Gesamtaufbau der Fionia-Maschine, sie weichen jedoch in der Konstruktion der Zylinder, der Kolben und Kolbenstangen bezw. Pleuelstangen, der Brennstoff-, Auspuff-, Anlaß- und Spülluftventile sowie in der Anordnung und dem Aufbau der Kompressoren, Spülpumpen, Treibölpumpen, welche saß alle an die Hauptmaschine angehängt werden, sowie in den Kühl- und Schmiereinrichtungen, der Anlaßvorrichtung sowie der Urasteuerung wesentlich voneinander ab. Die von Frerichs gebaute Junkers-Maschine fällt wegen der beiderseits offenen Arbeitszylinder, in dem sich zwei Kolben in entgegengesetzter Richtung bewegen, ganz aus dem bisher üblichen Rahmen heraus. Die im Bordbetriebe aufgetretenen Störungen sind weniger im eigentlichen Verbrennungssystem als in den für den Betrieb unbedingt erforderlichen Nebenanlagen zu suchen. Die in den Arbeitszylindern und an den Zylinderdeckeln im Betrieb aufgetretenen Risse, die auf Wärmespannungen, hohe Arbeitsdrücke, mangelhafte Kühlung oder plötzlichen Temperaturschwankungen im Zylinderinnern bei längeren Manövrierperioden zurückzuführen sind, werden sich freilich nicht ganz verhüten lassen, doch kann man durch reichliche Wasserspülung, Vermeidung der Verschmutzung der Wandungen im Kühlwasserraum, eventuelle Erhöhung der Wassergeschwindigkeit sowie durch geeignete Materialverteilung, Vermeidung zu großer Wandstärken und Gußanhäufungen den zerstörenden Einflüssen der Wärmespannungen vorbeugen. Die Schlitzspülungen an Stelle der Spülventile brachten eine Vereinfachung der Zylinderköpfe bezw. -deckel. Eine recht glückliche Lösung weist die Schlitzspülung von Sulzer auf, die aus zwei übereinanderliegenden Kanalsystemen besteht, von denen die unteren durch den Kolben gesteuert werden, während der obere Spülluftkanal während des Niedergangs des Kolbens geschlossen bleibt und sich erst öffnet, wenn die Spülung des Zylinders bereits begonnen hat. Beim Aufwärtsgang schließt dann der Kolben die unteren Spülschlitze sowie die Auspuffschlitze, während die oberen Spülschlitze noch weiter Spülluft in den Zylinder fördern, so daß der Zylinder eine von Verbrennungsgasen fast freie reine Luftladung für die folgende Verbrennung erhält (Fig. 2) [1], [15], [26]. – In der Frage der Schmierung gingen die Meinungen anfänglich auseinander, da die bei Landmaschinen übliche Druckschmierung den Gewohnheiten der Bordmaschinisten weniger entsprach. Die günstigen Ergebnisse der Druckschmierung haben schließlich zur allgemeinen Einführung derselben geführt. Die Lagerflächen für die Kurbelwelle, Kurbelzapfen, Kreuzkopflager bezw. Kolbenbolzenlager sind möglichst groß zu wählen, da die Lagerdrucke hoch ausfallen und immer auf ein und dieselbe Stelle der Welle oder des Zapfers wirken, ohne daß dieser eine Entladung erfährt. Bei den Zweitaktmaschinen bedingen neben den Kompressoren auch die Spülpumpen eine erhebliche Leistungsverminderung der Hauptmaschinen, etwa 30–40% der indizierten Leistung. Da ferner außer dem an der Hauptmaschine hängenden Kompressor ein größerer Reservekompressor notwendig ist, so ist die Entlastung der Hauptmaschine von Kompressoren und Spülpumpen erwägenswert, zumal der[559] Kompressor auch meist die Luft für Rudermaschine und Pfeife zu liefern hat. Bei der Dieselmaschine von Benz-Hesselmann müssen die Kompressoren und Spülluftpumpen mit der Hauptmaschine verkuppelt bleiben, da die Urasteuermanöver mit Hilfe der beiden doppeltwirkenden Spülluftpumpen erfolgen, denen an Stelle von Außenluft Preßluft zugeführt wird. Dies, bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die expandierende Anfahrluft die Arbeitszylinder selbst nicht abkühlt, wodurch Spannungsriffe in den Zylinderdeckeln und -wandungen vermieden werden und die Zündung; beim Anfahren erleichtert wird. Da die Zylinderdeckel nur noch das Brennstoffventil aufzunehmen brauchen, gestaltet sich der ganze Aufbau der Maschine sehr einfach [1], [26]. Die von der Werst von Blohm & Voß in gemeinsamer Arbeit mit der Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg geschaffene Zweitakt – Dieselmaschine für das Zweischraubenschiff »Secundus« der Hapag ist als Schnitt durch Arbeitszylinder und Spülpumpe in Fig. 3 dargestellt. Jede Maschine hat vier Arbeitszylinder und leistet 1300 PSe entsprechend einer indizierten Leistung von 1800 PSi. Die Arbeitszylinder, deren[560] Deckel und die Kolben bestehen aus Gußeisen; erstere werden mit Seewasser, die Arbeitskolben mit Frischwasser gekühlt. Jeder Zylinderdeckel hat ein Brennstoffventil, ein Anfahrventil, zwei Spülventile und ein Sicherheitsventil, die beiden Spülpumpen, von je 200 PSe Leistungsbedarf, werden vom Kreuzkopf mittels Schwingehebel angetrieben. Der zur Erzeugung der Einblaseluft dienende dreistufige Kompressor von Pockorny & Wittekind ist mit der Kurbelwelle gekuppelt; er erfordert 160 PSe. Die Grund- und Kurbellager der Maschine werden mit Drucköl, die Arbeitszylinder und Spülpumpen durch besondere Pumpen, alle übrigen Teile durch Tropfapparate geschmiert. Auch das zum Kühlen der Zylinder und Deckel benötigte Seewasser wird durch angehängte Pumpen befördert. Zum Anlassen und Umsteuern dient Druckluft von 30 Atm. Die Umsteuerung erfolgt auf mechanischem Wege mit Hilfe der Steuer- und Regelwelle [22], [26].


Schiffsmaschine [3]

Die Gegenkolben-Dieselmaschine System Junkers ist in Deutschland und in England für den Schiffsantrieb von verschiedenen Maschinenfabriken gebaut und mit Erfolg abgeliefert worden. Sie bietet gegenüber den anderen Dieselmaschinentypen beachtenswerte Vorzüge (Fig. 4). Durch die gegenläufige Bewegung der Kolben in einem an beiden Enden offenen Arbeitszylinder ergibt sich eine günstige Form des Verbrennungsraumes und eine vollkommene Ausspülung der Abgase durch die von den Kolben gesteuerten und an den Zylinderenden angeordneten Auspuffschlitze oben und Spülschlitze unten, so daß der Verbrennungsvorgang und der Brennstoffverbrauch sich günstiger regelt als bei dem gewöhnlichen Dieseltyp. Die Arbeitszylinder weisen dementsprechend außer dem Brennstoffventil und dem Anlaßventil nur noch ein Sicherheitsventil auf, die sämtlich in der mittleren Zone des Zylinders liegen, die bei der innersten Stellung der Kolben den Kompressions- und Verbrennungsraum bildet. Die Junkers-Maschine arbeitet daher auch mit dickflüssigem und asphalthaltigen Teerölen und geht die Maschine bei kalter Witterung nach wenigen Drucklufthüben in selbständigen Zündbetrieb über. Bei dem großen wirksamen Kolbenhub, der sich aus den Hüben der beiden Arbeitskolben zusammensetzt, ergibt sich eine kürzere Bauhöhe bei geringer Kolbengeschwindigkeit. Durch die eigenartige Gestängeführung – der untere Kolben wirkt mittels Pleuelstange direkt auf die mittlere Kurbel, während der obere Kolben vermittels einer Traverse durch beiderseits am Zylinder entlang gehende Führungsstangen auf die beiden äußeren Kurbeln wirkt – findet ein nahezu vollständiger Massenausgleich und damit eine weitgehende Entlüftung der Grundlager statt. Durch diesen Massenausgleich und die geringe Kolbengeschwindigkeit kann die Drehzahl der Maschine leicht erhöht werden, und sie eignet sich daher besonders für den Kleinbetrieb auch wegen seiner geringen Bauhöhe. Für große Leistung bietet die doppeltwirkende Tandemanordnung mit zwei Zylindern übereinander besondere Vorzüge. Auch hier erhält jeder Arbeitszylinder zwei Arbeitskolben, von denen die beiden mittleren an eine gemeinsame Traverse angeschlossen sind, deren längsschiff angeordnete Führungsstangen auf das äußere Kurbelpaar wirken, während der oberste und unterste Kolben durch ein querschiffs angeordnetes Führungsstangenpaar verbunden sind und die innere Kurbel treiben [14], [25], [26], [28], [1].

Im Kriegsschiffbau hat die Dieselmaschine zur Zeit nur für U-Boote die weiteste Verwendung gefunden. Die Bestrebungen, für den Antrieb von Linienschiffen große doppeltwirkende Zweitaktmaschinen zu schaffen, haben zum Teil Erfolg gehabt, doch hat eine Erprobung derselben an Bord noch nicht stattgefunden. Für U-Boote hat die einfach wirkende Zweitaktmaschine eine planmäßige Ausbildung erfahren und zu einer betriebssicheren Anlage geführt. Fig. 5 zeigt eine Zweitakt-Dieselmaschine für ein holländisches U-Boot von dem Werk Nürnberg der Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg. Die Anlage umfaßt zwei Maschinen von je 850 PSe Leistung bei 450 Umdrehungen; sie haben bronzene Kurbelgehäuse und wiegen nur 21 kg PSe. Jede Maschine besteht aus 8 Arbeitszylindern und 2 zweistufigen Kompressoren für die Einblaseluft und die Umsteuerluft, die von der Kurbelwelle direkt angetrieben werden. Durch Ausbildung der Arbeitskolben als Stufenkolben entstehen 8 einfach wirkende Spülpumpen, deren Spülluftleitungen miteinander verbunden sind. Der Spülpumpenkolben dient gleichzeitig als Gradführung[561] für den Arbeitszylinder und nimmt den Kolbenbolzen auf, so daß dieser der heißen Zone des Arbeitszylinders entzogen ist und in seinen Abmessungen reichlicher bemessen werden kann. Zylinder und Zylinderdeckel bestehen aus einem Stück, da bei Ueberholungen wegen des Stufenkolbens doch der ganze Zylinder abgenommen werden muß. Die Stufenkolben haben zwar den Nachteil, daß bei undichten Arbeitskolben die Verbrennungsgase in die Spülräume eindringen können, dafür aber den wichtigeren Vorteil, daß im Kurbelgehäuse keine Schmierölexplosionen etwa durch die Kolbendichtung schlagende Zündflamme entstehen können. Zur Kolbenkühlung wird Schmieröl benutzt, das von der Oelpumpe durch einen Oelkühler über das Wellenlager durch die hohle Pleuelstange nach dem Kolbenzapfen und von diesem durch besondere Kanäle in den Kolben gedrückt wird und in das Kurbellager wieder zurückfließt. Auf jeder Decke der Arbeitszylinder sind außer dem Brennstoffventil zwei Spülventile, ein Anlaß- und Entlüftungsventil angeordnet. Letztere beiden Ventile werden mit Druckluft gesteuert. Die Steuerwelle läuft, in der Mittelebene der Maschine liegend, über alle Zylinder hinweg, so daß der Antrieb der Brennstoff- und Luftventile mit geringen Hebelmaßen durchführbar ist. Die Umsteuerung erfolgt durch Drehen der Steuerwelle um 30° relativ zur Kurbelwelle, wodurch Brennstoff- und Spülnocken in die richtige Lage für die andere Drehrichtung kommen. Die Zwischenwelle zwischen Kurbel- und Steuerwelle hat eine Klauenkupplung mit 30° totem Gang. Die Spülung beginnt 35° vor und endet 65° nach der unteren Totlage [17], [26], [1]. – Da bei den Schiffsdieselmaschinen ein Dampfkessel entbehrlich wird, so müssen die Hilfsmaschinen entweder elektrisch oder durch Preßluft angetrieben werden. Da aber für die Schiffsheizung Dampf am zweckmäßigsten ist, so wird bei den Handelsdampfern meist auf einen Hilfsdampfkessel zurückgegriffen und derselbe dann so reichlich bemessen, daß er auch einige Hilfsmaschinen, wie Ankerspill, Dampfwinden, eventuell auch die Rudermaschine antreiben kann. Im allgemeinen findet der elektrische Antrieb für die Hilfsmaschinen mehr und mehr Anklang und stellt man für Lieferung des Stromes besondere Dieseldynamos auf [10], [11], [1], [26]. – Der elektrische Schiffsantrieb findet in der Marine der Vereinigten Staaten, nachdem derselbe auf dem Kohlenschilf »Jupiter« eingehend erprobt war, und gegenüber Schwesterschiffen mit Kolbenmaschinen bezw. mit Turbinenantrieb und Rädergetriebe wesentliche Kohlenersparnisse gebracht hatte, für den Antrieb der Großkampfschiffe »New Mexico«, »California« und »Tennessee« Anwendung. Diese Linienschiffe von 32500 t Deplacement erhalten eine Antriebskraft von 37000 PS. für 22 Knoten Geschwindigkeit. Die Maschinenanlage besteht aus 2 zweipoligen Drehstromerzeugern mit Dampfturbinenantrieb bei 2100 Umdrehungen. Der Drehstrom treibt die auf die vier Propellerwellen arbeitenden Antriebsmotoren, dies sind Asynchronmotoren, die 24- und 36 völig geschaltet werden können, so daß zwischen Generator und Motor eine Uebersetzung von 12 : 1 bezw. 18 : 1 eintritt, so daß die Schraubenwellen bei der höchsten Geschwindigkeit mit 175 Uml./Min. laufen, bei Marschgeschwindigkeit mit 121 Uml./Min. bis zu 19 Knoten Geschwindigkeit reicht eine Turbodynamomaschine aus. Die General Electric Co., die die elektrische Anlage der Schiffe liefert, hat für den gesamten Dampfverbrauch von Antrieb- und Hilfsmaschinen folgende Zahlen gewährleistet:


Geschwindigkeit101519höchste
Dampfverbrauch kg/PS.6,65,25,05,4

Zu der Gesamtanlage gehören noch zwei 300-KW.-Gleichstrom-Turbodynamos von 240 Volt als Erregermaschine und zur Lieferung von Schiffsstrom für Hilfsmaschinen und Beleuchtung. Sie arbeiten ohne Kondensation und wird der Auspuffdampf zum Vorwärmen des Speisewassers verwendet oder den Niederdruckstufen der Hauptturbinen zugeführt. Das Linienschiff »New Mexico« hat den Präsidenten Wilson bei der Ueberfahrt nach Europa zu den Friedensverhandlungen begleitet. Auf der Rückfahrt erlitt eine der Primärdampfturbinen Schaufelsalat, doch konnte das Schiff mit der anderen Primärdampfturbine mit 15 Knoten die Rückfahrt vollenden. Der elektrische Antrieb wird unzweifelhaft teurer als indirekter Turbinenantrieb mit mechanischem Zwischengetriebe; auch ist der Wirkungsgrad etwas geringer wie dieser, er besitzt aber den Vorteil des Fortfalles der Rückwärtsturbinen und der Marschturbinen sowie eine größere Betriebssicherheit bei Ausfall eines der Turbogeneratoren [34].

Besonders wirtschaftlich wirkt der elektrische Antrieb in Verbindung mit einem Rädergetriebe zur weiteren Erhöhung der Gesamtübersetzung. Eine solche Kombination ist auf dem schwedischen Dampfer »Miölnir« von 2250 t Deplacement und 11 Knoten Geschwindigkeit erprobt worden. Eine Ljungström-Turbine von 6000 Uml./Min. treibt zwei Drehstromgeneratoren von je 400 KW. an. Der Drehstrom von 500 Volt und 100 Perioden wird zwei Drehstromantriebsmotoren mit einer Umlaufszahl von 900 Uml./Min. zugeführt, die mittels zweier Ritzelwellen ein gemeinsames Zahnrad antreiben, das auf der Schraubenwelle sitzt. Das Uebersetzungsverhältnis von Dampfturbine zur Schraube beträgt hierdurch 66,6 : 1, wodurch der Dampfverbrauch auf 4,5 kg pro 1 PSe/Stde. fällt, was eine Ersparnis von 30% gegenüber einer dreifachen Expansionsmaschine entspricht. Hiernach erscheinen die Auslichten des elektrischen Antriebs recht vielversprechend zu werden [30].


Literatur: [1] Klamroth, Schiffsmaschinenkunde mit besonderer Berücksichtigung der Dampfturbinen und Oelmotoren, Berlin 1916. – [2] O. Cornehls, Die neuere Entwicklung des Schiffsmotors einschließlich des Schiffsantriebes, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1914, S. 1237. – [3] Momber, Die Entwicklung des deutschen Seeschiffsmaschinenbaus, ebend. 1914, S. 1074. – [4] O. Lasche, Erfahrungen an der Beschaufelung von Dampfturbinen, ebend. 1918, S. 583. – [5] Schumacher, Die Beanspruchung der Beschaufelung von Schiffsturbinen durch dynamische Wirkungen und ihre Beziehung zum Schaufelsalat, ebend. 1913, S. 1668.- [6] G. Bauer & Lasche, Schiffsturbinen, München-Berlin 1909. – [7] G. Bauer, Neuere Erfahrungen und Bestrebungen im Schiffsturbinenbau, Jahrbuch der Schiffbautechn. Ges., Berlin 1914. – [8] C. Roth, Materialuntersuchungen[562] unter besonderer Berücksichtigung der Turbinenschaufelmaterialien, ebend. 1916. – [9] G. Bauer, Wärmetechnische Betrachtungen über die Wirtschaftlichkeit der Schiffsantriebe, ebend. 1917. – [10] Kaemmerer, Neue Schiffsantriebe, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1914, S. 687. – [11] Ders., Die Verwendung von Dieselmaschinen zum Antrieb von großen Seeschiffen, ebend. 1912, S. 81. – [12] Ders., Zwischengetriebe auf Schiffen, ebend. 1914, S. 561. – [13] Ders., Das Dieselschiff »Rolandseck«, ebend. 1913, S. 1. – [14] Ders., Der Heringslogger »Wotan«, ebend. 1913, S. 232. – [15] Ders., Probefahrt des Dieselschiffes »Monte Penedo«, ebend. 1912, S. 1338. – [16] Umsteuerbarer Schiffsmotor Bauart Vollmer, ebend. 1913, S, 991. – [17] Meyer, Schiffsölmaschinen der niederländischen Marine, ebend. 1914, S. 526. – [18] Spannhage, Die Transformatorenanlage des Seebäderdampfers »Königin Luise« der Hapag, ebend. 1914, S. 481. – [19] Dierfeld, Der 100 pferdige Schiffsmotor der Neuen Automobil-Gesellschaft Berlin, ebend. 1911, S. 1466. – [20] K. Abelein, Beziehungen zwischen den Abmessungen der Anfahrventile und dem Anfahrvorgang bei Schiffsölmaschinen, ebend. 1913, S. 1193. – [21] Schrauff, Der Bau von Dieselmaschinen in den Vereinigten Staaten, ebend. 1914, S. 1201. – [22] Das Zweischraubenmotorschiff »Secundus«, ebend. 1914, S. 1193. – [23] Scholz, Die Großdieselmotorschiffe, ihre Wirtschaftlichkeit und ihre Zukunft, ebend. 1915, S. 86. – [24] Sillence, Die Schiffsdieselmaschine und ihre Anwendungsmöglichkeiten für die Kriegsmarine, ebend. 1916, S. 518. – [25] W. Scheller, Eine 200 pferdige Junkersmaschine auf einem Kanalschlepper, ebend. 1917, S. 282. – [26] W. Scholz, Schiffsölmaschinen, Berlin 1919. – [27] M.W. Gerhards, Oelmaschinen, ihre theoretischen Grundlagen und deren Anwendung auf den Betrieb unter besonderer Berücksichtigung von Schiffsbetrieben, ebend. 1919. – [28] Junkers, Studien und experimentelle Arbeiten zur Konstruktion meines Großölmotors, Jahrbuch d. Schiffbautech. Ges., Berlin 1912. – [29] M. Herrmann, Die mechanischen Verhältnisse der Zahnräder für Schiffsantriebe, ebend. 1919. – [30] Fr. Heintzenberg, Mechanische Zwischengetriebe auf Schiffen, Schiffbau 1917/18, S. 1. – [31] Treum, Amerikanische Zahnradturbinen, Zeitschr. f. d. Turbinen-Wesen 1918, S. 154. – [32] Bielefeld, Neue Bestrebungen im Bau von Einspritzvorrichtungen für Brennöle bei Verbrennungsmotoren, Schiffbau 1917/18, S. 205. – [33] »Hütte«, Ingen.-Taschenbuch, Berlin 1919. – [34] Der elektrische Antrieb des amerikanischen Linienschiffs »New Mexico«, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing., 1919, S. 20. – [35] The Cammel-Laird-Fullagar Marine Oil Engine, Engineering, 30. Jan. 1920. – [36] Emmel, Electric Propulsion of Merchant Ships, Society of Naval Architects and Marine Engineers, New York 1919.

T. Schwarz.

Fig. 1.
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