Seemannschaft Manöverkunde Wolfgang Kösling Stand Datum.

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1 Seemannschaft Manöverkunde Wolfgang Kösling Stand Datum

2 Begriffe Wolfgang Kösling Heck Backbordseite Mast Steuerstand
Wasserlinie Steuerbordseite Bug Wolfgang Kösling

3 Begriffe: L.ü.a. Länge über alles B.ü.a. Breite über alles Tg Tiefgang
größte Länge des festen Bootskörpers, waagerechter Abstand zwischen seinem hintersten und seinem vordersten Punkt B.ü.a. Breite über alles größte Breite, gemessen über allen festen Anbauten Tg Tiefgang Senkrechter Abstand der Konstruktionswasserlinie bis zur tiefsten Unterkante des Kiels Sh Seitenhöhe Senkrechter Abstand zwischen Oberdeck und der tiefsten Unterkante des Kiels Fb Freibord Senkrechter Abstand der Schwimmwasserlinie von der Oberkante Deck, gemessen an der Seite V Volumen-verdrängung Auch Verdrängung; Rauminhalt des unter Wasser befindlichen Bootskörpers ohne Anhänge, angegeben in m3 Wolfgang Kösling

4 Begriffe: D Deplacement Dv Volldeplacement RT Registertonne BRZ
Auch Masseverdrängung, Gesamtmasse des Bootes, einschließlich Anhänge entsprechend der Masse der verdrängten Wassermenge, angegeben in t Dv Volldeplacement Masse des seeklaren Bootes mit 100% Bunkerfüllung RT Registertonne 1 RT = 2,8315 m3 BRZ Bruttoraumzahl Bruttorauminhalt des Bootes, ergibt sich aus dem Inhalt des Raumes unter dem Oberdeck und dem Inhalt der Aufbauten NRZ Nettoraumzahl Rauminhalt aller nutzbringenden Räume für Ladung und Passagiere Wolfgang Kösling

5 Bauarten von Schiffen Wolfgang Kösling

6 Manöverkennwerte in der Führung von Booten und Schiffen
Als Manöverkennwerte werden in der Seefahrt bezeichnet: ·        die Geschwindigkeitsparameter eines Bootes ·        der Drehkreis eines Bootes ·        die Auslaufstrecke eines Bootes ·        die Stoppstrecke eines Bootes Wolfgang Kösling

7 Die Gesamtheit der Manöverkennwerte sind Ausdruck des gesamten Verhalten eines Bootes in seinen drei Achsen. Die Achsen bezeichnen sich mit den Ausdrücken: ·        Gieren; ·        Stampfen; ·        Rollen. Daneben tritt ein Längsversatz in Voraus oder Achterausrichtung und der Querversatz zu einer Schiffsseite nach Stb oder Bb auf. Auch kann der gesamte Schiffskörper abtauchen. Wolfgang Kösling

8 z x x Achse ist die Kurs oder Gierachse y Achse ist die Rollachse
z Achse ist die Stampfachse (Drehachse) x y z Wolfgang Kösling

9 z‘ x‘ y’ x’  0° Rollwinkel y’  0° Gierwinkel z’  0° Stampfwinkel
Wolfgang Kösling

10 Systematik des Bewegungsverhaltens eines Schiffes
bei der Fahrt und beim Manövrieren Fahrtverhalten bei konstanter Fahrt und beim Manövrieren mit der Vortriebseinrichtung Steuerverhalten beim Kurshalten und beim Manövrieren mit der Steuereinrichtung konstante Fahrt Fahrt- änderung Fahrtrichtungsänderung (Drehen und Stützen) Kurs- halten Fahrtbestimmung (Meilenfahrt) freier Auslauf (Auslaufstrecke) Aufstoppen (Stoppstecke) Drehkreis Rückführ- manöver Spiraltest oder Pull-out-Manöver Wolfgang Kösling

11 Definition der Schwimmfähigkeit (nach Archimedes)
FG G f WL B FB G: Gewichtsschwerpunkt B: Verdrängungsschwerpunkt, Formschwerpunkt FG = FB Diese Gleichgewichtsbedingung gilt für schwebende und schwimmende Körper ! Wolfgang Kösling

12 Statische Beanspruchung
FAuftrieb Auftriebsverteilung längs des Bootes Schwerkraftverteilung längs des Bootes FSchwerkraft Wolfgang Kösling

13 Dynamische Beanspruchung
Wolfgang Kösling

14 Boot quer in den Wellen Durch die unterschiedliche Eintauchtiefe der Schiffsseiten kommt es zur ungleichmäßigen Auftriebsverteilung im Querschnitt des Bootes; dadurch wird der gesamte Spantrahmen beansprucht. Durch die Schlingerbewegung wirkt gleichzeitig die Masseträgheit der Ladung und Ausrüstung und belastet die Bauelemente des Bootes. Wolfgang Kösling

15 Boot schräg in den Wellen
Hierbei tritt zu den bisherigen Beanspruchungen zusätzlich Torsion auf. Das Boot hat dabei das Bestreben, sich quer zu den Wellen zu legen. Diese statischen und dynamischen Beanspruchungen bestehen häufig gleichzeitig und belasten den Bootskörper stark. Um ständig die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten, ist eine gute Wartung und Instandhaltung des Bootskörpers erforderlich. Wolfgang Kösling

16 Geschwindigkeit Die Bewegungsgröße einer Ortveränderung innerhalb einer bestimmten Zeit wird als Geschwindigkeit bezeichnet. In der Seefahrt wurde als Maß für die Schiffsgeschwindigkeit die Seemeile pro Stunde (Knoten) eingeführt. Die Messung der Schiffsgeschwindigkeit erfolgt in Bezug auf die als ruhend anzusehende Wasseroberfläche bzw. in Bezug auf den Meeresgrund. Wolfgang Kösling

17 · Strömung und Windeinfluss, · Seegang, · Flachwassergebiete,
Die Einflüsse, die auf die Geschwindigkeit eines Schiffes bzw. Bootes einwirken, sind: ·        Strömung und Windeinfluss, ·        Seegang, ·        Flachwassergebiete, ·        Bewuchs des Schiffskörpers. Wolfgang Kösling

18 Rumpfgeschwindigkeit
Physikalisch ist das Geschwindigkeitspotential eines Bootes unmittelbar mit der Länge des Bootes, genauer gesagt mit dessen Länge in der Wasserlinie verknüpft. Für jeden Verdrängungsrumpf –also für jeden Rumpf eines nicht gleitfähigen Bootes– gibt es eine bestimmte Grenze, die eine natürliche Geschwindigkeitsbarriere bildet. Ausdruck der Berechnung dafür bildet die bootstypische Froude-Zahl. Wolfgang Kösling

19 Sie wird berechnet nach der mathematischen Funktion:
Fn Froude-Zahl v maximale Schiffsgeschwindigkeit LWL Länge der Wasserlinie des Schiffes g Erdbeschleunigung Die dimensionslose Froude-Zahl setzt somit die Geschwindigkeit ins Verhältnis zur Länge der Wasserlinie. Wolfgang Kösling

20 · seitlicher Trossenzug durch Schlepper.
Krängungsverhalten Als Krängung wird das vorübergehende seitliche Neigen eines Bootes um die Längsschiffsachse (y-Achse) bezeichnet. Von außen auf das Boot einwirkende Kräfte sind hier die Ursache. Diese Kräfte können sein: ·        Seegang; ·        Winddruck; ·        Rudermanöver; ·        seitlicher Trossenzug durch Schlepper. Wolfgang Kösling

21 Im Gegensatz zur Schlagseite ist die Krängung eine vorübergehende bzw
Im Gegensatz zur Schlagseite ist die Krängung eine vorübergehende bzw. sich ständig verändernde Erscheinung. Krängungsversuche dienen der experimentellen Bestimmung der Lage des Masseschwerpunktes G durch absichtlich erzeugte Krängung. Dabei werden die aufgebrachten Belastungen, ihre Lage, die Neigungswinkel des Bootes und der Tiefgang gemessen. Die Lage des Masseschwerpunktes bestimmt dabei das Krängungsmoment. Wolfgang Kösling

22 Gewichts- oder Masseschwerpunkt G Formschwerpunkt B
Dem Krängungsmoment entgegen wirkt das aufrichtende Moment aus der Formstabilität und der Masseverlagerung der Besatzung. Wird die statische oder dynamische Stabilität ungenügend, so wird das Boot umschlagen (kentern). Dieses wird hervorgerufen durch innere bzw. äußere Kräfte (Übergehen der Ladung, freie Oberflächen von Flüssigkeiten in Tanks, Winddruck). Gewichts- oder Masseschwerpunkt G Formschwerpunkt B Angriffspunkt der Ruderkraft R Wolfgang Kösling

23 Drehkreis Der Drehkreis ist der Weg, den ein Boot bzw. Schiff bei einer festen, größeren Ruderlage beschreibt. Meistens wird die Bestimmung der Backbord- und Steuerborddrehkreisparameter mit hart Ruderlage und Ruder 15° oder 20° bei VV (voller Fahrt) bestimmt. Da bei einigen Schiffs- bzw. Bootstypen die größte Ruderlage wegen der entstehenden großen Kränkungswinkel und der damit verbundenen Kentergefahr bei voller Fahrt nicht immer hart Ruderlage sein kann, muss bei diesen Schiffen bzw. Booten die Grenzruderlage bestimmt werden, die bei voller Fahrt noch möglich ist. Dies gilt besonders für schlank gebaute Schiffs- und Bootskörper. Wolfgang Kösling

24 Drehkreisphasen Querversatz 2. Phase  3. Phase Vorausweg 1. Phase
konstanter Durchmesser  Drehkreisphasen Wolfgang Kösling

25 Drehkreisphasen 1. Phase: Vom Ruderkommando bis zum Beginn der Drehung. Hier erfolgt die Kränkung nach der Seite der Ruderlage, die geringe seitliche Abweichung (Derivation) und ein leichter Geschwindigkeitsverlust. 2. Phase: Vor Beginn der Drehung bis zum Erreichen einer nahezu konstanten Kursänderungsgeschwindigkeit (Drehrate) mit Umkehrung der Kränkung. Der Derivationswinkel  liegt zwischen 5° und 30° je nach Boots- bzw. Schiffstyp. Der Geschwindigkeitsverlust kann bis zu 95 % (bei Supertankern) betragen. Bei Normalschiffen liegt er ca. bei 60%. 3. Phase: Nahezu konstante Derivationswinkel, Geschwindigkeit und Drehrate Wolfgang Kösling

26 Derivation (Ableitung)
Als Derivation wird das seitliche Abweichen des Schiffes von seiner Kurslinie bezeichnet. Infolge seines ihm innewohnenden Beharrungsvermögens zeigt das Schiff als Ganzes das Betreben, sich in der einmal eingenommenen Richtung weiterzubewegen; es „rutscht“ demnach von seiner Kurslinie ab. Der Derivationswinkel  ergibt sich zwischen der Schiffsvorausrichtung (Kiellinie) und der Tangente am Drehkreis im Drehpunkt des Bootes. Bei Schiffen, die im Verhältnis Länge / Breite = 7 / 1 gebaut sind, beträgt der Derivationswinkel  ca. 10°. Wolfgang Kösling

27 Derivation  Drehpunkt Kiellinie Drehkreis Tangente an den Drehkreis
Wolfgang Kösling

28 Derivation Der Derivationswinkel ist abhängig :
der Form des Schiffskörpers; vom Ruderlagewinkel; von der Geschwindigkeit; von der Dauer der Kursänderung. Wolfgang Kösling

29 Stoppstrecke  Als Stoppstrecke wird die vom Schiff aus Vorausfahrt nach Legen des Maschinentelegraphen bzw. des Maschinenfahrhebels auf halbe Fahrt zurück bis zum Stillstand des Schiffes zurück gelegte Strecke bezeichnet. Die Stoppstrecken werden für verschiedene Vorausfahrtstufen durch Messfahrten ermittelt und in einer Manövertabelle oder einem Manöverdiagramm als Stoppstreckendiagramm festgehalten. Soll die Stoppstrecke bei einer beliebigen Geschwindigkeit annährend bestimmt werden, gilt: S0....Stoppstrecke bei der Geschwindigkeit v0 Sv1..Stoppstrecke bei der Geschwindigkeit v1  Sv2..Stoppstrecke bei der Geschwindigkeit v2  Die kürzeste Stoppstrecke wird durch das Notmanöver (Maschine voll zurück) erreicht. Wolfgang Kösling

30 Auslaufstrecke Als Auslaufstrecke wird die vom Schiff aus Vorausfahrt nach Legen des Maschinentelegraphen bzw. des Maschinenfahrhebels auf stopp bis zum Stillstand des Schiffes zurück gelegte Strecke bezeichnet. Die Stopp- und Auslaufstrecken werden für verschiedene Vorausfahrtstufen durch Messfahrten ermittelt und in einer Manövertabelle oder einem Manöverdiagramm als Stoppstreckendiagramm festgehalten. Wolfgang Kösling

31 Die Schwimmfähigkeit  Auf das ohne Bewegung im ruhigem Wasser schwimmende Boot wirken die Schwerkraft und die Auftriebskraft. Die Schwerkraft entsteht: durch das Deplacement (Gesamtmasse) des Bootes und der Erdbeschleunigung. Die Auftriebskraft entsteht durch den Druck des Wassers auf den Bootskörper. Sie ergibt sich: aus der Dichte des Wassers; durch das den Bootskörper verdrängte Wasservolumen und Wolfgang Kösling

32 Die Schwimmfähigkeit  Die Berechnung des Verdrängungsvolumen (Konstruktionsverdrängung) aus: Völligkeitsgrad der Verdrängung, der Länge und Breite der Konstruktionswasserlinie und dem mittleren Tiefgang. Bei einem schwimmenden Boot gilt unter statischen Bedingen, dass die Schwerkraft gleich der Auftriebskraft ist. Somit hat ein Boot genau so viel Masse, wie es auch Wasservolumen verdrängt. Wolfgang Kösling

33 Gewichtschwerpunkt (G) Formschwerpunkt (F) (Auftriebsschwerpunkt)
Wenn die Schwerkraft größer der Auftriebskraft ist, taucht das Boot tiefer ein, wenn die Schwerkraft kleiner der Auftriebskraft ist, taucht das Boot weiter aus, bis wieder Kräftegleichgewicht herrscht. Kann auch im vollgetauchtem Zustand keine Gleichheit der Kräfte erreicht werden, sinkt das Boot. Zur Gewährleistung guter Seeeigenschaften ist eine bestimmte Reserveschwimmfähigkeit erforderlich. Ihre Größe ergibt sich aus dem Volumen des wasserdichten Überwasserteiles eines Bootes. Gesamtgewicht (FG) (Schwerkraft) Gewichtschwerpunkt (G) Formschwerpunkt (F) (Auftriebsschwerpunkt) Auftriebskraft (FF) Wasserlinie Wolfgang Kösling

34 Ströme am fahrendem Schiff
Bugstau Hecksee Fahrtstrom Mitstrom Schrauben-ergänzungsstrom Schraubenstrom Wolfgang Kösling

35 Ströme am fahrendem Schiff
Fahrstrom Am Bug weichen die Wassermassen dem Schiffskörper aus, streichen relativ glatt an den Seitenwänden entlang und treffen achtern auf das gelegte Ruder, wo sie ein Steuermoment hervorrufen Schraubenstrom: Die sich drehende Schraube beschleunigt das sie umgebende Wasser und stößt es bei Vorausfahrt nach achtern weg. Hier trifft es auf das gelegte Ruder und übt ein Steuermoment aus. Der Schraubenstrom hat besonders beim Anfahren (Anspringen des Propellers) eine große Wirkung auf das Ruder. Das Steuermoment wirkt nur bei Vorausfahrt auf das Ruder Ergänzungsstrom: Von allen Seiten fließt das Wasser zur Schraube nach, um den durch den Schraubenstrom entstandenen Wassermangel auszugleichen. Ein Steuermoment bewirkt dieser Strom nicht. Wolfgang Kösling

36 Mitstrom (Kielwassersog):
Durch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Schraubenstroms sinkt in diesem Bereich der statische Druck und es kommt zu einer Grabenbildung. Darüber hinaus entstehen Turbolenzen im Grenzbereich zwischen Schraubenstrom und dem umgebenen Wasser. Außerdem ist im Heckbereich beiderseits des Schraubenstroms die Strömungsgeschwindigkeit geringer als der Fahrtstrom (relativer Nachstrom). Die Gesamtheit des in Fahrtrichtung nachfließenden Wassers bildet den Mitstrom, der jedoch kein Steuermoment erzeugen kann. Bei der Fortbewegung eines Bootes ohne Propeller bewirkt allein der Fahrtstrom den Kielwassersog Bugstau: Er entsteht bei Vorausfahrt des Bootes durch die Verdrängungskomponente des Bootes. Je größer die Bootsgeschwindigkeit, desto größer ist auch der Bugstau Wolfgang Kösling

37 Ruder und Ruderwirkung
Mit der Ruderanlage kann das Boot in die gewünschte Fahrtrichtung gebracht werden. Die Anlage muss so beschaffen sein, dass ein Boot auch bei schwerstem Wetter und Seegang gut steuerfähig ist. Die wichtigsten Forderungen, Kursstabilität und empfindliches Reagieren auf Ruderausschläge, stehen im Widerspruch zueinander. Wolfgang Kösling

38 Nach dem Arbeitsbereich gliedern sich die Ruderanlagen wie folgt:
schiffbaulicher Teil: Ruderblatt Ruderkoker Ruderhacke Begrenzungen Eisschutz Strömungskanäle und Düsen maschinenbaulicher Ruderschaft Quadrant Lagerung mechanische Übertragung Bremse, Feststeller mechanische Antriebe hydraulische Antriebe mechanische Meldeanlagen elektromechanischer elektrische Antriebe elektrohydraulische Antriebe Antriebe der Aktivanlagen elektrische Meldeanlagen Wolfgang Kösling

39 Ruderanlage Rudermaschine Ruderschaft Ruderkoker Ruderblatt
Wolfgang Kösling

40 Ruderarten Plattenruder Balanceruder Schweberuder Halbschweberuder
Wolfgang Kösling

41 Simplex-Balance-Ruder
Ruderarten Kordüsenruder Oerts-Ruder Simplex-Balance-Ruder Wolfgang Kösling

42 Profilruder Einfache Plattenruder werden heute nur noch in der Sportbootschifffahrt verwendet. Profilruder sind Verdrängungsruder der verschiedensten Ausführungsformen, die den Zweck haben die durch das Ruder entstehenden Verwirbelungen des Wassers auf ein Mindestmaß zu beschränken. Wolfgang Kösling

43 Ruder Ruderarten Wirkung: Passive aktive Form: Plattenruder
Profilruder Simplex- ruder Oerzruder Kordüsen- Lagerung: Schwebe- Halb- schwebe- Anzahl der Ruderflächen: Einflächen- Doppelruder Mehrfach- Ruderarten Wolfgang Kösling

44 Ruderarten Ruder mit festem Kopfteil
Bei diesem Typ ist die Ruderwirkung besonders gut. Dadurch erhält das Schiff bereits bei geringen Geschwindigkeiten eine gute Manövriereigenschaft. Jedoch werden höhere Ruderantriebsleistungen benötigt. Wolfgang Kösling

45 Da die Ruderkraft von der Größe der Ruderflächen und von der Anströmgeschwindigkeit abhängt, ergeben sich für die überschlägliche Dimensionierung der Ruderfläche folgende Faustregeln: Schnelle Fahrzeuge mit hoher Anströmgeschwindigkeit erhalten kleine Ruderflächen. Langsame Fahrzeuge mit niedriger Anströmgeschwindigkeit erhalten große Ruderflächen. Fahrzeuge mit großem Tiefgang haben kurze, aber hohe Ruderflächen. Der Angriffspunkt der Ruderkraft liegt nahe der Drehachse. Dadurch ist wenig Kraft zum Bewegen des Ruders erforderlich. Fahrzeuge mit geringem Tiefgang haben lange, aber niedrige Ruderflächen. Der Angriffspunkt der Ruderkraft liegt weit von der Drehachse entfernt. Es ist ein großer Kraftaufwand zum Bewegen des Ruders erforderlich. Wolfgang Kösling

46 Passive Ruderarten Als passive Ruder bezeichnet man alle Ruderarten, die nur durch Anströmen wirksam werden. Sie wirken also nicht bei stillstehendem Schiff bzw. bei stillstehendem Propeller. Im Laufe der Entwicklung sind verschiedene Rudertypen entstanden. Bei allen strebt man eine maximale Wirksamkeit bei minimalen Ruderantriebsleistung an. Das Plattenruder, bestehend aus einer einfachen Platte wurde durch das Verdrängungsruder (Profilruder) weitgehend abgelöst. Zur Verringerung der Antriebsleistung wurde das Balanceruder entwickelt. Wolfgang Kösling

47 Aktive Ruderarten Als aktive Ruder bezeichnet man alle Ruderarten, die selbst einen Vortrieb erzeugen können. Sie wirken auch bei stillstehendem Schiff bzw. bei stillstehendem Propeller. Bekannt ist das Querstahlruder am Heck bzw. am Bug eines Schiffes. Dadurch wird erheblich die Manövrierfähigkeit verbessert. Wolfgang Kösling

48 Ruderarten Aktivruder Bugquerstahlruder Wolfgang Kösling

49 Ruderwirkung Um die Fahrtrichtung eines Boots zu ändern, gibt es drei Möglichkeiten: Eine angeströmte Ruderfläche wird um eine Vertikalachse gedreht. Dadurch, dass die Fläche schräg zur Strömungsrichtung steht, wird eine Bewegung in Querrichtung hervorgerufen. Ein Wasserstrahl wird in einem Winkel zur Fahrtrichtung des Bootes abgestrahlt. Dadurch wird die gewünschte Bewegung in Querrichtung hervorgerufen. Einige Ruderarten arbeiten als Kombination der beiden vorgenannten. Wolfgang Kösling

50 · Anzahl, Form und Größe der Ruderblätter
Die Ruderwirkung ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Durch die Besatzung nicht beeinflussbare Faktoren sind: ·        Anzahl, Form und Größe der Ruderblätter ·        Form des Unterwasserschiffes ·        Propelleranordnung ·        Längen-Breitenverhältnisse des Bootes ·        Wassertiefe Wolfgang Kösling

51 Durch die Besatzung beeinflussbare Faktoren sind:
·        Trimmzustand des Bootes ·        Anzahl der in Betrieb gesetzten Propeller ·        Schlagseite des Bootes ·        Geschwindigkeit des Bootes ·        Ruderlagenwinkel ·        der auftretende Propellerstrahl bei Vorausfahrt Wolfgang Kösling

52 Das Steuermoment am Ruder
Liegt das Ruder mittschiffs, so kann das Wasser an beiden Seiten ungehindert vorbeistreichen: das Ruderblatt setzt dem Fahrt- und Schraubenstrom keinen Widerstand entgegen. Es entsteht kein Steuermoment. Wird nun das Ruder aus seiner Mittschiffslage herausgebracht, so staut sich auf der dem Schrauben- und Fahrtstrom zugewandten Seite das Wasser und übt einen Druck auf die Ruderfläche aus. Es entsteht ein Steuermoment. Auf der gegenüberliegenden Seite des Ruders entsteht ein Unterdruck (Rudersog) Da das Ruderblatt fest mit dem Heck des Schiffes verbunden ist, wird das Heck jeweils in die entgegengesetzte Richtung der gegebenen Ruderlage gedrückt. Wolfgang Kösling

53 Kräfte am Ruder Sogseite (Unterdruck) Druckseite (Überdruck)
Wolfgang Kösling

54 Ruderkräfte im Strömungs-feld
Wolfgang Kösling

55 Ruderwirkung bei Fahrt voraus und Stb gelegtes Ruder Drehpunkt
des Bootes Wolfgang Kösling

56 Die beiden Kräfte: Druck und Sog, die mit der Ruderfläche, dem Ruderwinkel und dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit wachsen, wirken in die gleiche Richtung. Sie werden deshalb zu einer Kraft zusammengefasst, die als Ruderkraft (R) bezeichnet wird. Diese Kraft steht immer senkrecht zur Ebene des Ruderblattes. Die Vektoren der Ruderkraft (R) sind die Widerstandskraft (W) und die Ausscherkraft (A). Die Widerstandskraft (W) ist die fahrthemmende Komponente. Sie wirkt entgegengesetzt der Fahrtrichtung und wächst mit zunehmender Ruderlage. Die Ausscherkraft (A) ist die eigentliche Steuerkomponente und wirkt seitwärts, quer zur Fahrtrichtung gerichtet. Sie wächst bis zu einer Ruderlage von 45° und fällt bei Ruderlagen über zunehmend 45° wieder ab. Bei einer theoretischen Ruderlage von 90° wirkt die Ausscherkraft somit nicht mehr, es wirkt dann nur noch die Widerstandskraft (Bremswirkung). Wolfgang Kösling

57 Das folgende Diagramm veranschaulicht diese gegenseitige Beziehung dieser Kräfte
0° 15°30°45° 60°75°90° A W A+W Wolfgang Kösling

58 Darstellung der Ruderkräfte bei unterschiedliche Ruderlage
W Stb 10° Stb 35° Stb 80° Wolfgang Kösling

59 Drehpunkt Bei einem treibendem Schiff liegt der Drehpunkt im Schwerpunkt. Bei Fahrt voraus liegt der Drehpunkt zwischen dem ersten und zweitem Drittel. Bei Fahrt zurück wandert der Drehpunkt mit zunehmender Fahrt achteraus nach achtern in Richtung Mittelpunkt, jedoch nicht weiter. A R W Wolfgang Kösling

60 die ersten Propellerkonstruktionen
Der Schiffspropeller die ersten Propellerkonstruktionen Links oben: Ressel (1829),Rechts oben: Smith (1838) Propelleranordnung auf einem Einschraubenschiff Wolfgang Kösling

61 Aufbau eines Schiffspropellers
Der Schiffspropeller Aufbau eines Schiffspropellers Wolfgang Kösling

62 Schiffspropeller Der Propeller als Hauptantrieb wird üblicherweise am Heck des Schiffes angeordnet, nur bei Eisbrechern oder speziellen Fährschiffen gibt es zusätzliche Bugpropeller. Daneben kommen Bug- oder Heckstrahlpropeller zum Einsatz, welche das Manövrieren durch Erzeugung von Querstrom wirkungsvoll verbessern. Rechtsdrehender Propeller Zu unterscheiden sind rechtsdrehende und linksdrehende Propeller von drei und mehr Flügel. Die Drehrichtung wird erkannt, wenn man von hinten auf den Propeller schaut und der Propeller für Vorausfahrt dreht. Wolfgang Kösling

63 Schiffspropeller Verschiedene Propellertypen unterscheiden sich in:
Festpropeller (gleichbleibende Drehrichtung, mit der Maschine umsteuerbar von voraus auf zurück); Verstellpropeller (Verstellen des Ausstellwinkel der Flügel); Gegen-Contra-Propeller (Leitblech hinter dem Propeller bewirkt Umlenkung des Schraubenstroms in axiale Richtung); Düsenpropeller (Korddüse umgibt Propeller); Lenkpropeller (Propeller ist zum Steuern horizontal schwenkbar); Voith-Schneider Propeller (Exentersteuerung senkrechter Flügel auf kreisförmigen Laufradkörper unter dem Schiff). Wolfgang Kösling

64 Wolfgang Kösling

65 Arten von Schiffspropellern
Festpropeller im Propellerbrunnen eines Bootes Festpropeller mit Halbbalance-Halbschweberuder Verstellpropeller in drehbarer Ruderdüse mit zusätzlicher Ruderfläche Wolfgang Kösling

66 Voith-Schneider-Antrieb
Wolfgang Kösling

67 Voith-Schneider-Antrieb Detailanschicht
Wolfgang Kösling

68 Schiffspropeller D R S Propeller-durchmesser (D)
Propeller-pfeilung (R) Propeller-steigung (S) Wolfgang Kösling

69 Propellersteigung Wolfgang Kösling

70 Schiffspropeller Durchmesser, Steigung und Flächenverhältnis bestimmen das Leistungsverhalten des Propellers. Dieses Verhalten muss zusammenwirken mit der Motorleistung und die Motordrehzahl, Getriebeuntersetzung, Rumpfform und Verdrängung eines Schiffes. Wolfgang Kösling

71 Schiffspropeller Propellerflügel arbeiten im Idealfall wie Tragflächen von Flugzeugen. Die Formgebung der Flügelfläche beeinflusst die Strömungs-geschwindigkeit des vorbeifließenden Wassers. Wolfgang Kösling

72 Slip theoretischer Weg Slip tatsächlicher Weg Der tatsächliche Weg, den die Schraube im Wasser zurücklegt, ist kleiner, als sich der aus der Steigung der Schraube ergebene theoretische Weg. Die Differenz (Slip) kann bis zu 30% betragen. Der Slip ist besonders groß, wenn das Boot Fahrt über den Achtersteven macht und man mit der Maschine auf Fahrt voraus geht. Wolfgang Kösling

73 Steigung eines Bohrers
Dieser Unterschied wird als Slip oder Schlupf bezeichnet und liegt zwischen 20 und 30 Prozent gegenüber 100 Prozent eines festen Mediums. Die Größe des Slips ist abhängig: von der Unterwasserform des Schiffes oder Bootes, der Geschwindigkeit des Schiffes oder Bootes und den Schraubenumdrehungen pro Minute. Auch die herrschende Wetterlage (Seegang, Strömung) beeinflusst den Slip. Steigung eines Bohrers Slip Wolfgang Kösling

74 Schraubenwirkung Sog:
Der Propeller verändert während seiner Arbeit die Druckverteilung am Unterwasserschiff. Vor dem arbeitenden Propeller entsteht ein Gebiet abgesenkten Druckes, der als Sog bezeichnet wird. Um diesen Sog zu überwinden, muss der der Propeller zusätzlichen Schub aufbringen. Squat Verringert sich bei Fahrt im Flachwasser die Bodenfreiheit, so kann der arbeitende Propeller nicht mehr genügend Wasser ansaugen. Die Schiffsgeschwindigkeit ist zu verringern, um ein Ausscheren bzw. Absacken des Hecks zu vermeiden. Wolfgang Kösling

75 Schraubenwirkung Durch Drehung des Propellers entstehen neben der Schubkraft Querkräfte. Diese Querkräfte werden unterteilt in: eine Vertikalkraft, die nach oben gerichtet ist; eine Horizontalkraft, die bei rechtdrehenden Propeller nach Backbord, bei linksdrehenden Propeller nach Steuerbord gerichtet ist. Wolfgang Kösling

76 Schraubenwirkung 1.) Durch die Form des Unterwasserschiffes ergeben sich unterschiedliche Druckverhältnisse im Propellerbereich während der Arbeit des Propellers. Im oberen Bereich des Unterwasserhecks ist weniger Wasser verfügbar, als im unteren Bereich. Der Propeller muss somit im unteren Propellerbereich mehr Arbeit aufbringen, um das Wasser, wie im oberen Bereich zu verdrängen! Dadurch erhöht sich der Nachstrom im oberen Bereich Wolfgang Kösling

77 Druckverhältnisse am Propeller Heck scheert nach Stb aus
Schraubenwirkung Druckverhältnisse am Propeller Heck scheert nach Stb aus Nachstrom 2.) Die Horizontalkraft am Propeller ergibt sich aus der Ungleichheit der den Propeller umgebenen Nachstromverhältnisse. Der Nachstrom ist in der oberen Hälfte des Propellerkreises stärker als unten. Die Druckverhältnisse an den Propellerblättern sind dort deshalb stärker, als in der unteren Hälfte. Durch diese horizontale Kraft- und Druckverteilung ergibt sich bei rechtsdrehender Schraube die Richtung der Horizontalkraft nach Backbord. Dieser Effekt ist eine direkte Wirkung der Schraube und wird als Radeffekt bezeichnet! Wolfgang Kösling

78 Schraubenwirkung Auf geradem Bahnverlauf verursacht der Radeffekt bei rechtsdrehender Schraube ein Gierverhalten des Schiffes nach Backbord, der durch eine Ruderlage nach Steuerbord ausgeglichen werden kann. Die reale Rudermittschiffslage kann dann 1° bis 3° Stb betragen! Mit der Folge, dass bei gleicher Ruderlage der Steuerborddrehkreis eines Schiffes mit einer rechtsdrehenden Schraube größer ist, als der Backborddrehkreis. Wolfgang Kösling

79 Steuerwirkung Die direkte Steuerwirkung
Unter der direkten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Wirkung verstanden, die allein auf den unmittelbaren Einfluss der Schraube zurück zuführen ist. Erste Wirkung der direkten Steuerwirkung ist der querschiffs gerichtete Seitenschub. Je tiefer die Schraube im Wasser liegt, desto geringer ist der Seitenschub. Zweite Wirkung der direkten Steuerwirkung ist die Ruderwirkung eines Propellers, die aufgrund der Verdrehung der Schraubenblätter entsteht. Je größer die Schraubenflügel im Verhältnis zur Schiffsgröße sind, umso größer ist diese Ruderwirkung. Wolfgang Kösling

80 Steuerwirkung Die indirekte Steuerwirkung
Unter der indirekten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Wirkung verstanden, die auf den Einfluss der Schraube auf das Ruder zurück zuführen ist. Erste Wirkung ist die Wirkung des Schraubenstroms auf das Ruder bei Fahrt voraus. Das Ruder stärker angeströmt, als bei Stillstand der Schraube. Die Ruderwirkung verbessert sich erheblich. Der nach achtern gerichtete Schraubenstrom drückt zusätzlich zum Fahrtstrom auf das übergelegte Ruder. Zweite Wirkung ergibt sich wenn, die Schraube aus dem Stillstand auf „voraus“ anspringt.. Die Schraube schraubt sich noch nicht in das Wasser hinein. Der Slip beträgt nahezu 100%. Der Schraubenstrom auf das gelegte Ruder zeigt dabei seine größte Wirkung. Einschraubenschiffe können so 10 bis 20 Grad drehen, ehe sie Fahrt aufnehmen. Wolfgang Kösling

81 Steuerwirkung Die direkte und die indirekte Steuerwirkung tritt fast gleichzeitig auf und lässt keine sichtliche Trennung beider Wirkungen zu. Wolfgang Kösling

82 Zusammenwirken von Ruder und Schraube
Der Propeller erzeugt beim Drehen Schubkraft, genannt Propulsion (Vortrieb). Nach Fahrtaufnahme des Schiffes auf voraus wird der Schraubenstrom axial verlaufen. Es entsteht eine direkte Steuerwirkung durch unterschiedliche Druckverhältnisse im Bereich des Propellerkreises und eine indirekte Wirkung des Schraubenstroms auf das Ruder. Beim Anspringen einer rechtsdrehenden Schraube auf voraus wird das dem Propeller umgebene Wasser zuerst zentrifugal weggeschleudert und trifft das Heck im Unterwasserbereich an Backbord-Seite. Das Heck dreht nach Steuerbord. Wolfgang Kösling

83 Zusammenwirken von Ruder und Schraube
Beim Anspringen einer rechtsdrehenden Schraube auf zurück wird das dem Propeller umgebene Wasser zentrifugal weggeschleudert und trifft das Heck im Unterwasserbereich an Steuerbord-Seite. Das Heck dreht nach Backbord. Bei einem festgestellten Propeller (Schiff wird geschleppt) tritt Bremswirkung auf. Bei Fahrt voraus eines Schiffes wirkt der Fahrstrom und der Schraubenstrom auf das Ruder. Beide Kräfte addieren sich. Bei Fahrt zurück eines Schiffes wirkt nur der von achtern kommende Fahrstrom auf das Ruder. Der Schraubenstrom kann das Ruder nicht treffen, da er nach voraus abfließt. Die Ruderkraft zeigt bei geringer Fahrt über den Achtersteven nur geringe Wirkung. Wolfgang Kösling

84 Drehzahl Die Drehung des Festpropellers verursacht ein ungleichförmiges Strömungsbild des Wassers hinter dem Propeller. Der Propeller wird nicht nur durch Schub- und Drehmomente, sondern auch durch weitere die während eines Umlauf periodisch auftretenden schwankenden Kräfte und Momente belastet. Diese Kräfte und Momente werden über die Wellenanlage, dem Drucklager auf den Antriebsmotor übertragen. Diese auftretenden schwingungserregenden Kräfte übertragen sich auf das gesamte Schiff und können durch Änderung der Drehzahl beseitigt werden. Dieser Effekt des Propellers wird als „kritische Drehzahl“ bezeichnet. Bei modernen Propellern ist dieser Effekt weitgehend beseitigt. Wolfgang Kösling

85 Kavitation Hohlraumbildung in sehr schnell fließenden Flüssigkeiten.
Ursache: Steigende Strömungsgeschwindigkeit Absinken des statischen Drucks Absinken der Siedetemperatur Auswirkung: Im Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeiten bilden sich die Dampfbläschen zurück (Implusion der Dampfbläschen auf den Propeller, Geräuschbildung, Materialabtrag). Wolfgang Kösling

86 Kavitation wird vermieden durch:
Großes Flächen-Verhältnis, d.h. relativ breite Flügel Geringe Schubbelastung des Propellers Gleichmäßige Zuströmung zum Propeller, um starke Anströmwinkelschwankungen zu vermeiden. Wolfgang Kösling

87 Kavitationsgefährdete Stellen sind: Flügelspitzen
Vorderkantenbereich der Flügel Hinterkantenbereich der Saugseite Hohlkehle zwischen Nabe und Druckseite. Wolfgang Kösling

88 Steuerfähigkeit Vermögen des Schiffs, den Kurs zu halten und auf Ruderlagen mehr oder weiniger schnell anzusprechen. Abhängig vom Trimm und auch von der Masseverteilung im Schiff. Beeinflusst durch: Flachwasser, Fahrwasserbegrenzungen, Wind und Seegang. Wolfgang Kösling

89 Zusammenfassung Schraubenpropeller schrauben sich in Richtung der Drehachse durch das Wasser. Die Flügelform muss daher an die Schraubenbewegung angepasst werden. Die Steigung des Propellers ist der bei einer Umdrehung in Achsenrichtung zurückgelegte Weg. Die Anströmung der Propellerflügel hängt von der Drehzahl des Propellers und der Schiffsgeschwindigkeit ab. Wolfgang Kösling

90 Damit alle Flügelteile optimal angeströmt werden, muss das Steigungs-Verhältnis genau auf das Geschwindigkeits-Drehzahl-Verhältnis, den Fortschrittsgrad, abgestimmt werden. Die Propellerkräfte ergeben sich aus den Unter- und Überdrücken an den Flügeln. Sie summieren sich zu Schub und Drehmoment. Gute Wirkungsgrade erfordern große, schmalflügelige Propeller mit optimalem Steigungsverhältnis. Kavitation am Propeller muss vermieden werden, da sie zu Erosionen, zu Wirkungsgradverlusten und zu Geräuschen führt. Wolfgang Kösling

91 Manöver für Schiffe Auswirkung beim Manövrieren:
Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenschiff, Phasen des Anlegens mit Steuerbordseite an die Pier, kein Wind Heckausschlag Bugausschlag Anlaufwinkel ca. 35° bis 45° Fahrstufe: Stop, Schiff macht Restfahrt Ruderlage: Backbord, Schiff dreht leicht nach Bb Fahrstufe: Halbe Fahrt zurück, bis Schiff steht, danach Stop Ruderlage: Backbord Bei Anspringen der Schraube auf zurück wird das Wasser gegen das Steuerbord-Unterwasserheck geschleudert. Wirkung Bug dreht nach Steuerbord und zieht auf die Pier. Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Wolfgang Kösling

92 Manöver für Schiffe Auswirkung beim Manövrieren:
Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenschiff, Phasen des Anlegens mit Backbordseite an die Pier, kein Wind Heckausschlag Anlaufwinkel ca. 35° bis 45° Bugausschlag Fahrstufe: Halbe Fahrt zurück, bis Schiff steht, danach Stop Ruderlage: Steuerbord Fahrstufe: Stop, Schiff macht Restfahrt Ruderlage: Steuerbord, Schiff dreht leicht nach Stb Bei Anspringen der Schraube auf zurück wird das Wasser gegen das Steuerbord-Unterwasserheck geschleudert. Wirkung Bug dreht nach Steuerbord und zieht von der Pier weg! Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Wolfgang Kösling

93 Manöver für Schiffe Merke:
Auswirkung beim Manövrieren: Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenschiff, Merke: Bei Steuerbordanleger ist der Bug nicht nahe der Pier zu bringen, da bei Anspringen der Schraube auf zurück, der Bug auf die Pier zu dreht. Bei Backbordanleger ist der Bug nahe an die Pier zu bringen, da bei Anspringen der Schraube auf zurück der Bug von der Pier wegzieht. Wolfgang Kösling

94 Manöver für Boote Auswirkung beim Manövrieren:
Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenboot, Phasen des Anlegens mit Backbordseite an die Pier, kein Wind Fahrstufe: Stop, Boot macht Restfahrt Ruderlage: Steuerbord, Boot muss leicht nach Stb drehen! Fahrstufe: Halbe bis volle Fahrt zurück, bis Boot steht, danach Stop Ruderlage: Hart Steuerbord Durch Kombination der Steuerborddrehung mit dem Fahrtmanöver „zurück“ wird erreicht, dass sich das Boot an die Pier zieht! Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Wolfgang Kösling

95 Bei einer hohen Pier kann das Boot in einen Windschatten geraten!
Manöver für Boote Anlegen bei Wind: Ablandiger Wind: Bei ablandigem Wind ist das Boot dicht an die Pier zu bringen. Wenn nötig ist die Pier in einem fast rechten Winkel anzulaufen, um das Abtreiben zu verhindern aufstoppen und langsam Fahrt voraus. Ruder hart Stb und halbe Fahrt zurück bis Boot steht. Fahrstufe: Stop, Boot macht Restfahrt Bug muss kräftig nach Stb drehen! Merke: Bei einer hohen Pier kann das Boot in einen Windschatten geraten! Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Wolfgang Kösling

96 Manöver für Boote Anlegen bei Wind: Auflandiger Wind:
Bei auflandigem Wind ist das Boot weit ab und parallel an die Pier zu bringen. Der Wind wird das Boot auf die Pier zu treiben Fahrstufe: Stop, Boot macht Restfahrt Bug muss nach Stb drehen! Eventuell Hart Stb-Ruder legen aufstoppen. Ruder mittschiffs und halbe Fahrt zurück bis Boot steht. Merke: Boot ca. 2 bis 3 Meter parallel zur Pier aufstoppen! Es wirkt der drückende Wind Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Wolfgang Kösling

97 Manöver für Boote Rückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier ohne Wind
Stop and Go. Boot macht Fahrt achteraus. Heck muss zwischen die Dalben kommen! Kursbeeinflussung durch Ruderlegen bei Fahrt zurück. Bb-Ruder Heck dreht nach Bb Stb-Ruder Heck dreht nach Stb Gegebenfalls Aufrichten des Bootes mit voraus und entsprechender Ruderlage! Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Ruder hart Steuerbord und halbe bis volle Fahrt zurück bis Boot fahrt achteraus macht Wolfgang Kösling

98 Manöver für Boote Rückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier mit Seitenwind Boot in Windrichtung neben der Einfahrt stellen und vom Wind vor die Einfahrt drücken lassen. Kombination von zurück und voraus Manöver, um die Richtung zu halten! Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus Ruderlage: Mittschiffs Ruder hart Steuerbord und halbe bis volle Fahrt zurück bis Boot fahrt achteraus macht Wolfgang Kösling

99 Mann über Bord Manöver für Schiffe 270° Turn Williamson- Turn
Scharnow- Turn Wolfgang Kösling

100 Mann über Bord Manöver für Boote Wind von Steuerbord Wind von Backbord
45° 2 bis 3 Bootslängen Wolfgang Kösling

101 Der Drehkreis kann sowohl über Bb als auch über Stb gefahren werden
Mann über Bord Manöver für Boote Wind von vorn Wind von achtern Der Drehkreis kann sowohl über Bb als auch über Stb gefahren werden Wolfgang Kösling

102 für Boote Mann über Bord Manöver Regeln für die Manöverdurchführung „Mann über Bord“ Halte nie mit dem Bug auf die im Wasser liegende Person zu! Wähle ein Anlaufkurs quer zum Wind von mindesten zwei Bootslängen! Das Heck ist mit kurzer Ruderlage bei dem Ruf „Mann über Bord“wegen der Schiffsschraube vom Unfallort wegzudrehen! Die Schraube ist auszukuppeln! Achte auf die Tiefenverhältnisse am Unfallort und im Manöverbereich (enge Fahrwasser)! Wolfgang Kösling