Die Dieselmotoren der deutschen Panzerschiffe
und ihr Brennstoffverbrauch
Das anhaltende Interesse an den M.A.N.-Dieselmotoren der Typen M9Z42/58 bzw. M5Z42/58 und insbesondere deren Brennstoffverbrauch bei verschiedenen Lastzuständen hat mich dazu veranlasst, näher in diese Richtung zu recherchieren. Sofern man in der einschlägigen Literatur dazu überhaupt Angaben findet, wird ein Wert von 200 g/PSeh genannt. Lediglich Stefan Zima gibt in seiner Veröffentlichung einen spezifischen Brennstoffverbrauch von 163 g/PSeh an.
Welche Brennstoffmengen verbrauchten diese Motoren nun tatsächlich?
Dazu war es notwendig, sich zunächst über die relevanten technischen Daten dieser doppelwirkenden Zweitaktmotore im Klaren zu sein:
Tabelle 1
| Eckdaten | Typ | M9Z42/58 | M5Z42/58 |
| Zylinder | Anzahl | 9 | 5 |
| Bohrung | mm | 420 | 420 |
| Hub | mm | 580 | 580 |
| Nennleistung | PSe | 7.100 | 3.800 |
| Nenndrehzahl | U/min | 450 | 425 |
| Dauerleistung | PSe | 6.550 | 3.500 |
| Zylinderleistung | PSe | 789 | 760 |
| Gesamthubraum | l | 1.381 | 767 |
| Zylinderhubraum | l | 153 | 153 |
| Effektiver Druck | kg/cm² | 5,10 | 5,20 |
Das Auffinden dieser Eckdaten bereitete mit folgenden Ausnahmen keine weiteren Schwierigkeiten:
-) Für den M9Z42/58 findet man für den effektiven Druck auch eine Angabe von 5,2 kg/cm². Da beide Werte sogar in Unterlagen der Firma M.A.N. genannt werden, habe ich mich nach rechnerischer Überprüfung für die obige Tabellenangabe als die Schlüssigere entschlossen.
-) Für den M5Z42/58 tauchen für die Nenndrehzahl auch Werte von 420 und 450 U/min. auf, für den effektiven Druck auch 5,1 kg/cm². Erneut habe ich mich für die Angaben in der obigen Tabelle entschlossen, weil sie rechnerisch die stimmigsten Ergebnisse lieferten.
Als ersten Schritt habe ich ein Kurvenblatt ausgewertet, das bereits 1932 von Ministerialrat Wilhelm Laudahn erstmals veröffentlicht wurde - also noch vor der Maschinenstandprobe auf dem Panzerschiff DEUTSCHLAND im Dezember 1932. Es muss also anhand der umfangreichen vorangegangenen Versuche entstanden sein. Dazu bemerkt Eberhard Rentzsch, der dieses Kurvenblatt 1984 erneut veröffentlichte, dass alle Prüfstandergebnisse später mit einer Toleranz von maximal 1,3 % im Bordbetrieb bestätigt wurden. Dies gilt auch für die übrigen hier verwendeten Originalunterlagen.
Wegen Copyright-Gründen möchte ich besagtes Kurvenblatt nicht im Original zeigen, aber die interessierenden Teile daraus habe ich wie folgt rekonstruiert:
Kurvenblatt M9Z42/58Damit ergaben sich für den einzelnen M9Z42/58 folgende Daten:
Tabelle 2
| Leistung | PSe | 7.100 | 6.655 | 5.012 | 3.357 | 2.135 | 1.237 |
| Drehzahl | U/min | 450 | 439 | 400 | 350 | 300 | 250 |
| Druck | kg/cm² | 5,10 | 4,90 | 4,05 | 3,10 | 2,30 | 1,60 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 164 | 160 | 154 | 157 | 165 | 178 |
| Verbrauch | t/h | 1,16 | 1,06 | 0,77 | 0,53 | 0,35 | 0,22 |
| Wirkungsgrad | % | 38,5 | 39,5 | 41,0 | 40,5 | 38,5 | 35,5 |
Besonders festzuhalten bleibt, dass der geringste spezifische Brennstoffverbrauch mit 154 g/PSeh bei einer Motordrehzahl von 400 U/min., entsprechend einer Kupplungsleistung von 5.012 PSe, erreicht wurde – überhaupt zeigt sich die Verbrauchskurve zwischen 350 und 440 U/min. als bemerkenswert flach und selbst bei Höchstleistung bleibt der Verbrauch mit 164 g/PSeh gering.
Leider stand mir ein ähnliches Datenblatt für den M5Z42/58 nicht zur Verfügung. Aufgrund der engen konstruktiven Verwandtschaft der beiden Motore kann man jedoch durchaus dieselbe Verbrauchskurve annehmen, sofern man die Leistungen beider Maschinen in Relation zueinander setzt. Auf Grundlage dieser Annahme entstand dann das folgende Kurvenblatt:
Kurvenblatt M5Z42/58Die entsprechenden Daten für einen einzelnen M5Z42/58 lauten daher:
Tabelle 3
| Leistung | PSe | 3.800 | 3.497 | 2.681 | 1.796 | 1.143 | 663 |
| Drehzahl | U/min | 425 | 415 | 385 | 337 | 289 | 241 |
| Druck | kg/cm² | 5,20 | 4,90 | 4,05 | 3,10 | 2,30 | 1,60 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 167 | 160 | 154 | 157 | 165 | 178 |
| Verbrauch | t/h | 0,63 | 0,56 | 0,41 | 0,28 | 0,19 | 0,12 |
Nun bildeten bekanntlich zwei Hauptmotore vom Typ M9Z42/58 und ein Hilfsmotor vom Typ M5Z42/58 einen Maschinensatz. Die beiden Neunzylindermaschinen waren dabei ausschließlich dafür zuständig, ihre gesamte Leistung an die Antriebswelle abzugeben. Der Fünfzylindermotor hatte hingegen alle drei Maschinen mittels eines angehängten Spülluftgebläses mit der nötigen Spülluft zu versorgen, sowie die Kühl- und Schmierölpumpen, Kühl- und Seewasserpumpen, Brennstoffpumpen und im Bedarfsfall den Verdichter zur Erzeugung von Anlassluft zu betreiben.
Wäre nun der Hilfsmotor mit den oben errechneten korrespondierenden Leistungen belastet worden, könnte schon den Brennstoffverbrauch für einen Maschinensatz bzw. die komplette Maschinenanlage errechnet werden:
Tabelle 4
| Leistung Satz | PSe | 14.200 | 13.310 | 10.024 | 6.713 | 4.269 | 2.475 |
| Leistung Anlage | PSe | 56.800 | 53.239 | 40.094 | 26.853 | 17.077 | 9.900 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 209 | 202 | 195 | 199 | 209 | 226 |
| Verbrauch Satz | t/h | 2,96 | 2,69 | 1,96 | 1,34 | 0,89 | 0,56 |
| Verbrauch Anlage | t/h | 11,85 | 10,76 | 7,83 | 5,34 | 3,57 | 2,23 |
Natürlich war dem nicht so, denn der Hilfsmotor war zur Sicherstellung einer größtmöglichen Betriebssicherheit leistungsmäßig so ausgelegt, dass er nie voll belastet werden musste – das die meiste Leistung verbrauchende Spülluftgebläse erforderte beispielsweise nur zwischen 50 und 60 % der Nennleistung des M5Z42/58.
In dieser verzwickten Situation half mir ein weiteres Kurvenblatt von Laudahn bzw. Rentzsch, aus dem der Anteil der Gebläseleistung an der Kupplungsleistung der beiden Hauptmotoren ersichtlich ist. Das Ergebnis der Rekonstruktion der relevanten Teile dieses Kurvenblattes sieht folgendermaßen aus:
Kurvenblatt GebläseleistungDamit konnte ich nun die tatsächliche Leistung des Hilfsmotors zur korrespondierenden Kupplungsleistung der beiden Hauptmotoren errechnen, wobei ich außer der Gebläseleistung auch noch eine Pumpenleistung in Höhe von geschätzten 3 % an der Kupplungs- und Gebläseleistung berücksichtigte:
Tabelle 5
| Kupplungsleistung | PSe | 14.200 | 13.310 | 10.024 | 6.713 | 4.269 | 2.475 |
| Gebläseleistung | PSe | 1.945 | 1.903 | 1.754 | 1.564 | 1.388 | 1.114 |
| Pumpenleistung | PSe | 484 | 456 | 353 | 248 | 170 | 108 |
| Hilfsmotorleistung | PSe | 2.431 | 2.360 | 2.106 | 1.814 | 1.555 | 1.222 |
Diese Hilfsmotorenleistungen ergaben dann mittels der Brennstoffverbrauchskurve für den M5Z42/58 folgende Werte:
Tabelle 6
| Leistung | PSe | 2.431 | 2.360 | 2.106 | 1.814 | 1.555 | 1.222 |
| Drehzahl | U/min. | 372 | 371 | 355 | 335 | 323 | 296 |
| Druck | kg/cm² | 3,80 | 3,70 | 3,45 | 3,15 | 2,80 | 2,40 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 154 | 154 | 155 | 157 | 159 | 164 |
| Verbrauch | t/h | 0,37 | 0,36 | 0,33 | 0,28 | 0,25 | 0,20 |
Aus den Tabellen 2 und 6 errechnete ich schließlich die Daten für einen Maschinensatz bzw. für die halbe und ganze Antriebsanlage aus zwei bzw. vier Maschinensätzen:
Tabelle 7
| Leistung Satz | PSe | 14.200 | 13.310 | 10.024 | 6.713 | 4.269 | 2.475 |
| Leistung Halb | PSe | 28.400 | 26.619 | 20.047 | 13.427 | 8.539 | 4.950 |
| Leistung Anlage | PSe | 56.800 | 53.239 | 40.094 | 26.853 | 17.077 | 9.900 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 190 | 187 | 187 | 199 | 223 | 259 |
| Verbrauch Satz | t/h | 2,70 | 2,49 | 1,87 | 1,34 | 0,95 | 0,64 |
| Verbrauch Halb | t/h | 5,41 | 4,99 | 3,74 | 2,68 | 1,90 | 1,28 |
| Verbrauch Anlage | t/h | 10,81 | 9,97 | 7,48 | 5,36 | 3,81 | 2,56 |
Diese Auflistung deckt somit alle Fälle ab, bei denen zwei oder vier Hauptmotoren auf eine Antriebswelle arbeiteten. Allerdings war es durch die Verwendung von Vulcan-Getrieben auch möglich, nur einen oder auch drei Hauptmotore auf eine Welle wirken zu lassen und nicht nur deren zwei oder vier.
Was haben diese Konfigurationen nun für Auswirkungen auf den Brennstoffverbrauch?
Außer der Pumpenleistung muss sich vor allem auch die Gebläseleistung des Hilfsmotors reduzieren, da ja nur noch ein Hauptmotor und der Hilfsmotor mit Spülluft versorgt werden mussten. Als Referenzwert diente mir dazu die Anzahl der Zylinder, weil die Spülluft auch exakt dorthin zu transportieren war:
Tabelle 8
| Kupplungsleistung | PSe | 7.100 | 6.655 | 5.012 | 3.357 | 2.135 | 1.237 |
| Gebläseleistung | PSe | 1.184 | 1.159 | 1.068 | 952 | 845 | 678 |
| Pumpenleistung | PSe | 249 | 234 | 182 | 129 | 89 | 57 |
| Hilfsmotorleistung | PSe | 1.435 | 1.393 | 1.250 | 1.081 | 934 | 735 |
Damit ergaben sich für einen halben Maschinensatz, bestehend aus je einem M9Z42/58 und einem M5Z42/58, folgende Werte:
Tabelle 9
| Leistung Halbsatz | PSe | 7.100 | 6.655 | 5.012 | 3.357 | 2.135 | 1.237 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 197 | 194 | 195 | 211 | 239 | 282 |
| Verbrauch | t/h | 1,40 | 1,29 | 0,98 | 0,71 | 0,51 | 0,35 |
Obwohl der Fünfzylinder-Hilfsmotor leistungsmäßig imstande war, sogar drei Hauptmotoren ausreichend zu versorgen, glaube ich aufgrund der räumlichen Entfernungen im Maschinenraum nicht, dass an Bord der Panzerschiffe die entsprechenden Redundanzsysteme installiert waren, einen dritten Motor anzusprechen. Daher nehme ich folgende mögliche Betriebskonfigurationen an:
Tabelle 10
| Hauptmotoren pro Welle | Hauptmotoren in Betrieb | Hilfsmotoren in Betrieb |
| 1 | 2 | 2 |
| 2 | 4 | 2 |
| 3 | 6 | 4 |
| 4 | 8 | 4 |
Damit haben wir jetzt alle Zahlen zur Hand, um ein zusammenfassendes Bild zu zeichnen:
1 Hauptmotor pro Welle, d.h.
2 Haupt- und 2 Hilfsmotoren im Betrieb:Tabelle 11
| Leistung | PSe | 14.200 | 13.310 | 10.024 | 6.713 | 4.269 | 2.475 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 197 | 194 | 195 | 211 | 239 | 282 |
| Verbrauch | t/h | 2,79 | 2,58 | 1,95 | 1,41 | 1,02 | 0,70 |
2 Hauptmotoren pro Welle, d.h.
4 Haupt- und 2 Hilfsmotoren im Betrieb:Tabelle 12
| Leistung | PSe | 28.400 | 26.619 | 20.047 | 13.427 | 8.539 | 4.950 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 190 | 187 | 187 | 199 | 223 | 259 |
| Verbrauch | t/h | 5,41 | 4,99 | 3,74 | 2,68 | 1,90 | 1,28 |
3 Hauptmotoren pro Welle, d.h.
6 Haupt- und 4 Hilfsmotoren im Betrieb:Tabelle 13
| Leistung | PSe | 42.600 | 39.929 | 30.071 | 20.140 | 12.808 | 7.425 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 192 | 189 | 189 | 203 | 228 | 267 |
| Verbrauch | t/h | 8,20 | 7,56 | 5,69 | 4,09 | 2,93 | 1,98 |
4 Hauptmotoren pro Welle, d.h.
8 Haupt- und 4 Hilfsmotoren im Betrieb:Tabelle 14
| Leistung | PSe | 56.800 | 53.239 | 40.094 | 26.853 | 17.077 | 9.900 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 190 | 187 | 187 | 199 | 223 | 259 |
| Verbrauch | t/h | 10,81 | 9,97 | 7,48 | 5,36 | 3,81 | 2,56 |
Mit diesen Ergebnissen könnte man aufgrund der spärlich vorhandenen Unterlagen durchaus zufrieden sein, wenn … ja, wenn da nicht Gerhard Koop und Klaus-Peter Schmolke bzw. Mike J. Whitley die folgenden Daten einer Brennstoffmessfahrt der ADMIRAL GRAF SPEE veröffentlicht hätten:
Tabelle 15
| Geschwindigkeit | kn | 18,69 | 26,00 |
| Hauptmotoren pro Welle | Anzahl | 2 | 4 |
| Hauptmotoren | Anzahl | 4 | 8 |
| Hilfsmotoren | Anzahl | 2 | 4 |
| Leistung | PSe | 10.250 | 36.945 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 248 | 226 |
| Verbrauch | t/h | 2,54 | 8,35 |
| E-Diesel | t/h | 0,16 | 0,16 |
| Hilfskessel | t/h | 0,42 | 0,42 |
| Gesamtverbrauch | t/h | 3,12 | 8,93 |
Ausgehend von den hier angegebenen Leistungsdaten ergibt sich nach meinem Rechengang für einen M9Z42/58
Tabelle 16
| Leistung | PSe | 2.566 | 4.621 |
| Drehzahl | U/min. | 319 | 388 |
| Druck | kg/cm² | 2,60 | 3,85 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 161 | 154 |
| Verbrauch | t/h | 0,41 | 0,71 |
und für einen M5Z42/58
Tabelle 17
| Gebläseleistung | PSe | 1.422 | 1.710 |
| Pumpenleistung | PSe | 197 | 329 |
| Hilfsmotorleistung | PSe | 1.616 | 2.040 |
| Drehzahl | U/min. | 324 | 349 |
| Druck | kg/cm² | 2,90 | 3,40 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 159 | 155 |
| Verbrauch | t/h | 0,26 | 0,32 |
womit sich folgende Gesamtzahlen ermitteln lassen:
Tabelle 18
| Leistung | PSe | 10.264 | 36.968 |
| Spez. Verbrauch | g/PSeh | 211 | 188 |
| Verbrauch | t/h | 2,17 | 6,96 |
Damit liegen meine Ergebnisse eklatant unter den Angaben von Koop/Schmolke und Whitley, nämlich
beim spezifischen Verbrauch um 14,9 bzw. 16,8 % und
beim Gesamtverbrauch um 14,6 bzw. 16,7 %.
Eine schlüssige Erklärung dafür habe ich nicht - außer vielleicht meinen „grippigen“ Zustand, der mich Fehler übersehen ließ!
Ich bitte daher alle Interessierten um eine kritische Durchsicht meiner Ausführungen – insbesondere wäre ich dankbar für jegliche Originalunterlagen, Prüfergebnisse, Protokolle von Brennstoffmessfahrten der Panzerschiffe, etc., die Licht in diese Angelegenheit bringen könnten.
Abschließend möchte ich noch auf drei ausgezeichnete Threads hinweisen, aus denen die Schwierigkeiten zu ersehen sind, bis die Maschinenanlagen dieser Schiffe tatsächlich fronttauglich waren:
DEUTSCHLANDADMIRAL SCHEERADMIRAL GRAF SPEEEDIT: Zahlenwerte in Tabelle 8 wegen Tippfehler korrigiert!
EDIT: Zahlenwerte in Tabellen 17 und 18 wegen Rechenfehler korrigiert!