Die Bedeutung der Rädergetriebe für den Antrieb von Handelsschiffen. Von Dipl.-Ing. Kraft in Berlin. (Fortsetzung von S. 773 d. Bd.) KRAFT: Die Bedeutung der Rädergetriebe für den Antrieb von Handelsschiffen Die Aussichten, die an Hand der bisherigen Erfahrungen die Rädergetriebe gerade auf den erwähnten Arbeitsgebieten eröffnen, sind überaus erfolgversprechend- Bisher sind nicht weniger als neun verschiedene Handelsschiffsanlagen mit Parsons – Getrieben bekannt geworden. Ihre Hauptkonstruktionsdaten sind in Tab. 1 zusammengestellt. Neben den vorerwähnten Anlagen befinden sich verschiedene andere in Bau, darunter solche bis zu einer Leistung von 12000 PS an einer Welle, ein klarer Beweis nicht nur für das Zutrauen, das die Betriebssicherheit der Getriebe bisher genießt, sondern auch für ihre weitreichenden Verwendungsaussichten. Wie die Tabelle erkennen läßt, sind bisher zwei verschiedene Schiffstypen unter den Anlagen mit Pfeilradgetrieben vertreten, der. normale Frachtdampfer und der schnelle Revierdampfer. Wenn sich der erstere nur in einer kleinen Minderzahl von Anlagen zeigt, so erklärt sich dies wohl daraus, daß gerade bei den Frachtdampferanlagen kleinerer Leistung das wirtschaftliche Moment so wenig fühlbar als Empfehlung in die Wagschale fällt. Die Gewichtsersparnis ist nicht groß, andererseits sind die Anlagekosten gerade bei kleinen Anlagen etwas höher als die von Kolbenmaschinenanlagen. Der höheren Wirtschaftlichkeit im Betriebe, die allerdings nicht zu gering zu veranschlagen ist, steht ein gewisses Risiko bezüglich der Betriebssicherheit der Neuanlage gegenüber, das sicher das Urteil des Reeders maßgebend beeinflussen kann. Bleibt doch schließlich zu berücksichtigen, daß diese Anlagen fast ausschließlich Einzelwellenanlagen sind, bei denen eine Unklarheit oder eine Betriebstörung im Getriebe das ganze Schiff gefährden kann, leichter jedenfalls als bei einer havarierten Kolbenmaschine. Natürlich wiegt diese Gefahr, Schiff und Ladung zu verlieren, schwerer, als die erhöhte Betriebswirtschaftlichkeit. Aus diesen betriebstechnischen Bedenken heraus hat man beispielsweise bei dem oben angeführten Frachtdampfer „Cairnross“ von vornherein auf einen evtl. Ersatz der Turbine mit ihrem Tabelle 1. Ausgeführte Handelsschiffe mit Parsons- Getrieben Name Schiffsartund Eigentümer Baufirma Wasser-erdrangungt Geeschwin-igkentKn/Std. Maschinen-eistungWPS Zahl dePropellerwellen Zahl d. Umdrehungeni. d. Min. Uebersetzungs-verhältnis Pro-peller Turbine HD.-Turbine ND.-Turbine Vespasian Frachtdampfer der ParsonsMarine Steam Turb. Co. Short Bros., Sunderlandbzw. ParsonsMarine Steam Turb. Co 4400 10 1000 1 70 1395 HD.930 ND. 19,9:1 13,3:1 NormanniaHantonia Kanald. der London andSouth Western Railway Co. Fairfield Sb. Co.,Glasgow 1900 18 5000 2 300 1920 HD.1335 ND. 6,4:1 4,45:1 Cairnroß Frachtdampfer derCairn Line of Steamships Wm. Doxford & Co.,Sunderland 10100 10,5 1600 1 65 1700 HD.– 26,2:1 – King Orry Revierdampfer der Isleof Man Steam Packet Co. Cammell, Laird & Co.,Birkenhead 2600 20,5 8000 2 300 2210 HD.1615 ND. 7,35:1 5,4:1 Curzon Elgin Hardinge Revierdampfer derSouth Indian Railway Co. A. & J. Inglis, Glasgow 880 18 2200 2 500 3500 HD.– 7:1 – Paris London Brighton andSouth Coast Railway Co. . Denny Bros.,Dumbarton – 24 12000 2 435 2610 HD.1740 ND. 6:1 4:1 Getriebe durch eine Kolbenmaschine Rücksicht genommen und hat Kesselanlage, Wellenleitung, Drucklager und Propeller dementsprechend bemessen. Wäre die Maschinenanlage lediglich mit Rücksicht auf die eingebaute Turbine mit Uebersetzungsgetriebe entworfen worden, dann hätte sich sicher eine größere Gewichtsersparnis, als tatsächlich zu verzeichnen war – diese betrug etwa 20 t – erzielen lassen. Welche weitreichenden Erfolge durch enge Anpassung der Maschinenanlage an Schiffsgröße und Zweck desselben zu erzielen sind, das zeigt das Beispiel der Kanaldampfer „Normannia“ und „Hantonia“. Die beiden Schiffe wurden mit gleicher Tragfähigkeit und annähernd gleicher Geschwindigkeit wie die beiden Kanaldampfer „Caesarea“ und „Sarnia“ gebaut, zwei ältere Schiffe der gleichen Reederei, die direkten Turbinenantrieb erhielten. Die durch Verwendung des Parsons – Getriebes gewährleistete Verbesserung der Dampfökonomie war so groß, daß den genannten Schiffen gegenüber eine wesentliche Verkleinerung der Kesselanlage bei den Neubauten möglich wurde. Die Heizfläche wurde um etwa ⅕ kleiner, man konnte daher, anstatt zwei Doppelender zu verwenden wie bei den älteren Schiffen, mit einem Doppelender und einem Einender auskommen. Die Aufstellung der beiden Kessel hintereinander statt nebeneinander führte bei den Neubauten trotz gleicher Tragfähigkeit zu schärferen Linien und damit zu wesentlich günstigeren Widerstandsverhältnissen, und entsprechender Verringerung der Maschinenleistung gegenüber den älteren Schiffen. Hinzu kam eine wesentliche Verbesserung der Propellerverhältnisse durch die mögliche Verringerung der Propellerdrehzahl und die Verteilung der Leistung auf zwei Wellen anstatt auf drei wie bei den Turbinenschiffen mit direktem Antrieb. Die Propeller mit Turbinenantrieb arbeiten bekanntlich meist mit Umfangsgeschwindigkeiten, bei denen die Gefahr auftretender Kavitation sehr nahe liegt. Unter ungünstigen Wetterverhältnissen fällt daher ihr Wirkungsgrad recht gründlich ab. Die planmäßige Ausnutzung all der Faktoren, die zur Hebung der Wirtschaftlichkeit geeignet waren, führte bei „Normannia“ und „Hantonia“ mit Hilfe des Rädergetriebes zu einem vollen wirtschaftlichen Erfolge. Ihr Brennstoffverbrauch verringerte sich gegenüber ihren beiden Vorgängern um rund 40 v. H. Etwa 20 v. H. hiervon kann man auf die erhöhte Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage rechnen, der Rest entfällt auf die besseren Propellerverhältnisse und die günstigen Widerstandsverhältnisse. Ein Vorzug mehr betriebstechnischer Art kommt bei Anlagen der vorerwähnten Art hinzu, der das Rädergetriebe besonders empfiehlt, er betrifft die Manöverierverhältnisse. Unter den schnell wechselnden Betriebsverhältnissen beim Ein- und Auslaufen, wie sie durch das Manöverieren in beengtem Fahrwasser gegeben sind, arbeitet das Schiff mit größeren Propellern weitaus zuverlässiger als ein Schiff mit kleineren Propellerdurchmessern. Anfahrstrecke und Stoppweg sind bei ersterem wesentlich kürzer als bei letzterem; auch die entsprechenden Zeiten verringern sich. Diesen Vorzug gewährleisten zwar Kolbenmaschinenanlagen auch, dafür haben sie jedoch den Nachteil, daß die großen Propeller bei schlechtem Wetter leicht austauchen und die Maschine durchgehen lassen. Die Verwendung der Uebersetzungsgetriebe ermöglicht hier, die rechte Mitte innezuhalten. Die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, welche die Verwendung der Rädergetriebe älteren Antriebsarten gegenüber bringt, läßt sich natürlich nur von Fall zu Fall zahlenmäßig festlegen. Art und Größe der Anlage ist dabei von einschneidender Bedeutung. Die Höhe des im Getriebe erreichbaren Wirkungsgrades spielt weniger eine bestimmende Rolle als die Höhe des Uebersetzungsverhältnisses, da dieses bei gegebener Leistung die Höhe des Turbinenwirkungsgrades wesentlich bestimmt. Allgemein läßt sich bei kleinen Anlagen, wo ein großes Uebersetzungsverhältnis, mit Rücksicht auf den Turbinenwirkungsgrad geboten ist, schon ein spezifischer Dampfverbrauch in den Grenzen zwischen 6,2 und 6,6 kg/WPS (einschließlich Hilfsmaschinen) gut erreichen. Die Betriebsergebnisse des ersten Versuchsfahrzeuges mit Rädergetriebe, des Frachtdampfers „Vespasian“, haben dies bestätigt, ebenso die Ergebnisse von Vergleichsfahrten, die der vorgenannte Frachtdampfer „Calrnroß“ mit seinem mit Kolbenmaschinen ausgerüsteten Schwesterschiff „Cairngowan“ durchführte. Die entsprechenden Vergleichsdaten sind aus Tab. 2 auf S. 789 zu ersehen. Die Vergleichsfahrten wurden in der Weise vorgenommen, daß die beiden Schiffe mit gleichem Kurs eine längere, auf 36 Stunden bemessene Dauerfahrt unternahmen. Sie blieben hierbei stets gegenseitig in Sichtweite. Während dieser Dauerfahrt wurde die Propellerdrehzahl möglichst konstant gehalten. Da beide Schiffe völlig gleiche Propeller besitzen, die Widerstandsverhältnisse außerdem möglichst ausgeglichen waren, sind die Geschwindigkeiten praktisch als gleich anzusehen. Um in dieser Hinsicht möglichst einwandfreie Ergebnisse zu erzielen, hatte man auch dem Zustande der Außenhaut besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Beide Schiffe besaßen gleichen Anstrich, den sie außerdem nahezu gleichzeitig erneuert hatten. Die bezüglichen Ergebnisse können unter diesen Umständen also auf ziemliche Korrektheit Anspruch machen, ebenso die eigentlichen Verbrauchsdaten, da die benutzte Kohlenart in beiden Fällen die gleiche war. Vor Antritt der Fahrt war natürlich auch die Kolbenmaschinenanlage sorgfältig überholt worden (Tab. 2). Zu den nachstehend zusammengestellten Ergebnissen der Vergleichsfahrten sind über die Ermittlung der Zahlenwerte einige Bemerkungen zu machen. Die angegebenen Verbrauchsdaten gelten für den ganzen Maschinen- und Schiffsbetrieb. Für den Kohlen- und Dampfverbrauch der Hilfsmaschinen und Apparate ist kein Abzug gemacht, weil Wert darauf gelegt wurde, Daten zu erhalten, die den normalen Betriebsverhältnissen möglichst entsprechen. Die bezüglichen Werte sind daher eher zu ungünstig als zu günstig. Die indizierte Leistung der Kolbenmaschine wurde durch fortlaufend abgenommene Indikatordiagramme, die von der Turbinenanlage an die Propellerwelle abgegebene effektive Leistung mittels Torsionsmessung nach System Hopkinson-Thring bestimmt. Da die Drucklager gleich belastet sind, so kann man unter den angegebenen Verhältnissen die effektive Maschinenleistung bei beiden Schiffen als gleich annehmen. Das Verhältnis der effektiven zur indizierten Leistung gibt also mit ziemlicher Korrektheit den mechanischen Wirkungsgrad der Kolbenmaschinenanlage. Aus diesem Grunde dürfen also die für den spezifischen Kohlen- bzw. Dampfverbrauch gegebenen Werte, die neben der durch Messung bestimmten Leistung auch jeweilig auf die äquivalente Leistung der Turbinenanlage bzw. der Kolbenmaschine bezogen sind, durchgängig als richtig angesehen worden. Der Dampfverbrauch wurde in beiden Fällen nur schätzungsweise ermittelt, und zwar bei „Cairngowan“ nach der volumetrischen Leistung der Speisepumpe, bei „Cairnroß“ nach Eintrittsdruck und Schaufelquerschnitt unter Benutzung Parsons scher Versuchsdaten. Im letzteren Falle wurde für den Dampfverbrauch der Hilfsmaschinen ein entsprechender Zuschlag gemacht. Tabelle 2. Ergebnisse einer 36stündigen Vergleichsfahrt. Textabbildung Bd. 328, S. 789 Frachtdampfer Cairnroß (Turbine mit Parsons-getriebe); Fracht-dampfer Caärngowan (Dreif.-Exp.- Kolben- maschine);  Mittlere Propellerdrehzahl i. d. Min; Dampfdruck vor Manövrierventil; Eintrittsdruck an der HD.-Turbine; Vakuum; Indizierte Leistung der Kolbenmaschine; Effektive Leistung der Turbinenanlage, gemessen an der Propellerwelle; Gesamter Kohlenverbrauch f. d. Tag; Mittlerer Dampfverbrauch i. d. Std.; Mehrverbrauch der Kolbenmaschine; Kohlen; Dampf; spezifischer Kohlenverbrauch; bez. auf indizierte Leistung der Kolbenmaschine bzw. äquiv.; Leistung der Turbine; bez. auf effektive Leistung der Turbine bzw. äquiv. Leistung der Kolbenmaschine; spezifischer Dampfverbrauch; bez. auf indizierte Leistung der Kolbenmaschine bzw. äquiv. Leistung der Turbine; bez. auf effektive Leistung der Turbine bzw. äquiv. Leistung der Kolbenmaschine; Kuhlwassertemperatur; Eintritt; Austritt; Temperatur im Luftpumpenausguß; Temperatur des Speisewassers Im allgemeinen ist die einer normalen Dreifach-Expansionskolbenmaschinenanlage (ohne Ueberhitzung) gegenüber erzielbare Kohlenersparnis auf mindestens 15 v. H. bis hinauf zu 20 v. H. zu veranschlagen. Bei einem Schiff wie „Cairnroß“ wird der Jahreswert dieser Ersparnis auf mehr als 25000 M zu schätzen sein. Aehnlich günstige Ergebnisse ließen sich bei einer Kolbenmaschinenanlage nur erzielen mit Benutzung von Ueberhitzung oder Verwendung vierfacher Expansion, d.h. mit erhöhtem Gewicht und erhöhten Kosten. Zur Kohlenersparnis kommt der Minderverbrauch an Betriebsstoffen zur Unterhaltung und Wartung der Maschine hinzu. Beispielsweise beträgt der Schmierölverbrauch von „Cairnroß“ nach Angabe des Reeders weniger als ⅓ desjenigen von „Cairngowan“. Bei den Kanaldampfern, bei denen mit Rücksicht auf die Propellerverhältnisse das Uebersetzungsverhältnis wesentlich kleiner ist, die Leistung dafür aber größer, sind entsprechend günstige wirtschaftliche Verbrauchswerte erzielt worden. Bei „Normannia“ und „Hantonia“ war von der Baufirma Parsons ein Dampfverbrauch der Turbinen von 5,6 kg/WPS-Std. garantiert worden; dieser Wert wurde mit einen Verbrauch von 5,4 kg noch um etwa 4 v. H. unterschritten. Gegenüber Kolbenmaschinenanlagen für Schiffe gleicher Art beträgt die Kohlenersparnis im Durchschnitt etwa 25 v. H. gegenüber Turbinenanlagen mit direktem Antrieb immer noch 15 bis 20 v. H. Während beim Frachtdampfer jedoch die Gewichtsersparnis an Maschinen- und Kesselanlage für die Gesamtwirtschaftlichkeit nur eine unerhebliche Rolle spielt insofern, als sie nur der Vergrößerung der Ladefähigkeit zu gute kommt, fällt sie bei diesen leicht gebauten Schiffen, wie bereits nachgewiesen, recht erheblich in die Wagschale. Die Größe der durch den Einbau von Turbinen mit Rädergetrieben ermöglichten Gewichts- und Platzersparnis läßt sich naturgemäß schwer abschätzen. Sie hängt bei gegebener Leistung im wesentlichen von der Höhe der Turbinendrehzahl und der des Uebersetzungsverhältnisses ab. Die höhere Umdrehzahl beeinflußt bekanntlich Gewichts- und Platzbedarf der Turbine in abnehmendem Maße. Je größer die Umfangsgeschwindigkeit der Turbine, um so kleiner die Stufenzahl, und zwar ist Stufenzahl und damit Gewichts- und Platzbedarf derartiger Turbinen dem Quadrat der Drehzahl etwa umgekehrt proportional zu setzen. Welche Gewichtsersparnisse durch Verwendung von Zwischengetrieben bei den Turbinen zu erzielen sind, zeigen die folgenden Zahlen, die gelegentlich der letzten Tagung der North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders im Anschluß an einen Vortrag über die erwähnten Vergleichsfahrten zwischen „Cairnroß“ und „Cairngowan“ gegeben wurden. Als Beispiel wurde die Vierwellen-Parsons-Turbinenanlage des Schnelldampfers „Mauretania“ gewählt. Die Leistung eines Maschinensatzes beträgt hier rund 39000 WPS bei 190 Umdrehungen in der Minute. Die durch die Verwendung von Turbinen mit Zwischengetrieben ermöglichte Gewichtsersparnis läßt sich herleiten aus dem zulässigen Mindestdurchmesser der letzten Niederdruckstufe, der mit Rücksicht auf den Austrittsverlust einen gewissen Wert nicht unterschreiten darf. Die Grenze ist etwa gegeben mit dem Werte d = 16,5 √Ne. Hierin bezeichnet: Ne die an die Welle abgegebene Leistung (WPS), d den mittleren Schaufelkreisdurchmesser (mm) Der zulässige Durchmesser würde sich damit von 4115 mm auf etwa 3250 mm verringern; dementsprechend könnte die bei der Niederdruckturbine ermöglichte Gewichtsersparnis etwa bis zu 35 v. H. betragen. Bei der Hochdruckturbine spricht die Rücksicht auf die Höhe des Austrittsverlustes weniger mit. Hier ließe sich mit der Wahl einer höheren Drehzahl der mittlere Durchmesser sogar um 27 v. H. verringern und dementsprechend eine Gewichtsersparnis bis zu 43 v. H. erzielen. Die Drehzahl des Propellers könnte dabei die gleiche bleiben wie vorher, so daß der bisherige offenbar recht gute Propellerwirkungsgrad gewahrt bleibt. Der Turbinenwirkungsgrad würde natürlich mit der Erhöhung der Drehzahl entsprechend besser werden und den verhältnismäßig niedrigen Dampfverbrauch von 5,4 kg/WPS noch wesentlich zu verbessern gestatten. Eine ähnliche klare Beziehung zwischen Drehzahl und Gewicht wie bei der Turbine ist beim Getriebe nicht gegeben. Die Gewichtsverhältnisse sind hier wesentlich schwerer zu übersehen, vor allem, weil bei großen Uebersetzungsverhältnissen die wachsenden Abmessungen des Rades einen Gewichtsaufwand bedingen, welcher der Steigerung des Uebersetzungsverhältnisses nicht proportional ist. Es läßt sich die Gewichtsersparnis der ganzen Anlage also nur überschläglich nach vorhandenen Ausführungen beurteilen. Man kann das Maschinengewicht des normalen Frachtdampfers mit Rädergetriebe etwa 15 v. H. kleiner annehmen, als das einer entsprechenden Kolbenmaschinenanlage mit Dreifach-Expansionsmaschine. Beim Revierdampfer mit Rädergetriebe beträgt, wenn die Kesselanlage aus Wasserrohrkesseln besteht, die Gewichtsersparnis gegenüber einer Kolbenmaschinenanlage mit Zylinderkesseln bis zu etwa 40 v. H., gegenüber einer Turbinenanlage mit Zylinderkesseln bis zu 20 v. H. Werden bei der Turbinenanlage mit Rädergetriebe an Stelle der Wasserrohrkessel Zylinderkessel eingebaut, so sichert die hochtourige Anlage nur gegenüber der Kolbenmaschinenanlage eine Gewichtsersparnis, die sich höchstens auf ~ 20 v. H. beläuft; gegenüber der reinen Turbinenanlage mit Zylinderkesseln schneidet sie etwas schlechter ab. Einige Daten eines letzthin in Bau gegebenen größeren Fracht- und Passagierdampfers von rund 14000 t und 17 Kn Geschwindigkeit geben eine passende Illustration zu den vorstehenden Zahlen. Bei diesem Schiff betrug die durch Verwendung einer Parsons-Anlage mit Rädergetriebe erzielte Gewichtsersparnis gegenüber einer Kolbenmaschinenanlage rund 15 v. H., die bei der projektierten Anlage erreichte Verkürzung des Maschinenraumes etwas über 5 m. Ein Punkt, der die Gesamt-Wirtschaftlichkeit von Handelsschiffsanlagen recht wesentlich beeinflußt, ist die Höhe der Anlagekosten. Auch hierzu seien aus dem vorliegenden Erfahrungsmaterial einige Vergleichsdaten gegeben. Es betragen die Mehrkosten der Turbine mit Rädergetriebe gegenüber der Kolbenmaschine: bei Leistungen bis zu 1500 PS etwa 5 v. H.   „          „ von 1500 bis 3000 PS      „  3    „   „          „ über 5000 PS sind die Kosten beiderAnlagen gleich. Die Werte zeigen, wie gering der Faktor der Anlagekosten gegenüber den Betriebskosten und der daraus resultierenden Ersparnis zu veranschlagen ist. (Schluß folgt.)