Dr.-Ing. Thomas Rosenlöcher, Prof. Dr.‐Ing. Berthold Schlecht, Maximilian Rösner, Technische Universität Dresden
Die Auslegung und Dimensionierung von Schiffsantrieben erfordert genaue Kenntnisse zu den vorherrschenden Einsatz‐ und Betriebsbedingungen. Zur Sicherstellung der Manövrierbarkeit und der damit verbundenen sicheren Fahrt unter jeglichen Bedingungen auf dem Wasser, sind an die Zuverlässigkeit der Antriebe extrem hohe Anforderungen gestellt. Die zu berücksichtigenden Lastkomponenten unterscheiden sich dabei auch in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten Antriebes. Der klassische starre Propeller muss zum Vortrieb des Wasserfahrzeuges maßgeblich das anliegende Torsionsmoment durch die Steigung der Propellerblätter in einen Schub umwandeln. Zur Fahrtrichtungsänderung kommen Ruder zum Einsatz. Auf Fähren,Schleppern und Schiffen der Öl‐ und Gasindustrie werden aufgrund der guten Manövriereigenschaften auch Strahlruderantriebe eingesetzt. In diesen Antrieben wird, durch den in einer Antriebsgondel unterhalb des Schiffes gelagerten Propeller und die beliebige Ausrichtung dieser Gondel um die vertikale Achse die Funktion des Antriebes und Ruders in einer Baugruppe kombiniert. In den Auslegungslasten sind neben dem Torsionsmoment auch Biegemomente zu berücksichtigen, die sich aus den Ruderbewegungen und Anströmverhältnissen ergeben. Eine noch schnellere Variante zur Schubrichtungsanpassung ist beim Einsatz von Voith‐Schneider‐Propellern gegeben. Der aus einzelnen kreisförmig angeordneten Ruderblättern bestehende Antrieb rotiert um die vertikale Achse und erzeugt keinen Vorschub, wenn die Blattprofile tangential durch das Wasser geführt werden. Über einen Hebelmechanismus ist es möglich, die Stellung der Blätter über der Drehung des Antriebes zyklisch zu verstellen und damit die Richtung des Vortriebs beliebig anzupassen. Die Präsentation und der Beitrag zur Tagung geben einen Einblick in die konstruktive Gestaltung eines Antriebes für einen Voith‐Schneider‐Propeller. Anhand eines Beispiels werden die einzuhaltenden kinematischen Randbedingungen, welche die Längen und Gelenkpunkte des Hebelmechanismus definieren und gleichzeitig die Effizienz des Schiffsantriebes beeinflussen, vorgestellt. Dabei werden unterschiedliche Herangehensweisen an die Lösungsfindung präsentiert und diskutiert. Auf Grundlage aller ermittelten konstruktiven Größen wurde die Kinematik des gesamten Antriebes in einem Mehrkörpersystem‐Simulationsmodell abgebildet und mit den positions‐ und stellungsabhängigen Wasserlasten an den Ruderblättern belastet. Die Simulation unterschiedlicher Betriebszustände ermöglicht die Ermittlung der auftretenden Lasten an den Blattwurzeln und im Hebelsystem. Die resultierenden zeitlichen und winkelabhängigen Kraftverläufe und die Überführung der Ergebnisse in die Auslegungslasten zur Dimensionierung des Antriebsstrangs werden anhand ausgewählter Beispiele diskutiert. Weiterführend sind mit Hilfe des Simulationsmodells Betrachtungen zur Effizienz des Antriebes sowie die Analyse alternativer Verstellmechanismen für die Ruderblätter möglich. Die gewonnenen Erkenntnisse können für unterschiedliche Ausführungen der Blattverstellung genutzt und mit Hilfe der Simulationsergebnisse gegenübergestellt und analysiert werden.