Wolfgang Kösling 1 Seemannschaft. 2 Backbordseite Steuerbordseite Mast Heck Bug Steuerstand...

Wolfgang Kösling 1

SeemannschaftSeemannschaft

Wolfgang Kösling 2

Backbordseite

Steuerbordseite

Mast

Heck

Bug

Steuerstand

Wasserlinie

BegriffeBegriffe

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L.ü.a. Länge über alles 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

Begriffe:Begriffe:

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Begriffe:Begriffe:

D Deplacement 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

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Bauarten von SchiffenBauarten von Schiffen

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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

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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.

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x Achse ist die Kurs oder Gierachse y Achse ist die Rollachsez Achse ist die Stampfachse (Drehachse)

x

y

z

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x‘ y’

z‘

x’ 0°Rollwinkel

y’ 0°Gierwinkel

z’ 0°Stampfwinkel

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Systematik des Bewegungsverhaltens eines SchiffesSystematik des Bewegungsverhaltens eines Schiffesbei der Fahrt und beim Manövrierenbei der Fahrt und beim Manövrieren

Fahrtverhaltenbei konstanter Fahrt und beim

Manövrieren mit der Vortriebseinrichtung

Steuerverhaltenbeim 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 oderPull-out-Manöver


Definition der Schwimmfähigkeit (nach Archimedes)Definition der Schwimmfähigkeit (nach Archimedes)

Diese Gleichgewichtsbedingung gilt für schwebende und schwimmende Körper !

WL

FB

FG

fG

B

G: Gewichtsschwerpunkt

B: Verdrängungsschwerpunkt, FormschwerpunktFG = FB


FAuftrieb

Auftriebsverteilung längs des Bootes

Schwerkraftverteilung längs des Bootes

FSchwerkraft FSchwerkraft

Statische BeanspruchungStatische Beanspruchung


Dynamische BeanspruchungDynamische Beanspruchung


Boot quer in den WellenBoot quer in den WellenDurch 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.


Boot schräg in den WellenBoot 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.


GeschwindigkeitGeschwindigkeit

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.


Die Einflüsse, die auf die Geschwindigkeit eines Schiffes bzw. Bootes einwirken, sind:

Strömung und Windeinfluss,

Seegang,

Flachwassergebiete,

Bewuchs des Schiffskörpers.


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.

RumpfgeschwindigkeitRumpfgeschwindigkeit


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.

gL

vFn

WL

Sie wird berechnet nach der mathematischen Funktion:


KrängungsverhaltenKrängungsverhalten

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.


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.


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


DrehkreisDrehkreis

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.


1. Phase

2. Phase

3. Phase

Vorausweg

Querversatz

konstanter Durchmesser

DrehkreisphasenDrehkreisphasen


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

DrehkreisphasenDrehkreisphasen


Derivation (Ableitung)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°.


Drehpunkt

Kiellinie

Drehkreis Tangente an den Drehkreis

DerivationDerivation


DerivationDerivation

Der Derivationswinkel ist abhängig :

der Form des Schiffskörpers;der Form des Schiffskörpers;

vom Ruderlagewinkel;vom Ruderlagewinkel;

von der Geschwindigkeit;von der Geschwindigkeit;

von der Dauer der Kursänderung.von der Dauer der Kursänderung.


StoppstreckeStoppstrecke

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.


AuslaufstreckeAuslaufstrecke

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.


Die Schwimmfähigkeit 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

der Erdbeschleunigung.


Die Schwimmfähigkeit 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.


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


Ströme am fahrendem SchiffStröme am fahrendem Schiff

BugstauHecksee

FahrtstromMitstrom Schrauben-

ergänzungsstrom

Schraubenstrom


Ströme am fahrendem SchiffStröme am fahrendem Schiff

FahrstromAm 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 hervorrufenSchraubenstrom: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 RuderErgänzungsstrom:Von allen Seiten fließt das Wasser zur Schraube nach, um den durch den Schraubenstrom entstandenen Wassermangel auszugleichen. Ein Steuermoment bewirkt dieser Strom nicht.


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


Ruder und RuderwirkungRuder 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 Kursstabilität und empfindliches Reagieren auf RuderausschlägeReagieren auf Ruderausschläge, stehen im Widerspruch zueinander.


Ruderanlage

schiffbaulicher Teil:RuderblattRuderkokerRuderhackeBegrenzungenEisschutzStrömungskanäle und Düsen

maschinenbaulicher Teil:RuderschaftQuadrantLagerungmechanische ÜbertragungBremse, Feststellermechanische Antriebehydraulische Antriebemechanische Meldeanlagen

elektromechanischerTeil:elektrische Antriebeelektrohydraulische AntriebeAntriebe der Aktivanlagenelektrische Meldeanlagen

Nach dem Arbeitsbereich gliedern sich die Ruderanlagen wie folgt:


Ruderschaft

Rudermaschine

Ruderblatt

RuderanlageRuderanlage

Ruderkoker


Plattenruder

HalbschweberuderSchweberuder

Balanceruder

RuderartenRuderarten



Oerts-Ruder

Simplex-Balance-Ruder

Kordüsenruder


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.

ProfilruderProfilruder


RudeRuderr

Wirkung:Passive Ruderaktive Ruder

Form:PlattenruderProfilruderSimplex- ruderOerzruderKordüsen- ruder

Lagerung:Schwebe- ruderHalb- schwebe- ruder

Anzahl der Ruderflächen:Einflächen- ruderDoppelruderMehrfach- ruder



Ruder mit festem KopfteilRuder 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.



Da die Ruderkraft von der Größe der Ruderflächen und von Da die Ruderkraft von der Größe der Ruderflächen und von der Anströmgeschwindigkeit abhängt, ergeben sich für die der Anströmgeschwindigkeit abhängt, ergeben sich für die überschlägliche Dimensionierung der Ruderfläche folgende überschlägliche Dimensionierung der Ruderfläche folgende

Faustregeln: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.


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.


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.


Bugquerstahlruder

AktivruderRuderartenRuderarten


RuderwirkungRuderwirkung

Um die Fahrtrichtung eines Boots zu ändern, gibt es drei Möglichkeiten:

1. Eine angeströmte Ruderfläche wird um eine Vertikalachse gedreht. Dadurch, dass die Fläche schräg zur Strömungsrichtung steht, wird eine Bewegung in Querrichtung hervorgerufen.

2. Ein Wasserstrahl wird in einem Winkel zur Fahrtrichtung des Bootes abgestrahlt. Dadurch wird die gewünschte Bewegung in Querrichtung hervorgerufen.

3. Einige Ruderarten arbeiten als Kombination der beiden vorgenannten.


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


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


Das Steuermoment am RuderDas 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.


Sogseite(Unterdruck)

Druckseite(Überdruck)

Kräfte am RuderKräfte am Ruder


Ruderkräfte im

Strömungs-feld


A

R W

Ruderwirkung bei Fahrt voraus undStb gelegtes Ruder

Drehpunktdes Bootes


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).


0° 15°30°45° 60°75°90°A

WA+W

Das folgende Diagramm veranschaulicht diese gegenseitige Beziehung dieser Kräfte


A

R W

A

R W

A

RW

Stb 10° Stb 35° Stb 80°

Darstellung der Ruderkräfte bei unterschiedliche Darstellung der Ruderkräfte bei unterschiedliche RuderlageRuderlage


DrehpunktDrehpunkt

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.

AR

W


Der SchiffspropellerDer Schiffspropeller

die ersten PropellerkonstruktionenLinks oben: Ressel (1829),Rechts oben: Smith (1838)

Propelleranordnung auf einem Einschraubenschiff


Der SchiffspropellerDer Schiffspropeller

Aufbau eines Schiffspropellers


SchiffspropellerSchiffspropeller

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.

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.Rechtsdrehender

Propeller



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).



Festpropeller im Propellerbrunnen

eines Bootes

Festpropeller mit Halbbalance-

Halbschweberuder

Verstellpropeller in drehbarer Ruderdüse mit zusätzlicher Ruderfläche

Arten von SchiffspropellernArten von Schiffspropellern


Voith-Schneider-Antrieb


Voith-Schneider-Antrieb Detailanschicht



D

R S

Propeller-durchmesser (D)

Propeller-pfeilung (R)

Propeller-steigung (S)


PropellersteigungPropellersteigung



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.



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


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.

SlipSliptheoretischer

Weg

tatsächlicher Weg

Slip


Dieser Unterschied wird als SlipSlip 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

SlipSlip


SchraubenwirkungSchraubenwirkung

Sog: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.

SquatSquat

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.



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.



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



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 RadeffektRadeffekt bezeichnet!

Druckverhältnisse am Propeller

Heck scheert nach Stb aus

Nachstrom

Nachstrom



Mit der Folge, dass bei gleicher Ruderlage der Steuerborddrehkreis eines Schiffes mit einer rechtsdrehenden Schraube größer ist, als der Backborddrehkreis.

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!


SteuerwirkungSteuerwirkung

Die direkte Steuerwirkung

Unter der direkten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Unter der direkten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Wirkung verstanden, die allein auf den unmittelbaren Einfluss Wirkung verstanden, die allein auf den unmittelbaren Einfluss der Schraube zurück zuführen ist.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.



Die indirekte Steuerwirkung

Unter der indirekten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Unter der indirekten Steuerwirkung wird jene kursbeeinflussende Wirkung verstanden, die auf den Einfluss der Schraube auf das Wirkung verstanden, die auf den Einfluss der Schraube auf das Ruder zurück zuführen ist.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.



Die direkte und die indirekte Steuerwirkung tritt fast gleichzeitig auf

und lässt keine sichtliche Trennung beider Wirkungen zu.


Zusammenwirken von Ruder und SchraubeZusammenwirken von Ruder und Schraube

Der Propeller erzeugt beim Drehen Schubkraft, genanntPropulsion (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.


Zusammenwirken von Ruder und SchraubeZusammenwirken 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.


DrehzahlDrehzahl

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.


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).

KavitationKavitation


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.


Kavitationsgefährdete Stellen sind:

Flügelspitzen

Vorderkantenbereich der Flügel

Hinterkantenbereich der Saugseite

Hohlkehle zwischen Nabe und Druckseite.


SteuerfähigkeitSteuerfähigkeit

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.


ZusammenfassungZusammenfassung

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.


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.


ManöverManöver

Auswirkung beim Manövrieren:Auswirkung beim Manövrieren:

Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenschiff,Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenschiff,

Phasen des Anlegens mit Steuerbordseite an die Pier, kein Wind

Fahrstufe: Kleine Fahrt Voraus

Ruderlage: Mittschiffs

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.

Bugausschlag Heckausschlag

für Schiffe

Anlaufwinkel ca. 35° bis 45°




Phasen des Anlegens mit Backbordseite an die Pier, kein Wind



Fahrstufe: Stop, Schiff macht Restfahrt

Ruderlage: Steuerbord, Schiff dreht leicht nach Stb

Fahrstufe: Halbe Fahrt zurück, bis Schiff steht, danach Stop

Ruderlage: Steuerbord

BugausschlagHeckausschlag

für Schiffe

Anlaufwinkel ca. 35° bis 45°

ManöverManöver

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!




Merke: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.

für Schiffe ManöverManöver



Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenboot,Rechtsdrehende Schraube, Einschraubenboot,

Phasen des Anlegens mit Backbordseite an die Pier, kein Wind

Fahrstufe: Halbe bis volle Fahrt zurück, bis Boot steht, danach Stop

Ruderlage: Hart Steuerbord

für Boote



Fahrstufe: Stop, Boot macht Restfahrt

Ruderlage: Steuerbord, Boot muss leicht nach Stb drehen!

Durch Kombination der Steuerborddrehung mit dem Fahrtmanöver „zurück“ wird erreicht, dass sich das Boot an die Pier zieht!

ManöverManöver


Anlegen bei Wind: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

für Boote




Bug muss kräftig nach Stb drehen!

aufstoppen und langsam Fahrt voraus. Ruder hart Stb und halbe Fahrt zurück bis Boot steht.

Merke:Merke:

Bei einer hohen Pier kann das Boot in einen Windschatten geraten!

ManöverManöver


Anlegen bei Wind: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

für Boote




Bug muss nach Stb drehen! Eventuell Hart Stb-Ruder legen

aufstoppen. Ruder mittschiffs und halbe Fahrt zurück bis Boot steht.

Merke:Merke:

Boot ca. 2 bis 3 Meter parallel zur Pier aufstoppen! Es wirkt der drückende Wind

ManöverManöver


Rückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier ohne WindRückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier ohne Wind

für Boote



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!

Ruder hart Steuerbord und halbe bis volle Fahrt zurück bis Boot fahrt achteraus macht

ManöverManöver


Rückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier mit SeitenwindRückwärts zwischen zwei Dalben an die Pier mit Seitenwind

für Boote


Ruderlage: MittschiffsRuder hart Steuerbord und halbe bis volle Fahrt zurück bis Boot fahrt achteraus macht

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!

ManöverManöver


Mann über Bord ManöverMann über Bord Manöver für Schiffe

270° Turn Williamson- Turn

Scharnow- Turn


Mann über Bord ManöverMann über Bord Manöver für Boote

Wind von Steuerbord

Wind von Backbord

45°

2 b

is 3

Bo

ots

län

gen


Mann über Bord ManöverMann über Bord Manöver für Boote

Wind von vorn

Wind von achtern

Der Drehkreis kann sowohl über Bb als auch über Stb gefahren werden


Mann über Bord ManöverMann über Bord Manöverfür Boote

Regeln für die Manöverdurchführung „Mann über Bord“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)!

Date post:	06-Apr-2015
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Wolfgang Kösling 1 Seemannschaft. 2 Backbordseite Steuerbordseite Mast Heck Bug Steuerstand...

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