Vandal - 1903, Pionierschiff mit Dieselmotorantrieb zum Öltransport

Karl-Heinz Hochhaus

Abb. 1: Ölquellen der Nobels in Baku um 1880 (Quelle Wikipedia)

1. Einführung

Mit dem Dieselmotor, der Verbrennungskraftmaschine mit Selbstzündung des Brennstoffes im Zylinder, wurde von Rudolf Diesel die rationellste Wärmekraftmaschine erfunden und gemeinsam mit den Fabriken Maschinenfabrik Augsburg (später  MAN) und Friedrich Krupp realisiert. An der Schwelle des 20. Jahrhunderts begann dann die Anwendung stationärer Dieselmotoren.

 

Bei der Verwendung von mobilen Anwendungen standen der Schiffsantrieb, und die elektrische Stromerzeugung für den Schiffshilfsbetrieb im Vordergrund [1]. Unter vergleichbaren Verhältnissen würde ein Motorschiff nur etwa 25% des Brennstoffgewichtes verbrauchen, das ein zu dieser Zeit übliches kohlegefeuertes Dampfschiff für die gleiche Seereise benötigen würde. Dadurch vergrößerte sich der Aktionsradius erheblich und bei langen Rundreisen ist der Anlauf weiterer Bunkerhäfen nicht mehr notwendig. Besonders das zusätzliche Ladevermögen ist von Vorteil, da der Platz für die Bunkerkohle für zahlende Ladung frei wurde.

 

Da die Schiffe nicht nur vorwärts, sondern auch rückwärts fahren, sollten Dieselmotoren möglichst umsteuerbar sein. Diese Forderung war ein Problem, verzögerte die Einführung in die Schifffahrt und wurde 1903 von den Binnenschiffen Petit Pierre und Vandal anders gelöst [2]. Auf der Petit Pierre mit 25 PS ermöglichte ein Verstellpropeller die Rückwärtsfahrt, und auf der Vandal wurde das Problem elektrisch gelöst. Die drei 60 PS-Dieselmotoren trieben Generatoren an, die zur Stromversorgung der elektrischen einfach umschaltbaren Fahrmotoren dienten.

 

Abbildung 2: Ludwig Nobel (Quelle Wikipedia, unbekannter Fotograf)
Abbildung 2: Ludwig Nobel (Quelle Wikipedia, unbekannter Fotograf)

 

Die Nobel Brothers Petroleum Company (später Branobel) war eine Ölfirma (Abb. 1), die ursprünglich 1876 von Robert (1829 - 1896) und Ludwig Nobel (1831-1888), (andere Schreibweise Ludvig Immanuel Nobel, Abb. 2) in Baku gegründet wurde. 1879 wurde sie in eine Aktiengesellschaft gewandelt mit Sitz in St. Petersburg. Ludwig Nobel ließ  in Schweden mit der Zoroaster ein Öltankschiff bauen, das 1879 in Betrieb genommen wurde. Die Motala Werft in Norrköping entwarf und konstruierte ein neuartiges Tankschiff für den Öltransport als flüssiges Massengut für den Binnenverkehr auf dem Kaspischen Meer. Der Dampfer erhielt einen mittschiffs angeordneten Aufbau, darunter befand sich der Maschinenraum mit Dampfmaschine und ölgefeuerten Kesseln. Das Öl wurde  in 21 eingebauten zylindrischen Zisternentanks transportiert. Das fertige Schiff wurde anschließend wieder zerlegt und mit Binnenkähnen über Kanäle und die Wolga nach Baku transportiert, wo es wieder zusammengebaut und in Betrieb genommen wurde. Später wurden die stehenden Zisternentanks entfernt und der Maschinenraum vorn und hinten mit wassergefüllten Kofferdämmen abgeschottet. Dann wurden die leeren Laderäume bis auf den Doppelboden als Tank genutzt. Mit diesen Umbaumaßnahmen entstand aus der Zoroaster der erste Öltanker moderner Bauart.

2. Emanuel Nobel erwirbt Motorlizenzen für Russland

1896 traf der Ingenieur Anton Gustav Robert Carlsund (1865-1958) bei der Industrieausstellung in Nischni-Nowgorod den Petersburger Fabrikanten Emanuel Nobel (1859-1932, Abb. 3), ältester Sohn von Ludwig Nobel und Neffe von Alfred Nobel. Carlsund hatte mit dessen jüngeren Bruder Carl Nobel am Royal Institute of Technology in Stockholm studiert. Emmanuel Nobel stellte ihn als Ingenieur für seine Petersburger Maschinenfabrik ein. Bei der Teilnahme zur VDI-Hauptversammlung am 16. Juni 1897 in Kassel hörte Carlsund die Vorträge von Rudolf Diesel und Professor Moritz Schröter. Er berichtete Nobel darüber und über das seiner Meinung nach großes Entwicklungspotential dieses Motors. Nobel erörterte das Dieselmotor-Prinzip mit Petersburger Kollegen, die aufgrund der hohen Kompression jedoch von einer möglichen Beteiligung abrieten.

 

Als Emanuel Nobel (Abb. 3), Anfang 1898 in Stockholm mit dem Juristen und Bankier Marcus Wallenberg (1864-1943) über den Motor sprach, zeigte der großes Interesse. Wallenberg war von dem Nürnberger Geschäftsmann Berthold Bring, der an den amerikanischen Lizenzverhandlungen für Adolphus Busch beteiligt war, ebenfalls auf den Motor als wichtige Zukunftsinvestition hingewiesen worden. Diesel hatte am 20. Januar 1898 eine Option für Wallenberg und den schwedischen Ingenieur Oskar Lamm, Chef der Stockholmer Maschinenbaufirma Nya A.B. Atlas, an der Familie Wallenberg beteiligt war, für die schwedischen Lizenzen unterzeichnet [3]. Bei diesem Termin wurde auch der Motor im Augsburger Versuchslabor besichtigt.

 

Schon im Februar fuhren Nobel und Wallenberg nach Berlin und am 14. Februar 1898 fand das Treffen mit Diesel und seinem Agenten Bring im Hotel Bristol statt. Sie verhandelten mit Diesel über Motorlizenzen für Russland und weitere gemeinsame Unternehmungen. Am 16. Februar 1898, am Ende der mehrtägigen Verhandlungen, unterzeichnete Emanuel Nobel den Vertrag mit Diesel und zahlte insgesamt 800000 Mark. 600000 Mark wurden in bar und 200000 Mark für Aktien der neu gegründeten Firma Russische Dieselmotor, GmbH mit Standort in  Nürnberg gezahlt [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 3: Emanuel Nobel (1859-1932) leitete die Ölgesellschaft und übernahm auch  die Fabrik (Quelle Wikipedia, .

3. A. B. Diesels Motorer

A. B. Diesels Motors (später Atlas Diesel und Atlas Copco), wurde von Marcus Wallenberg (1864–1943) im Frühjahr 1898 als ktiengesellschaft Aktiebolaget Diesels Motorer mit Sitz in Sickla vor den Toren Stockholms gegründet. Das Kapital betrug 300000 Kronen in 300 Anteilen. Davon zeichnete Wallenberg, Diesel und Lamm je 50, Auguste Pellerin 40 und 10 Anteile wurden in 110 Teile gestückelt [3]. John Schmidt leitete die Fabrik bis 1903. Der Chefingenieur Henning Hallencreutz absolvierte bei der Maschinenfabrik Augsburg ein gründliches fast zweijähriges Praktikum und begann im Frühjahr 1900 seine Tätigkeit in Sickla. 1899 begann Knut Jonas Elias Hesselman (1877-1957, Abb. 4) seine Karriere in dieser Firma. Er hatte nach einer zweijährigen Lehre an der Königlich Technischen Universität in Stockholm studiert. Sechs Jahre später löste er Hallencreutz als Konstruktionschef ab, arbeitete von 1899 bis 1916 für AB Diesels Motorer und trieb die Entwicklung mit seinen genialen Ideen voran. Hesselman leistete zahlreiche wichtige Beiträge zur Kraftstoffeinspritzung und erlangte internationales Ansehen mit seiner bekanntesten Erfindung, die 1906 die Umsteuerung der Dieselmotors ermöglichte. Das war der Durchbruch des Dieselmotors als Schiffsantrieb.

 

Diesel lieferte 1898 die bei den Patentverhandlungen vereinbarten Konstruktionszeichnungen für einen erheblich überarbeiteten und verbesserten 20-PS-Motor, der zunächst unter Oskar Lamm bei Atlas gebaut wurde. Unstimmigkeiten in der Zeichnung unterbrachen die Arbeiten, die mit Hilfe der Allgemeinen Gesellschaft für Dieselmotoren beseitigt wurden. Die Gesellschaft sandte im März 1899 dafür den Service-Ingenieur Ludwig Noe (1871-1949), später Generaldirektor der Danziger Werft, nach Schweden, der die Probleme in den folgenden drei Monaten löste. In dieser Zeit wurde der Motorenbau von Atlas zu Diesels Motorer in Sickla verlagert und 1899 konnte der erste A 20 Dieselmotor (250/400 mm) erfolgreich in Betrieb genommen werden. In der Folgezeit von 1899-1902 wurden sechs A 20- und vier A 50-Motoren (275/420 mm) abgeliefert. Das spez. Gewicht betrug für die 120 PS Motoren vom Typ K 3 III (Abb. 5) nur noch 126  kg/PS

 

Die Explosion eines A 20 Motors in einer Kerzenfabrik und auch der hohe Preis des A 20 Motors von rund 10.000 Kronen bzw. 25.000 Kronen für den A 50 Motor führte zum Umdenken und zu einer drastischen Neukonstruktion. Verbesserungen der Kraftstoffeinspritzung, an dem Verbrennungssystem und andere konstruktiven Details führten zur Vereinfachung des Motors und reduzierten das Gewicht um fast ein Drittel.

 

 

 

 

Abb. 4: 1899 begann Knut Jonas Elias Hesselman (1877-1957,  vordere Reihe Mitte) seine Karriere bei Diesels Motorer
(Quelle Wikipedia)

Abb. 5: Vergleichbare 120 PS Motoren vom Typ K 3 III für die Vandal kamen von Diesels Motorer aus Schweden, das spez. Motorgewicht betrug  nur noch 126  kg/PS (Quelle: Cummins, L.: Diesels Engine from Conception to 1918, 1993 Carnot Press,Wilsonville)

4. Maschinenfabrik Ludwig Nobel, St. Petersburg

1862 wurde die 1859 liquidierte St. Petersburger Fabrik der Nobels von Ludwig Nobel (Abb. 2) wieder gegründet. Sie nahm einen steilen Aufschwung, als 1874 der Ölrausch in Baku ausbrach. Die Fabrik konstruierte und baute Dampfmaschinen, Dampfkessel, Pumpen, Lüfter sowie Achsen und Räder. 1873 suchte sein Bruder Robert Nobel im Kaukasus und um Baku nach Holz für die Maschinenfabrik und hat dabei in Baku erste Ölbohrrechte erworben. 1878 wurde von den Brüdern Ludwig und Robert Nobel mit einem Kapital von 3 Millionen Rubel die später als Branobel bekannte Firma Naftaproduktionsbolaget Bröderna Nobel in Baku gegründet. Sie wurde zu einer der erfolgreichsten Ölfirmen der damaligen Zeit.

 

 Nach Ludwig Nobels Tod übernahm sein Sohn Carl Nobel, der an der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm Ingenieurwissenschaften studiert hatte, 1888 die Maschinenfabrik in St. Petersburg. Er änderte das Fertigungsprogramm, da Russland seit 1880 in einer tiefen Rezession verharrte. Carl Nobel schloss einen Lizenzvertrag mit einer Schweizer Werkstatt zum Bau von 3, 5 und 7 PS Petroleummotoren ab. Sie arbeiteten nicht zufriedenstellend und als Carl 1893 starb, waren seine Arbeiten zur Verbesserung der Petroleummotoren nicht abgeschlossen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 6: Der Ingenieur Anton Gustav Robert Carlsund, (1865-1958, Quelle: Cummins, L.: Diesels Engine from Conception to 1918, 1993 Carnot Press,Wilsonville)) 

Sein älterer Bruder Emanuel Nobel (1859-1932) leitete die Ölgesellschaft und übernahm auch  die Fabrik (Abb. 7). Nach dem Erwerb der Lizenzen zum Bau von Dieselmotoren wurde in St. Petersburg eine moderne Motorenfertigung aufgebaut, um die vielerorts eingesetzten Dampfmaschinen mit sparsamen Dieselmotoren zu ersetzen. Carlsund (Abb. 6), inzwischen einer der Konstruktionschefs in der Petersburger Maschinenfabrik, hatte praktische Erfahrungen im Augsburger Labor gesammelt. In dieser Zeit hat er auch die „Kämpfe“ von Diesels engem Mitarbeiter und späteren MAN Vorstandsvorsitzenden Imanuel Lauster (1873-1948) mit dem ersten gewerblich genutzten Dieselmotor (76 PS) in der Zündholzfabrik Kempten miterlebt.

 

Anhand der von Diesel übersandten Zeichnungen wurde die Motorkonstruktion von Carlsund und seinen Mitarbeitern vereinfacht, um die Motorbauteile an die Fertigungsmöglichkeiten der Fabrik anzupassen. Außerdem wurde der Kompressionsdruck erhöht, die Luft-Brennstoffeinspritzung optimiert sowie die Gewichte verringert (allein das Schwungrad wog ursprünglich 1,4 t).  Damit reduzierten sie das spezifische Gewicht des A-Motors mit 260 mm Bohrung und 410 mm Hub von 425 kg/PS auf 375 kg/PS [3]. Dieser erste Viertaktmotor von Nobel mit einem A-förmigen Ständer und einem Kreuzkopf wurde 1899 am Technischen Institut in St. Petersburg getestet. Der Motor arbeitete gleichmäßig mit unsichtbaren Abgasen, und bei der Nennleistung von 20 PS bei 205 U/min betrug der Kraftstoffverbrauch 258 Gramm pro PS [3].

Abb. 7: Maschinenfabrik Ludwig Nobel in St. Petersburg (Quelle Wikipedia)

Anschließend wurde ein Zweizylindermotor mit 40 PS Nennleistung mit gleicher Bohrung und Hub konstruiert und gebaut. Es folgte ein größerer Einzylindermotor (300 x 460 mm) mit 30 PS und schon um 1900 umfasste der Motorenkatalog von Nobel 16 Typen der A-Dieselmotoren-Reihe von 15–100 PS. In der eigenen Fabrik waren die Dampfmaschinen abgelöst worden und drei Einzylindermotoren (je 20 PS) und zwei Zweizylindermotoren (je 40 PS) und dienten zur sparsamen Stromerzeugung.

 

Die weitere Entwicklung des Nobel-Dieselmotors, wurde durch soziale Unruhen und Demonstrationen der Petersburger Arbeiter, die zwischen 1904 und 1905 während des russisch-japanischen Krieges noch zunahmen, stark verzögert,. Die Maschinenfabrik von Ludwig Nobel verwandelte sich in ein Zentrum des Arbeiteraufstandes und führte zu einer erheblich verminderten Produktion und Problemen bei der Ablieferung der bestellten Motoren.

Die Maschinenfabrik in St. Petersburg entwickelte auch einen Dieselmotor vom B-Typ ohne Kreuzkopf mit höherer Kolbengeschwindigkeit und geringerem  Gewicht als der A-Typ. Die Fabrik feierte 1912 ihr 50-jähriges Jubiläum und wurde in eine Aktiengesellschaft mit Emanuel Nobel und seinen Brüdern als Hauptaktionäre umgewandelt. Im selben Jahr endeten auch die russischen Patentrechte vom Dieselmotor.

Abb. 8: Technische Zeichnung der Vandal, der Maschinenraum mit den Dieselgeneratoren befindet sich mittschiffs, die elektrischen Fahrmotoren zum Propellerantrieb sind  im hinteren klienen Maschinenraum angeordnet (Quelle STG)

4. Tanker Vandal, 1903

Daten

4T-Motor K 3 III

Leistung (PS)

120

Zylinderzahl

3

Drehzahl (U/min)

251

spez. Verbrauch (g/(PS h)

197

Gewicht kg

12650

spez. Gewicht (kg/PS)

126

Preis (Schwed.  Kronen)

25000

spez. Preis (Kr/PS)

208

 

Tabelle 1: Motordaten der Vandal

Karl Wilhelm Hagelin (1860-1954) wurde in Russland geboren, wo der Vater als Zweiter Ingenieur auf  Wolgaschiffen arbeitete. Er hatte schwedische Eltern und arbeitete nach seiner Schulzeit als Schiffbauer bei einer Reederei in Astrachan. Hagelin kam 1879 nach Baku, begann als Mechaniker bei  Branobel und machte schnell Kariere. 1891 wurde er zum Technischen Leiter in Baku befördert und 1900 wurde er Präsident des Verwaltungsrates. Als Schiffbauer verfolgte er die Idee von Emanuel Nobel, den wirtschaftlichen Dieselmotor in den firmeneigenen bisher von Dampfmaschinen  angetriebenen Tankern für den Transport der Erdölprodukte auf den russischen Flusssystemen einzusetzen. Dagegen sprach bisher jedoch die fehlende Umsteuerung der Motoren.

Hagelin suchte dafür eine elektrische Lösung und sprach 1901 darüber mit dem Ingenieur Ludwig Borggren, der bei ASEA in Västerås angestellt war. Borggren kam am 1. Januar 1902 nach St. Petersburg, und sie entwarfen eine elektrische Koppelung mit Generator und Fahrmotor zwischen dem Dieselmotor und Propeller. Daraus entstand  die 1. dieselelektrische Fahranlage. Die dafür notwendigen drei Generatoren mit 90 kW Nennleistung bei 250 U/min und 500 V Gleichstrom sowie die drei elektrischen Propellermotoren mit 100 PS bei 300 U/min wurden bei ASEA bestellt.

Die Entwicklung und Fertigung der Dieselmotoren von AB Motorer  waren schon weiter fortgeschritten, da die beginnenden Arbeiteraufstände die St. Petersburger Motorenfertigung behinderten. Daher wurden die Dieselmotoren in Sickla bestellt, die  St. Petersburg  im Januar 1903erreichten .

 

Gemeinsam mit dem schwedischen Schiffskonstrukteur Johny Johnson wurde der Tanker Vandal (Abb. 8, 9), entworfen. Er war rund 75 Meter lang, 9,50 Meter breit, hatte bei einem Tiefgang von 2,4 Meter eine Tragfähigkeit von rund 800 Tonnen und sollte eine Geschwindigkeit von 13 km/h erreichen. Die Vandal wurde 1902 auf der Wolgawerft  Krasnoje Sormowo in Nischni Nowgorod (von 1932 bis 1990 Gorki) auf Stapel gelegt. Hier entstand der Kasko, also der eiserne Rumpf, der nach St. Petersburg geschleppt wurde.

 

ier erfolgte der Einbau der Fahranlagen und der  technischen Einrichtungen in den Maschinenraum, der in der Mitte des Schiffes zwischen den vorderen und hinteren Öltanks angeordnet war. Die Fahranlage bestand aus den Hauptdieseln mit Generatoren, den Schaltanlagen, der Verkabelung sowie den Fahrmotoren zum Propellerantrieb Die Fahrmotoren kamen in den hinteren kleineren Maschinenraum. Weiterhin wurden in St. Petersburg die Ballast- und Lenzpumpen sowie die Pumpensysteme  für die Ölladung installiert. Im Frühjahr 1903 erfolgten die Erprobungen und die Drehzahlumkehr der Propeller konnte mit dieser dieselelektrischen Antriebsanlage in 10-12 Sekunden [3] durchgeführt werden. Auf der Jungfernfahrt wurde die Vandal durch einen Schiffsunfall beschädigt, und nach der Reparatur transportierte sie rund 10 Jahre Öl- und Ölprodukte für Branobel.

 

Die Sarmat (andere Schreibweise Ssarmat), die kurz nach der Vandal auf der gleichen Werft gebaut wurde, erhielt diesmal von der Nobel Fabrik in St. Petersburg zwei 4-Zylinder Hauptmotoren (320 x 420 mm) der E Serie mit 180 PS. Bei diesem Flusstanker war der Hauptmaschinenraum hinten angeordnet, und die Antriebsanlage arbeitete nach einem abgewandelten System des italienischen Ingenieurs Del Proposto [3, 5], bei dem nur die Rückwärtsfahrt dieselelektrisch erfolgt.

 

Abb. 9: Die Vandal in Fahrt (Quelle: Cummins, L.: Diesels Engine from Conception to 1918, 1993 Carnot Press,Wilsonville)

Literatur

 

[1] Ackermann, G., Hochhaus, K.-H.: Hilfsmaschinen – Elektrische Energieversorgung, in Dampfer, Diesel und Turbinen S. 353 – 362, ISBN 3934613853

[2] Kretschner, W.:Ausgedampft – Der Anfang vom Ende der Dampfschiffe, in http://www.changeX.de.

[3] Cummins, L.: Diesels Engine from Conception to 1918, 1993 Carnot Press,Wilsonville, ISBN: 917308034

[4] Reuss, H.-J.: Der Dieselmotor als Schiffsantrieb, 2011 Koehlers Verlagsgesellschaft,

3782209974

[5] Schulthes, K.: Elektrisch angetriebene Propeller, in Jahrbuch der STG, Band 9, 1903