1912/13, Einlegen der Kurbelwelle beim doppelt wirkenden 12.000 PS Zweitakt-Dieselmotor mit 6 Zylindern auf dem Versuchsstand von MAN Nürnberg (Foto Historisches Archiv MAN AG Augsburg)

 

Der folgende Beitrag erschien im Ausstellungskatalog zurm 100jährigen Jubiläum der Schiffbautechnischen Gesellschaft ( STG )

                                                              Schiffsmaschinen
                                            F. Berg, K.-H. Hochhaus, W.-R. Kannowski

Dieser Beitrag wurde vom Autorenkollektiv für das 100jährige Jubiläum der Schiffbautechnischen Gesellschaft (STG) erstellt und der Text teilweise aus „Schiffs-Antriebsmaschinen“  in 75 Jahre STG  von Prof. Dr. Ing. Illies übernommen.

1. Einleitung
Die Geschichte der Schiffsmaschine ist im Vergleich zu der des Schiffes verhältnismäßig jung. Im Jahre 1819 überquerte die SAVANNA den Atlantik von New York nach Liverpool zum Teil noch unter Segeln und zum Teil mit Maschinenkraft. Mit dieser Fahrt der SAVANNAH war der Beweis für die Zweckmäßigkeit einer Antriebsmaschine für Seeschiffe erbracht – es begann das Maschinen-Zeitalter für die Schiffe, wenn auch nach 1900 noch große Tiefwassersegler gebaut wurden. Als Antriebsorgan der maschinengetriebenen Schiffe diente zunächst das Schaufelrad, daß sich im rauhen Nordatlantik jedoch nicht bewährte und ab 1860 setzte sich der Propeller durch. Die Schiffsmaschine hat in der kurzen Zeit ihres Bestehens eine grundlegende Wandlung des Schiffbaues und der Schiffahrt bewirkt. Die Konstruktion der Schiffe, ihre Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit wurden nachhaltig von ihr beeinflußt und heute ist kein Handels- oder Marineschiff ohne Maschinenanlage denkbar.

2. Dampfmaschine und Kessel
Es dauerte nahezu 200 Jahre, bis die erste Idee, eine Kraftmaschine zum Antrieb eines Schiffes zu verwenden, zu einer brauchbaren Lösung führte und zum Vortrieb eines Seeschiffes, der SAVANNAH, genutzt wurde. Die folgenden 180 Jahre bis heute dienten vor allem der Verbesserung der Maschinen hinsichtlich der Betriebssicherheit, der Wirtschaftlichkeit und der Bedienung. Während der ersten 80 Jahre bis um 1900 beherrschte die Kolbendampfmaschine in vielen verschiedenen Arten und Formen fast ausschließlich das Feld. Es wurden zuerst Maschinen mit oszillierenden Zylindern, später Kreuzkopfmaschinen mit einfacher und dann mit mehrfacher Dampfdehnung ( Drei- bzw. Vierfach Expansionsmaschinen) gebaut.

Bei dem ersten seegehenden deutschen Dampfschiff WESER (1817) leistete die Anlage 14 PS, hatte einen spezifischen Kohlenverbrauch von etwa 8,5 kg/PSh, entsprechend einem Wirkungsgrad um 1% und das  Leistungsgewicht betrug rund 1000 kg/PS. In der Zeit zwischen 1900 und 1910 – also etwa 100 Jahre nach dem Bau der ersten Schiffsdampf-Maschine – erreichten die Kolbendampfmaschinen ihren Höhepunkt als Antriebsmaschinen für Seeschiffe. Die großen Schnelldampfer wurden mit Maschinenleistungen um 2 x 20.000 PS gebaut. Der Kohlenverbrauch dieser Maschinen lag nur noch bei etwa 0,75 kg/WPSh, entsprechend einem thermischen Wirkungsgrad von 13%. Wohl war damit der Höhepunkt der Kolbendampfmaschine erreicht, doch wurden Antriebsanlagen für Seeschiffe mit Dampfmaschinen noch bis in die 1950er Jahre gebaut.

Dampfkessel
Die Kesselentwicklung hatte zunächst nur sehr langsame Fortschritte gemacht. Die anfangs üblichen Kofferkessel gestatteten nur Dampfdrücke bis 2 atü. Erst mit der Entwicklung der Oval- und später der Zylinderkessel konnte man höhere Dampfdrücke anwenden. Bei den Zylinderkesseln setzte sich der einfache und robuste "Schottische Kessel" so durch, daß man ihn während mehrerer Jahrzehnte schlechthin als "Schiffskessel" bezeichnete. Die Kessel wurden anfangs nur mit Kohle beheizt, die Ölfeuerung wurde 1897 erstmals bei einem russischen Marineschiff eingesetzt. Der Einsatz der Treibstoffe erfolgte jedoch nicht nur nach wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten. Obwohl vielfach Kohle billiger war, gab es nicht genug Heizer und es spielte gerade in der Energieversorgung nationales Autarkiedenken eine Rolle.

Der empfindliche Wasserrohrkessel mit deutlich höherem Dampfdruck und Temperaturen konnte sich dagegen zunächst noch nicht behaupten, obgleich er verschiedentlich an Bord von Schiffen, vor allem auf Marineschiffen, eingebaut wurde. Der Durchbruch für diesen Kesseltyp kam vor allem durch die Ölfeuerung und mit den Einbau von Dampfturbinen. Beispiele in der Ausstellung für kohlegefeuerte Zylinderkessel mit Dampfmaschine sind u.a. der Seezeichendampfer BUSSARD, Baujahr 1905, für  ölgefeuerte Wasserrohrkessel das funktionsfähige Maschinenraummodell und der Tonnenleger KAPITÄN MEYER, Baujahr 1950. Eine besonders anspruchsvolle und interessante Entwicklung im Schiffskesselbau war der Bensonkessel, der zuerst auf der UCKERMARK (1830, HAPAG) mit einer Antriebsleistung von 6000 PS eingesetzt wurde. Mit 70 atü und 460° C war es ein sogenannter Höchstdruckkessel, der einen um 17% höheren Wirkungsgrad gegenüber vergleichbaren Schiffskesseln erzielte.

Dampfturbinen
In der Handelsschiffahrt, besonders in der Transatlantikfahrt mit Schnelldampfern und bei den Marineschiffen wurden immer höhere Schiffsgeschwindigkeiten gefordert. Für ein Schiff steigt der Leistungsbedarf etwa mit der 3. Potenz der Geschwindigkeit an. Die Antriebe der Schnelldampfer mit Kolbendampfmaschinen stieß um die Jahrhundertwende an die technischen Grenzen, da sich die höheren Leistungen nur noch durch den Einbau von mehreren Dampfkolbenmaschinen realisieren ließen. Die Einzelleistungen lagen bei 15.000-20.000 PS, es wurden zwei oder vier Dampfmaschinen eingebaut und es wurde viel Platz und Gewicht für die Kessel, Maschinen und Kohle benötigt. Die Vibrationen dieser Riesenmaschinen waren schwer zu beherrschen und die DEUTSCHLAND, die das Blaue Band 1900 gewann, hieß beim internationalen Reisepublikum der "Cocktail Shaker". Die Forderungen nach Maschinen mit höheren Leistungen bei geringerem Raum- und Gewichtsbedarf führte zur Entwicklung und Einsatz der Dampfturbinen. Die Dampfturbine ist eine Stömungsmaschine und der Dampf strömt in der Turbine durch ein Laufrad und treibt dieses, vergleichbar einer Wasserturbine an. Im Gegensatz zur Kolbenmaschine, worin der Dampfdruck auf der Kolbenfläche eine Kraft erzeugt, die über Kolbenbewegung und das Triebwerk in rotierende mechanische Energie umgesetzt wird. Die erste betriebsfähige Dampfturbine wurde 1883 von de Laval gebaut und bereits ein Jahr später stellte Parson eine Dampfturbine in anderer Bauweise vor.

Turbinen benötigen hohe Umfangsgeschwindigkeiten, d. h. hohe Drehzahlen, damit gute Wirkungsgrade erreicht werden können. Für einen Propellerantrieb werden zur Erzielung hoher Wirkungsgrade aber niedrige Drehzahlen angestrebt. Um die Jahrhundertwende standen noch keine leistungsfähigen Untersetzungsgetriebe zur Verfügung, daher war hier ein Kompromiß nötig. Die ersten Turbinenanlagen wurden ohne die Zwischenschaltung von Getrieben ausgeführt. So erhielt der Schnelldampfer "Imperator" der Hamburg-Amerika Linie, gebaut 1912 (Vulcan Werke, Hamburg)  4 Turbinen, die direkt mit je einer Propellerwelle verbunden waren. Die Gesamtleistung betrug 60.000 WPS bei einer Drehzahl von 175 Upm. Für die Dampferzeugung waren 46 Wasserrohrkessel erforderlich, die mit dem Kesseldruck von 16 atü ausgelegt waren. Da Turbinen nur für eine Drehrichtung geeignet sind, ist für die Rückwärtsfahrt noch eine weitere Turbine, die Rückwärtsturbine, anzuordnen. Da die Antriebsanlagen auf "Zurück" nur im Hafen für kurze Zeit betrieben werden, sind Rückwärtsturbinen einfache Tubinen mit niedrigem Wirkungsgrad (meistens  2 stufige C-Räder), die nur etwa 40 % der Vorausleistung erzeugen können.

Wegen der anfangs nicht vorhandenen Getriebe wurden auch turboelektrische Antriebe gebaut, die sich für die Rückwärtsfahrt elektrisch umsteuern ließen.  Weitere Möglichkeiten ergaben sich durch den  Einbau von Föttinger-Transformatoren (hydrauluische Drehmomentwandler) oder Umsteuerpropeller. Erst die Entwicklung von leistungsfähigen Schiffsgetrieben und Hochdruckkesseln führte zum nachhaltigen Durchbruch des Turbinenantriebes. Diese Anlagen wurden für extrem hohe Leistungen ausgeführt, sie hatten ein geringeres Leistungsgewicht als Dampfmaschinen oder entsprechende Anzahl von Dieselmotoren und benötigten weniger Platz.

Sie waren vor dem 2. Weltkrieg der ideale Antrieb für große schnelle Frachtschiffe und Passagierschiffe, ab 1950 auch für große Tanker und Supertanker und ab 1967 für große schnelle Containerschiffe. Die Turbinenanlagen konnten zwar nicht den hohen Wirkungsgrad des Dieselmotors erreichen, sie waren aber sehr zuverlässig, hatten lange Wartungsintervalle und verursachten nur geringe Reparaturkosten. Der höhere Brennstoffverbrauch war von geringerer Bedeutung, da als Brennstoff für die Kessel sehr schweres Heizöl  ausreichte, das sehr billig war. Mit der Ölkrise 1974 stiegen der Preise für schwere Bunkeröle innerhalb kurzer Zeit sehr stark an. Die Anlagen wurden unwirtschaftlich. Eine Fahrt mit reduzierter Leistung, um Kraftstoffkosten einzusparen, ist bei Turbinenanlagen nicht sehr sinnvoll, da sich bei Turbinenanlagen der Wirkungsgrad bei reduzierter Leistung stark verschlechtert. Der Dieselmotor bot eine Alternative, er war zwischenzeitlich in der Leistung gesteigert worden und ebenfalls in der Lage, billiges Schweröl zu verbrennen. Dampfturbinen werden auf schnellen Marineschiffen auch heute noch eingesetzt, erst in den letzten Jahren wurden auf Neubauten zunehmend Gasturbinenanlagen eingebaut. Auch bei Supertankern und Containerschiffen der 3. und 4. Generation werden heute zum Antrieb Dieselmotoren eingesetzt. Gastanker sind in der Schiffahrt neben Marineschiffen, Nukleareisbrechern einer der wenigen  verbliebenen Einsatzbereiche. Da ständig ein geringer Teil der Ladung, Flüssiggas, verdampft, wird dieses sogenanntes "Boil Off"-Gas als Kesselbrennstoff verwendet und spart damit die sonst notwendige Rückverflüssigungsanlage.

3. Dieselmotor
Die Dampfmaschine hatte ihren Höhepunkt erreicht, für Marineschiffe und schnelle Handelsschiffe wurde inzwischen die Dampfturbine zunehmend eingebaut. Zu dieser Zeit wurde ein weiterer mechanischer Antrieb für die Schiffahrt zur Anwendung gebracht, der Dieselmotor. Hatte es bei der Dampfmaschine von ihren Anfängen bis zum Einbau in ein Seeschiff 200 Jahre gedauert, so waren es beim Dieselmotor nur 20 Jahre von der Patentanmeldung bis zur Indienststellung des weltweit ersten Seeschiffes mit Diesel-Motorantrieb. Die Entwicklung begann bei MAN (ein Modell des ersten betriebsfähigen Motors befindet sich in der Ausstellung) und führte über kleine Motortanker (VANDAL, SSARMAT (1903/1904), Gebrüder Nobel) und Küstentanker mit Dieselantrieb im Februar 1912 bei Burmeister& Wain in Kopenhagen zum dänischen Seeschiff SEELANDIA. Als erstes deutsches Seeschiff mit Dieselmotor gilt CHRISTIAN X ex FIONIA, ein Schwesterschiff der SEELANDIA, die 1912 von der Hapag angekauft wurde. Die ersten in Deutschland gebauten Handelsschiffe mit Dieselmotoren waren die SECUNDUS (1912, Bauwerft Blohm&Voss) für die Hapag und die MONTE PENEDO (1912, Bauwerft Howaldt) für die Hamburg Süd. Der erste Weltkrieg förderte die Entwicklung der Schiffsdieselmotoren, die als Überwasser-Antriebsmaschinen auf U-Boten verwendet wurden. Nach dem Krieg wurden dann zunächst einige Schiffe mit kleinen und mittleren Leistungen bis etwa 6000 PS mit Dieselmotoren ausgerüstet. Der Brennstoffverbrauch lag mit 0,190 kg/PSh erheblich niedriger als bei Dampfanlagen.

Kurz vor dem zweiten Weltkrieg verteilten sich die Maschinenarten etwa wie folgt:
kleine Leistungen  bis 1.500 PS Dieselmotoren oder Kolbendampfmaschine
mittlere Leistungen 1.500-5.000 PS Dieselmotoren
größere Leistungen 5.000-15.000 PS Dieselmotoren oder Dampfturbinen
große Leistungen über 15.000 PS Dampfturbinen.

Nach dem zweiten Weltkrieg haben sich die Verhältnisse stark zugunsten des Dieselmotors verschoben. Es gelang, in den Motoren billige Schweröle zu verbrennen und bei den 2-Takt- Dieselmotoren mit der Abgasturboaufladung sehr große Zylinderleistungen zu erzielen, von 2.000 über 4.000 PS pro Zylinder um 1970 bis zu 7.800 PS/Zylinder heute bei einem Verbrauch von 0,128 kg/PSh, entsprechend einem Wirkungsgrad von über 50%. Die infolgedessen niedrigen Brennstoffkosten (hoher Wirkungsgrad des Motors und niedriger Preis je t Schweröl) haben dazu geführt, daß der Dieselmotor heute die Dampfturbine aus allen Leistungsbereichen verdrängt hat, obgleich eine besondere Schwerölaufbereitungsanlage und vermehrte Instandhaltungsarbeiten erforderlich sind. Ihre Bedienung und Instandhaltung erfordert geschultes Personal mit Spezialkenntnissen. Die Vergrößerung des Zylindervolumens und Steigerung des Verbrennungsdruckes der Zweitaktmotoren haben es ermöglicht, daß mit einem 12-Zylindermotor eine Leistung um 93.400 PS oder 68.700 kW erreicht wird. Diese riesigen Schwerölmotoren sind heute zuverlässige Antriebsmaschinen. Das geht auch daraus hervor, daß die meisten Schiffe nur mit einem Hauptmotor ausgerüstet werden.

Neben diesen langsamlaufenden 2-Takt-Motoren werden in den mittleren Leistungsbereichen  vermehrt mittelschnellaufende 4-Takt-Dieselmotoren eingesetzt. Wurden diese Motoren früher vor allem als Generatorantrieb für die Bordnetzversorgung genutzt, so werden diese Maschinen, inzwischen schwerölgeeignet, auch als Hauptantrieb eingebaut. Verbunden über Getriebe, können derartige Mehrmotorenanlagen große Leistungsbereiche abdecken. Da sie weniger Platz benötigen und niedriger bauen, sind sie sehr gut für Passagier-, Fähr- und Ro-Ro-Schiffe geeignet.

Schnellaufende Dieselmotoren wurden ursprünglich nur in Motoryachten und kleinen Marineschiffen eingebaut, erforderten jedoch einen hohen Wartungsaufwand. Inzwischen haben diese Motoren eine gewisse Robustheit  bei Leistungen bis zu 7.400 kW oder 10.000 PS erreicht. Derartige Motoren sind daher wegen ihrer Leistungsdichte heute der Hauptantrieb bei vielen Marine-, Sonder- und Mehrrumpf-Sschiffen. Auf schnellen Passagierfähren mittlerer Größe mit Geschwindigkeiten bis 40 Knoten finden schnelllaufende Dieselmotoren ein großes Einsatzgebiet und bei den großen Schnellfähren mit PKW-und Bus-Beförderung  werden überwiegend Gasturbinen eingesetzt.

4. Elektrische Propellerantriebe
Neben dem Betrieb von Dampfmaschinen, der Entwicklung der Dampfturbine und des Dieselmotors wurde ab der Jahrhundertwende ein weiterer Propellerantrieb entwickelt. Den Ausgangspunkt bildeten sowohl die Dampfturbine als auch der Dieselmotor. Der Dampfturbine standen zum Zeitpunkt ihrer Einführung gegenüber der Dampfmaschine neben Vorteilen auch Nachteile (hohe Drehzahl, nicht umsteuerbar) entgegen, letzteres galt anfangs auch für Dieselmotoren. So wurde neben anderen Möglichkeiten auch der elektrische Propellerantrieb als eine Lösung dieser Probleme gesehen. Als erstes wurde  das dieselelektrische Prinzip realisiert. Wegen der fehlenden Umsteuerbarkeit der  Dieselmotoren half man sich mit der Kombination Motor-Generatorsatz und elektrischer Propellermotor. Das erste Schiff mit einem Dieselmotor, der kleine Flußtanker VANDAL erhielt 1903/04 eine derartige Anlage, die außerdem den Vorteil hatte, daß die Motoren von der Brücke direkt gesteuert wurden.

Ein turbo-elektrischer Fahrantrieb wurde in Deutschland zuerst 1907 in dem U-Boot-Hebeschiff VULCAN eingebaut, doch blieb dieses Schiff über fast dreißig Jahre das Einzige seiner Art. Erst bei den Turbo-Elektro-Schiffen SCHARNHORST und POTSDAM griff man wieder auf dieses Prinzip zurück. Während man jedoch bei den Bordnetzanlagen in dem gesamten Weltschiffbau seit den dreißiger Jahren in steigendem Maße Drehstromanlagen bevorzugt, ist bei den elektrischen Propellerantrieben die umgekehrte Entwicklung festzustellen. Die diesel- und turbo-elektrischen Neubauten bis zum Jahre 1939 und in den zweiten Weltkrieg hinein waren zum größten Teil Drehstromantriebe. Dieses Antriebssystem ist in den fünfziger Jahren nur bei den turbo-elektrischen Antrieben vorherrschend geblieben. Bei den diesel-elektrischen Antrieben ist die Gleichstrommaschine zu dem in den weitaus meisten Fällen angewandten System geworden. Ein Beispiel dafür ist in der Ausstellung der Eisbrecher HANSE.

Seit der Entwicklung von Frequenzumrichtern werden wieder Drehstromanlagen in zunehmendem Maße für den Propellerantrieb eingebaut. Die Vorteile derartiger Anlagen werden vor allem bei Sonderschiffen genutzt. So werden die Ruderpropeller und der Pumpjet des ausgestellten Mehrzweckschiffes NEUWERK von frequenzgeregelten Drehstrommotoren angetrieben. Auch bei Kreuzfahrtschiffen hat man die Vorteile dieser Antriebe erkannt, hier spielt die platzsparende flexible Bauweise, der unterschiedliche Leistungsbedarf und der vibrations- und geräuscharme Betrieb eine wichtige Rolle. So erhält das neue Kreuzfahrtschiff EUROPA eine dieselelektrische Anlage mit zwei "Pod"-Antrieben. Bei diesen sind die elektrischen Fahrmotoren unter Wasser in einer um 360° drehbaren Gondel eingebaut und treiben die Propeller direkt an.

4. Gasturbinen
Die Gasturbinen zum Schiffsantrieb wurden überwiegend als Flugstrahltriebwerke von der Luftfahrtindustrie übernommen, "marinisiert" und vorwiegend auf Sonderschiffen und in der Marine angewendet. Die Gasturbineneinheit  ist in ihrer Grundform, bestehend aus Verdichter, Brennkammer und Gasturbine eine bestechend einfache und kompakte Maschine. Sie besitzt keine hin- und hergehenden Maschinenteile, die für den Propellerantrieb erforderliche Drehbewegung wird direkt mit einem gleichförmigen Drehmoment erzeugt und über entsprechende Getriebe auf die geforderten Propellerdrehzahl reduziert. In der Handelsschifffahrt haben sich Gasturbinen trotz mehrerer Versuche (schnelle Fährschiffe, vibrationsarme Kreuzfahrtschiffe) selten durchsetzen können. Sie haben ein deutlich höheren Brennstoffverbrauch und benötigen in der Regel ein qualitativ höherwertigen und teureren Brennstoff. Der Vorteil sind ein erheblich geringeres Leistungsgewicht und kleinerer Raumbedarf im Vergleich zu den schnelllaufenden Dieselmotoren. Die erste Gasturbine wurde als Teil eines dieselelektrischen Antriebes 1951 auf dem Shell-Tanker AURIS versuchsweise eingesetzt. Die AURIS hatte einen elektrischen Propellerantrieb und vier Dieselgeneratorsätze, etwa ein Viertel der Antriebsenergie konnte von einer Gasturbine erzeugt werden. Die JOHN SERGEANT, ein Libertyschiff (Bauj. 1941), wurde 1956 mit einer Gasturbinenanlage und Verstellpropeller nachgerüstet und gilt als erstes Gasturbinenhandelsschiff.

1958 wurde das erste deutsche Schiff mit einem Gasturbinenantrieb (Freikolbenverdichter), der Heckfänger SAGITTA von der Rickmerswerft abgeliefert. Um die Rückwärtsturbine für den Manövrierbetrieb zu sparen, wurde die Sagitta mit einem Verstellpropeller ausgerüstet. Die FRITZ HECKERT, ein 1961 von der Matthias Thesen Werft, Wismar abgeliefertes Kreuzfahrtschiff, wurde mit einem Gasturbinenantrieb und Verstellpropeller ausgerüstet. Ein Hauptgrund für diesen Antrieb war der vibrationsarme Betrieb, der auch heute wieder für die Anwendung derartiger Antriebe auf Kreuzfahrtschiffen dient. Der Erfolg blieb beiden Pionieren mit Gasturbinenantrieb versagt, die SAGITTA ehielt später einen Dieselmotorantrieb und die FRITZ HECKERT wurde nach geraumer Zeit stillgelegt und dann ein Hotelschiff. Die Vorteile der Gasturbinenantriebe sind in der Handelsschifffahrt nicht ausschlaggebend. Mit Ausnahme von einigen schnellen Containerschiffen und Fährschiffen, die vor der zweiten Ölkrise (1978) gebaut wurden, kamen sie selten zum Einsatz. Die nach 1978 stark steigenden Kraftstoffkosten führten bei diesen Schiffen zu extrem hohen Betriebskosten und zur Umrüstung der Gasturbinen-Containerschiffe auf mittelschnelllaufende Dieselmotoren. Die 30-Knoten schnelle Fähre mit Gasturbinen-Antrieb FINNJET wurde 1981 mit zusätzlichen dieselelektrischen Antrieben versehen, die außerhalb der Hauptsaison bei weniger Abfahrten einen wirtschaftlichen Betrieb mit einer auf 17-19 Knoten verringerten Geschwindigkeit ermöglicht.

Für Schiffe mit hoher Leistungskonzentration, wie z. B. Marineschiffe oder Schnellfähren sieht es anders aus, hier werden Gasturbinenantriebe zunehmend eingesetzt. Auf diesen Schiffen spielen der hohe Kraftstoffverbrauch und die teurere Kraftstoffqualität eine untergeordnete Rolle. Marineschiffe haben teilweise kombinierte Diesel-Gasturbinen-Antriebe (CODOG), dabei dienen die Diesel für die wirtschaftliche Marschfahrt und die Gasturbinen für Höchstfahrt.  Einige der neuen Kreuzfahrtschiffe erhalten eine kombinierte Anlage aus Gasturbinen und Dampfturbinen (GUD) zum Antrieb von E-Generatoren. Die elektrischen Fahrmotoren zum Propellerantrieb befinden sich in einer Gondel außerhalb des Schiffes (POD-Antrieb). Der hohe Brennstoffverbrauch der Gasturbine wird durch die Abwärmeausnutzung kompensiert. Der Gasturbine wird ein Abgaskessel zur Dampferzeugung nachgeschaltet und der Dampf versorgt eine Dampfturbine zum Antrieb eines Generators.

 

Jahr

Maschi-nenart

Dampfzustand

           B r e n n s t o f f

 

hth

Masch.-gew.

     Personal (ungefähr)

 

 

Druck

Temp.

Art

spez. Verbr.

Verbrauch

 

 

Ma-schine

Heiz-raum

Ge-samt

 

 

[atü]

[°C]

 

[kg/WPSh]

[t/d]

[t/3Wo]

[%]

[t]

 

 

 

1860

Kolben-

1,5

x = 1

Kohle

2,60

375

7.900

3

2.100

40

190

230

1880

dampf

5

x = 1

Hu =

1,20

173

5.200

9

1.700

30

85

115

1900

maschi-

15

x = 1

7.000

0,75

108

2.300

11

1.500

30

55

85

1910

ne

16

x = 1

kcal/kg

0,60

86

1.800

13

1.400

30

45

75

1920

Getriebe-

18

280

Heizöl

0,45

65

1.350

18

1.500

12

6

18

1930

dampf-

30

420

Hu =

0,38

55

1.150

21

1.300

12

6

18

1950

turbine

35

450

9.600

0,26

37

790

25

950

9

3

12

1960

 

40

480

kcal/kg

0,24

35

730

27

720

9

3

12

 

 

 

 

Schweröl

 

 

 

 

 

 

 

 

1962

Diesel-

-

-

Hu =

0,16

23

480

41

760

12

-

12

 

motor

 

 

9.600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

direkt

 

 

kcal/kg

 

 

 

 

 

 

 

 

1999

 

-

-

 

0,125

18

380

50

350

5

-

5

 

Vergleich von Maschinenanlagen mit 6.000 PS. Brennstoffverbräuche, Gewichte und Maschinenpersonal  


5. Zusammenfassung
Die  Schiffsmaschinen haben eine grundlegende Wandlung des Schiffbaues und der Schiffahrt bewirkt. Der Kolben-Dampfmaschine folgte die Dampfturbine mit größeren Leistungen und geringeren Vibrationen. Die Dampfkessel wurden im Laufe der Entwicklung im Druck erhöht, die Wirkungsgrade verbessert und  Öl löste die Kohle als Brennstoff ab. Brauchte die Dampfmaschine noch 200 Jahre von der Patentanmeldung bie zum ersten Seeschiffseinsatz, benötigte der Dieselmotor dafür nur noch 20 Jahre. 1912  auf der SEELANDIA eingesetzt, trat er seitdem seinen Siegeszug als Antriebsmaschine in der Schiffahrt an und ist heute der wirtschaftlichste Schiffsantrieb. Kombinierte diesel- oder turboelektrische Antriebe  ersetzten anfangs Umsteuereinrichtungen oder Getriebe. Gasturbinen, einfache und kompakte Antriebsmaschinen mit hohen Brennstoffverbräuchen und hohen Anforderungen an die Qualität der Brennstoffe, finden bei großen Schnellfähren und der Marine wachsende Einsatzfelder. Heute werden wieder vermehrt dieselelektrische Antriebe bei Sonder- und Kreuzfahrschiffen eingesetzt, auch die in der Kraftwerkstechnik entwickelte Kombination von Gasturbine-Abgaskessel-Dampfturbine mit hohen Gesamtwirkungsgraden wird jetzt für Kreuzfahrschiffe gebaut. Flettner-Rotoren und die Kernenergie-Antriebe waren in der Handelsmarine Sackgassen, neue Antriebsanlagen, wie die Kombination Brennstoffzelle-elektrischer Fahrmotor befinden sich bei der Marine bereits im Anwendungsstadium. Leiteten in der jüngeren Vergangenheit die beiden Energiekrisen mit extrem gestiegenen Brennstoffpreisen neue Entwicklungen ein, sind es bei niedrigen Brennstoffpreisen heute die internationalen Umweltauflagen bei den Abgasemissionen, die zukünftig an die Anlagen- und Motorenhersteller hohe Anforderungen stellen.

 

6. Literatur

[1] Heil,  Wangerin, A.: Elektrischer Schiffsantrieb, in Handbuch der Werften 1958, Hamburg

     1958
[2] Illies, Kurt: 150 Jahre Schiffsmaschinen, in100 Jahre Schiffahrt-Schiffbau-Häfen,  

     Hamburg 1964

[3] Illies, Kurt: Schiffs-Antriebsmaschinen, in 75 Jahre Schiffbautechnische 

     Gesellschaft1899-1974, Hamburg 1974

[4 ]N.N.: Gas-Dampfturbinen-Antrieb für Kreuzfahrschiffe, Hansa Nr. 7, 1998  

[5] N.N.: Stena HSS 900, Hochgeschwindigkeitsfähre „Stena Carisma“, Hansa Nr. 8, 1997 

[6] N.N.: „Elation“, first passenger vessel with azimuthing propellers, Hansa Nr. 7, 1998


Bild 2: Diese Aufnahme der Kesselschmiede von Schichau zeigt im Vordergrund drei Rauchrohrkessel und im Hintergrund Wasserrohrkessel (Foto DSM Bremerhaven)

Bild 3: Dieses Schnittmodell zeigt den Aufbau einer Hochdruckturbine (Foto: AEG)

Bild 5: Das erste von Tecklenborg, Geestemünde gebaute Motorschiff, die ROLANDSECK (Bau-Nr. 250, 1.163 BRT) entstand 1912, der Großdieselmotor hatte 1.400/1.600 PS (Foto: DSM, Bremerhaven)

Bild 5: Blick auf die Zylinderkopfstation von einem der zwei Hauptmotoren der EUROPA (ex Kungsholm, Bauj. 1952), jeder der beiden achtzylindrigen B&W Zweitakt-Dieselmotoren hatte 9.150 PS (Foto: Wolfhard Scheer, Sammlung DSM)

Bild 6: Die QUEEN ELIZABETH 2 , hier im B&V-Schwimmdock, wurde 1969 mit einem turbo-elektrischem Antrieb (120.000 PS) abgeliefert und 1987 von der Lloydwerft Bremerhaven auf eine diesel-elektrische Anlage (9 x 4-Takt Motor  MAN B&W 9 L 58/64) mit insgesamt 130.000 PS umgebaut (Foto: K.-H. Hochhaus).