Fleuzer: Diesel-Antriebsanlage

[Q]

Bei dieser Fleuzer Threat Maschinenanlage faellt mir auf, das auf den beiden Aussenwellen jeweils 5 Dieselmaschinen auf eine Welle wirken. Mit einer zusaetzlichen Welle von ~13m bzw ~33m laenge an die jewels vordere Vulcan Kupplung. Die Motoren stehen in der vorderen Abteilung Laenge 10,5 m.

Diese Art der Motorensteigerung pro Welle finde ich nur bei Peter´s Entwurf. War es moeglich an eine Vulcan Kupplung eine dritte Dieselmaschine ueber eine Welle anzuschliessen?

Don´t Panic

[Peter K.]

... verspätete Antwort, aber immerhin: 

Als ich damals diese Anlage ausgeknobelt habe, war ich von der Machbarkeit dieser Konfiguration überzeugt und ich glaube noch heute, dass ich diese Anordnung der Motoren auch schon irgendwo einmal gesehen habe - näher verifizieren kann ich´s im Moment aber leider nicht.

Aber sehen wir uns doch so ein Vulcan-Getriebe doch einmal genauer an:



Wir sehen hier ein Getriebe der DEUTSCHLAND während der Demontage. Die obere Abdeckung ist bereits entfernt und gibt den Blick ins Innere frei.
Die Abbauvorrichtung ist bereits montiert, alle Vulcan-Kupplungen entfernt, das große Getriebezahnrad und die beiden Backbord-Ritzel sind schon angehoben und nur noch die beiden Steuerbord-Ritzel befinden sich an ihrer Originalposition. Links ist noch das angeschraubte Wellenstück mit dem Druckflansch für das Einscheibendrucklager zu sehen, das ja den gesamten Schraubenschub aufzunehmen hat. Interessant ist auch noch die Messlatte mit ihren 2 m Höhe Unterteilungen alle 10 cm), die zusammen mit dem Arbeiter eine gute Vorstellung über die Größe vermittelt.

Die Vulcan-Getriebe von ADMIRAL SCHEER und ADMIRAL GRAF SPEE unterschieden sich bekanntlich nur dadurch, indem das Getriebe geteilt wurde, d.h. es wirkten nur noch zwei Hauptmotore über zwei Ritzel auf das große Zahnrad.

Wenn ich mir das nun so ansehe, kann ich mir nicht vorstellen, dass man ohne gröbere Probleme einfach ein drittes (fünftes) Ritzel auf das Getriebezahnrad wirken lassen könnte - vielleicht kann das ein "gelernter Maschinenbauer" oder jedenfalls ein Prädistinierterer als ich näher erläutern ...

Heute würde ich eine 14-motorige Dieselanlage vielleicht etwa wie folgt auslegen:



Eine derartige Konfiguration wurde nachweislich bereits 1930 für ein Passagierschiff vorgeschlagen, womit sechs Motoren auf eine Antriebswelle schaltbar waren!

[Q]

Danke Peter, das war mir auch letztens mal bei Harold aufgefallen. Nun stellt sich fuer mich die Frage, wenn 50.000 WPS das Maximum an der Welle war, waere doch eine 6 Diesel Pro Welle Anlage sinnvoll? Das waeren 42.600 PSe bei den Deutschland Dieseln.

Don´t Panic

Edit: Ich habe bisher erfolglos nach Wellenentwicklungen zu dieser Zeit gesucht. Leider waren keine Buecher zu finden, die sich mit der Frage: Ab wann hoehere Leistungen auf eine Welle uebertragern weden konnten? Wie das moeglich war? Das letztes Buch dazu stand, das 65.000 kw das maximum seien.

[Peter K.]

Sofern bei einem Entwurf nicht Raum- oder Gewichtsgründe dagegen sprechen, kann ich mir durchaus auch sechs M12Z42/58 pro Antriebswelle vorstellen!

[delcyros]

Edit: Ich habe bisher erfolglos nach Wellenentwicklungen zu dieser Zeit gesucht. Leider waren keine Buecher zu finden, die sich mit der Frage: Ab wann hoehere Leistungen auf eine Welle uebertragern weden konnten? Wie das moeglich war? Das letztes Buch dazu stand, das 65.000 kw das maximum seien.

Soweit ich es verstehe, ist die kritische Komponente nicht die Welle sondern die Schraubenkombination. D.h. nicht die Weiterleitung der Kraft von Motor zur Schraube sondern die Kraftübertragung via Schraube in ein flüssiges, viskoses Medium. Hier mußte ab einer bestimmten Leistung, je nach Stand der Technik mit Kavitation und damit verbundene stark zunehmende Effizienzverlusten gerechnet werden. Das gilt auch heute noch als kritische Komponente.
Massive Fortschritte im theoretischen Verständnis der Hydrodynamik sind für Deutschland bereits in der Kaiserzeit zu verzeichnen, Auswirkungen haben sie jedoch erst in den späten 20´ er Jahren.

[Thoddy]

Die Iowas haben bei überlast ca 63.000 PS auf jeder Welle bei ca 5,50 Schraubendurchmesser.
Bei "herkömmlicher" Beschraubung.
Die Wellenleistung ist auch deutlich Abhängig vom Durchmesser der Schraube
Mit 10m Schrauben wird man wohl auch über 100.000 ps je welle übertragen können, aber ob solche durchmesser sinnvoll sind, möchte ich ein bissel bezweifeln.

[FAUN]

... verspätete Antwort, aber immerhin: 

Als ich damals diese Anlage ausgeknobelt habe, war ich von der Machbarkeit dieser Konfiguration überzeugt und ich glaube noch heute, dass ich diese Anordnung der Motoren auch schon irgendwo einmal gesehen habe - näher verifizieren kann ich´s im Moment aber leider nicht.

Aber sehen wir uns doch so ein Vulcan-Getriebe doch einmal genauer an:



Wir sehen hier ein Getriebe der DEUTSCHLAND während der Demontage. Die obere Abdeckung ist bereits entfernt und gibt den Blick ins Innere frei.
Die Abbauvorrichtung ist bereits montiert, alle Vulcan-Kupplungen entfernt, das große Getriebezahnrad und die beiden Backbord-Ritzel sind schon angehoben und nur noch die beiden Steuerbord-Ritzel befinden sich an ihrer Originalposition. Links ist noch das angeschraubte Wellenstück mit dem Druckflansch für das Einscheibendrucklager zu sehen, das ja den gesamten Schraubenschub aufzunehmen hat. Interessant ist auch noch die Messlatte mit ihren 2 m Höhe Unterteilungen alle 10 cm), die zusammen mit dem Arbeiter eine gute Vorstellung über die Größe vermittelt.

Die Vulcan-Getriebe von ADMIRAL SCHEER und ADMIRAL GRAF SPEE unterschieden sich bekanntlich nur dadurch, indem das Getriebe geteilt wurde, d.h. es wirkten nur noch zwei Hauptmotore über zwei Ritzel auf das große Zahnrad.

Wenn ich mir das nun so ansehe, kann ich mir nicht vorstellen, dass man ohne gröbere Probleme einfach ein drittes (fünftes) Ritzel auf das Getriebezahnrad wirken lassen könnte - vielleicht kann das ein "gelernter Maschinenbauer" oder jedenfalls ein Prädistinierterer als ich näher erläutern ...

Es ist noch viel später, habe diese Beiträge aber erst jetzt gefunden und gelesen. Trotzdem möchte ich noch etwas zu der Getriebefrage schreiben.

Das abgebildete Getriebe, eine Haupt- und zwei Ritzelwellen, ist ein schrägverzahntes Getriebe, wohl nicht so deutlich zu sehen, aber die Zähne verlaufen schraubenförmig auf den Wellen. Der Vorteil besteht in einem ruhigeren Lauf, mehrere Zähne sind gleichzeitig im Eingriff, es können größere Kräfte als bei einer Geradverzahnung übertragen werden und das Zahnspiel ist reduziert. Der Hauptnachteil ist die Entstehung axialer Kräfte, diese sind bei diesen Leistungen nicht zu unterschätzen.
Wenn wir also das Getriebe betrachten, dann stellen wir fest, daß die Ritzelwellen jeweils an beiden Enden angeflanscht werden, d.h., jede Welle wird von2 Motoren angetrieben. Werden nun die Schrägungen der Zahnräder gegenläufig, also das eine rechtssteigend, das andere linkssteigend, ausgeführt, heben sich die jeweils entstehenden axialen Kräfte auf. Bei den abgebildeten Getriebe mit 2 Ritzelwellen, oder insgesamt 4 Motoren, kompensieren sich die Axialkräfte gegenseitig. Würde jetzt ein 5.Motor hinzukommen, ginge dieses nur über ein separates, pfeilverzahntes Getriebe, in der abgebildeten Bauform nur schwer zu realisieren.
Die gängigen Getriebe sind schrägverzahnt, sollte nur ein Motor vorhanden sein, wählt man die Pfeilverzahnung. Letztere ist auch frei von Axialkräften.

[Sven L.]

Hallo Peter,

soweit mir bekannt ist, sind die Wellen von Kriegsschiffen nicht massiv. Als Beispiel hat die Welle von S113 eine Außendurchmesser von 290 mm und einen Innendurchmesser von 195 mm.

Mittels der Formel (D-d) x d x 0,025 = Rohrgewicht in kg bekomme ich bei 169 t Wellengweicht bei GS und 57,1 m auf keine sinnvollen Zahlen für D bzw. d.
D = Außendurchmesser Welle
d = Wandstärke

Meine Frage hierzu ist, warum du nur die Länge der Welle im Maschinenraum nimmst und nicht die gesamte Wellenlänge?

Die zweite Frage ist, ob jemand den Wellendurchmesser der GS kennt.

[FAUN]

Kannst Du auch nicht, denn Du hast eine Gleichung mit 2 Unbekannten, nämlich D und d. Rechne aus dem Gesamtgewicht von 169 t =169.000 kg mit dem spez. Gewicht von 7,85 kg/dm³ das Volumen aus, dann durch die Länge in dm geteilt, so hast Du die Fläche des Rings. Da aber die Durchmesser bzw. die Wandstärke fehlen, sitzt Du fest. Eins von beiden sollte bekannt sein.
Andererseits könnte man aus der zu übertragenden Leistung auch die Fläche ermitteln, dann käme die (konstruktive) Annahme hinzu, wie man die Durchmesser wählt, aber das ist dann ein anderes Thema.

[Peter K.]

Die Geschichte ist mittlerweile 10 Jahre her und war damals nichts anderes als ein möglichst genauer Abschätzungsversuch!

Möchtest du Wellenleitungen genauer berechnen, so sind für Handelsschiffe die Vorschriften der Kassifikationsgesellschaften maßgebend. Eine gute Zusammenfassung zur Berechnung der Druck-, Lauf- und Propellerwelle findet sich beispielsweise in HENSCHKE´s "Schiffbautechnischen Handbuch"!

[graylion]

Was ich mich frage, ist auch ein Mischantrieb, mit

Marschfahrt: je ein Dieselmotor mit Generator, der eine auf der Welle befindlichen Elektromotor antreibt.
Volle Fahrt: Hochdruckheissdampfanlage. Wartungsprobleme wie bei S&G sehe ich nicht, da selten in Anwendung.

[Smutje Peter]

Hallo graylion

Tatsächlich kamen Mitte der 30er Jahre Turbo- und Dieselelektrische Anlagen in Mode. Sind dann aber in Deutschland in Überwasser-Kriegsschiffen nicht eingesetzt worden. Solche Mischanlagen wie Du es vorschlägst gab es meines Wissens, in der genannten Zeit, wenn überhaupt, nur in kleineren Versuchsfahrzeugen. Für ein Großkampfschiff ergeben sich hier auch Nachteile. Wie zum Beispiel höheres Gewicht. Außerdem müsten bei kriegsmäßigem Marsch trotzdem die Kessel beheitzt werden, um im Gefechtsfall schnell dienstbereit zu sein. Dazu kommt auch das Problem mit den 2 unterschiedlichen Kraftstoffen. Also meiner Meinung nach überwiegen hier die Nachteile.

[graylion]

Hallo Peter

Die Antriebsanlage muss natuerlich mit einem Einheitstreibstoff betrieben werden, sonst macht's keinen Sinn. Gewichtsmaessig sind Ersparnisse drin nach meiner Ansicht. S&G Antrieb wog ~2.6 Gg fuer ~160.000 PS. Das mit Rueckwartsturbinen, die wir uns sparen koennten. Die drei Diesel und 2 Hilfsmotoren springen da leicht bei raus.

Das muessta natuerlich vorher in was kleinerem erprobt werden. Aber den Einheiztreibstoff sollten ja vermutlich auch OPQ verwenden denke ich.

[Sven L.]

Hallo graylion,

aber

Das mit Rueckwartsturbinen, die wir uns sparen koennten. Die drei Diesel und 2 Hilfsmotoren springen da leicht bei raus.

ist ein Satz mit X.

Das Gewicht bei einer, oder auch bei HD- und ND-Rückwärtsturbinen ist bedeutend niedriger, als das der von dir postulierten drei Diesel nebst zweier Hilfsmotoren.

Das heißt nun nicht, das ich gegen Dieselelektrische Anlagen bin, jedoch eine Mischung von Turbo und Diesel halte ich nicht für den optimalen Antrieb.

[ede144]

Hallo Peter

Die Antriebsanlage muss natuerlich mit einem Einheitstreibstoff betrieben werden, sonst macht's keinen Sinn. Gewichtsmaessig sind Ersparnisse drin nach meiner Ansicht. S&G Antrieb wog ~2.6 Gg fuer ~160.000 PS. Das mit Rueckwartsturbinen, die wir uns sparen koennten. Die drei Diesel und 2 Hilfsmotoren springen da leicht bei raus.

Das muessta natuerlich vorher in was kleinerem erprobt werden. Aber den Einheiztreibstoff sollten ja vermutlich auch OPQ verwenden denke ich.

Du brauchst die Fahrturbinen, die Getriebe und die Elektromotoren. Und dann die ganze Steuerung der E-Motoren, und das kostet ganz viel Gewicht. In Deutschland sind die E-Antriebe letztendlich daran gescheitert das Siemens sich nicht in der Lage sah eine schnelle Umschaltung der Antriebe zu bauen.