Von Schrauben, Propellern und Co. - Was Schiffe vorwärts trieb und treibt
Wenn man jemandem aus dem Schiffsbau wehtun möchte, muss man einfach nur das Wort Schiffsschraube in dessen Gengenwart sagen. Dann gibt es zwei mögliche Reaktionen. Entweder ein belehrendes: „Das heißt Propeller!“, oder ein neumalkluger Spruch nach dem Motto, „Auf einem Schiff gibt es tausende Schrauben, welche meinen Sie?“. Häufig nehmen Leute an, dass die Ähnlichkeiten zwischen Propellern und Flügelschrauben zu diesem Begriff geführt haben. Doch weit gefehlt. Denn es gibt tatsächlich auch Schiffe mit einer Schraube. Oder besser gesagt, gab. Ein kurzer Abriss über die Propulsion von Schiffen.
Alles begann in der 2. Hälfte des 18. Jahrhunderts, als James Watt die ersten wirtschaftlichen Dampfmaschinen konstruierte (Entgegen landläufiger Meinung hat er die Dampfmaschine an sich nicht erfunden). Damit standen der Industrie auf einmal starke Kraftmaschinen zur Verfügung, und es sollte nicht lange dauern, bis jemand auf die Idee kam, damit ein Schiff antreiben zu wollen. Doch das stellte die damaligen Ingenieure und Erfinder vor ein grundlegendes, neues Problem. Mit einer Dampfmaschine lies sich eine auf und ab Bewegung erzeugen, und auch die Technik daraus eine Rotationsbewegung zu Erzeugen war schon bekannt. Doch wie sollte man durch so eine Bewegung nun ein Schiff antreiben? Zunächst gab es viele verschiedene Ideen bis hin zu mechanischen Rudern. Die erste Technik, die sich durchsetzte, war eigentlich eine sehr alte: Das Wasserrad. Man kennt sie heute noch auf einigen historischen Flussdampfern. Doch diese Wasserräder – manchmal auch Schaufelräder genannt hatten allerdings auch einige Nachteile. Sie sind sehr sperrig, und damit sie ihren so schon geringen Wirkungsgrad erreichen, sollten sie genau zur Hälfte aus dem Wasser ragen. Dadurch sind sie vor allem bei starkem Seegang nicht besonders effektiv. Während im Binnen- und Küstenverkehr die ersten reinen Dampfschiffe entstanden, waren Dampfschiffe, die weite Reisen bestreiten sollten, Segelschiffe mit einer Hilfsmaschine.
Eine andere, ebenfalls sehr alte Technik sollte zu einem alternativen Konzept führen. Die Archimedische Schraube. Archimedische Schrauben finden noch heute vielfältige Verwendungen, von in Abwasserpumpen bis in Mähdreschern.
Die Idee daraus einen Antrieb zu bauen, stammte, wie sollte es auch anders sein, von einem österreichischen Förster, namentlich Josef Ressel. Dieser hatte einst zwei Jahre in Wien Technik und Architektur studiert, bevor ihn seine finanzielle Situation in eine andere Richtung trieb. Bereits damals, 1812 entwarf er den ersten Schiffsantrieb nach diesem Prinzip. Während er als Forstbeamter Karriere machte, forschte er in seiner Freizeit weiter an seiner sogenannten Schiffsschraube. Über seine Arbeit als Förster kam er in den 1821 in die damals unter österreichischer Herrschaft stehende Hafenstadt Triest, als kaiserlich-königlicher Marineforstintendant. Dort ergab sich für ihn auch die Möglichkeit, seine Arbeit schließlich praktisch zu testen – auf eigene Kosten. Versuche mit einem kleinen Schiff und einer handgekurbelten Schraube verliefen erfolgreich. 1927 erhielt er ein Patent auf eine Endlosschraube als Schiffsantrieb. Es fanden sich allerdings keine Financiers, um seine Arbeit auch auf einem richtigen Schiff umzusetzen. 1829 ließ er in Paris eine weitere Testschraube bauen, die er erfolgreich vorführen konnte. Leider gab es keinen vernünftigen Vertrag zwischen ihm und der Firma, die die Schraube hergestellt hatte. Daher verdienten nur andere an diesem Werk. Er kehrte nach Österreich zurück.
Die Aktion hatte ihn auch dort berühmt gemacht, und so wurde noch im selben Jahr in den Segeldampfer Civetta ein Schraubenantrieb eingebaut. Die erste Testfahrt verlief gut, doch dann kam es zu einem Schaden in der Dampfmaschine des Schiffes. Gegner Ressels setzten daraufhin ein Verbot von weiteren Versuchen durch. Ressel klagte dagegen, doch da er den Prozess aus eigener Tasche finanzieren musste war er bald bankrott. Er wurde schließlich von der Küste ins Landesinnere versetzt. Zu Lebzeiten erhielt er kaum Anerkennung für seine Arbeit, während die Schiffsschraube von einigen britischen Erfindern aufgegriffen wurde, welche mehr Glück bei der Umsetzung und vor allem Finanzierung ihrer Ideen hatten. Zu Lebezeiten bekam Ressel keine Anerkennung für seine Erfindung; nachdem der Brite Smith, der in Ressels Augen vor allem seine Ideen umgesetzt hatte, zog er sich aus dem Erfinderdasein zurück. Auch als die britische Regierung einige Jahre später einen Preis für den Erfinder der Schiffsschraube schuf – dass Smith ihn nicht erfunden, sondern nur Hochseetauglich gemacht hatte war bekannt – wurde er übergangen und das Preisgeld an einige britische Erfinder verteilt.
So, nun aber genug über unseren Förster, zurück zum Thema. Während diese ersten Schraubenantriebe tatsächlich kurze Endlosschrauben waren, wurden diese in den kommenden Jahren relativ schnell zu Propellern optimiert. Heutzutage fahren weit über 90% aller Schiffe mit Propellern. Die Optimierung von Propellern dauert noch immer an und ist eine Wissenschaft für sich. Heutzutage werden Propeller meist speziell für ein einzelnes Schiff und dessen ganz bestimmten Einsatz entworfen. Dabei kann es ganz unterschiedliche Prioritäten geben, von Effektivität über Geschwindigkeit bis hin zu besonders laufruhigen Propellern für Passagierschiffe. Grundsätzlich unterscheidet man bei modernen Propellern zwischen Festpropellern und Verstellpropellern. Bei einem Verstellpropeller lassen sich die Propellerflügel drehen, so dass bei gleicher Motordrehzahl unterschiedlich schnell fahren und bei gleicher Drehrichtung vorwärts und rückwärts fahren (Das ist relevant, weil viele Schiffe kein Getriebe haben, wie man es von Autos kennt.). Daher sind Schiffe mit Verstellpropeller sehr manövrierfähig. Andererseits sind diese Systeme wartungsintensiv, teuer, benötigen einen großen Antriebswellendurchmesser, der die Verstellmechanismen aufnehmen und sind nicht so stabil wie ein Festpropeller.
Bis zum nächsten Mal.Bis zum nächsten Mal.Bis zum nächsten MalBis zum nächsten MaBis zum nächsten MBis zum nächsten Bis zum nächstenBis zum nächsteBis zum nächstBis zum nächsBis zum nächBis zum näcBis zum näBis zum nBis zum Bis zumBis zuBis zBis BisBiIch wünsche euch eine guteBIch wünsche euch eine gute Nacht undIch wünsche euch eine gute Nacht unIch wünsche euch eine gute Nacht uIch wünsche euch eine gute Nacht Ich wünsche euch eine gute NachtIch wünsche euch eine gute NachIch wünsche euch eine gute NacIch wünsche euch eine gute NaIch wünsche euch eine gute NIch wünsche euch eine gute Ich wünsche euch eine guteIch wünsche euch eine gutIch wünsche euch eine guIch wünsche euch eine gIch wünsche euch eine Ich wünsche euch eineIch wünsche euch einIch wünsche euch eiIch wünsche euch eIch wünsche euch Ich wünsche euchIch wünsche eucIch wünsche eiucuIch wünsche eieIch wünsche eiuch Ich wünsche eiuchIch wünsche eiucIch wünsche uIch wünsche eiIch wünsche eIch wünsche Ich wünscheIch wünschIch wünscIch wünsIch wünIch wüIch wIch IchIcDoch mit der Erfindung von Schraube und dem daraus entwickelten Propellern hat die Suche nach alternativen Schiffsantrieben nicht aufgehört. Während manche auf Basis der Propeller sogenannte Pod-Antriebe und Ruderpropelleranlagen entwickelt haben, bei denen die Propeller in drehbaden Kapseln unter dem Schiff hängen und damit eine besondere Manövrierbarkeit erzielt wird, sind manche in ganz andere Richtungen gegangen. IIchIDa wäre zum einen der Wasserstrahlantrieb, auch Jetantrieb genannt. Dabei wird Wasser eingesaugt und im Inneren des Schiffes mit einem Impeller beschleunigt, um durch eine Düse am Heck ausgestoßen zu werden. So wird das Fahrzeug nach dem Rückstoßprinzip angetrieben. Die Idee, ein Schiff durch Rückstoß anzutreiben ist schon sehr alt, wie ein Entwurf des Amerikaner John Fitch aus dem Jahre 1785 zeigt. Doch weder die damaligen Maschinen noch die verwendeten Kolbenpumpen waren Leistungsstark genug, als dass das funktioniert hätte. Die Idee kam aber immer wieder auf. Als in den 50er Jahren die Horzontalpumpe erfunden wurde, wurden Jetantriebe plötzlich praktikabel und I schnell populär. Diese Antriebe finden überall dort Verwendung, wo besonders hohe Geschwindigkeiten erreicht werden sollen. Das können Sportboote sein. Auch bei Behördenfahrzeugen, Lotsenboten und Rettungsbooten sind solche Antriebe üblich. Gerade bei der Rettung von Menschen haben Wasserstrahlantriebe den Vorteil, dass keine Verletzungsgefahr durch einen Propeller im Wasser besteht. Jetantriebe sind grundsätzlich, wenn auf kleineren Schiffen und Booten zu finden. Für die Kommerzielle Schifffahrt sind sie nicht geeignet.
Mein persönlicher Favorit unter den alternativen Antrieben ist der Voith-Schneider-Antrieb. Er ist irgendwie um die Ecke gedacht und fasziniert den Technik-Fan in mir. Er macht sich ein gänzlich anderes Prinzip zu Nutze, das des Auftriebs einer Tragfläche. Er wurde bereits 1926 von dem Österreicher Ernst Schneider. Es ist ein wenig komplizierter als ein Propeller, aber ich werde hier mal versuchen, es verständlich zu erklären. Ein Voith-Schneider-Antrieb besteht aus einem Ring, an dem bewegliche „Flügel“ angebracht wird, die senkrecht ins Wasser reichen. Der Ring dreht sich um sich selbst, während auch der Winkel der Flügel selbst auf dem Ring auch verändert werden kann. Immer wenn ein Flügel sich quer zur Fahrtrichtung des Schiffes bewegt, wird er so gedreht, dass ein Auftrieb entsteht, der in Fahrtrichtung des Schiffes wirkt.
Immer wenn ein Flügel sich mit (bzw. auf der Gegenüberliegenden Seite entgegen) der Fahrtrichtung bewegt, liegt er Neutral im Wasser oder in einem leichten Winkel, der das Schiff dreht. Daher ist ein Voith-Schneider-Antrieb Antrieb und Ruder in einem. Die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Schiffes lassen sich Stufenlos einzig und allein durch die Winkel der Flügel einstellen. Von Voith-Schneider-Antriebe werden in der Regel mindestens zwei (Vorne und Hinten, seltener auch nebeneinander), manchmal auch vier (in jeder Ecke einer) verbaut. Schiffe mit solchen Antrieben können nicht nur vorwärts und rückwärts, sondern auch seitwärts fahren. Sie lassen sich mit besonderer Präzision manövrieren. Zum Einsatz kommen solche Antriebe zum einen häufig bei kleineren Fähren und Personenschiffen. Er ermöglicht zum Beispiel das Stehen quer zu einem Strom ohne Festmachen bei einer Flussfähre. Zum anderen bei allerlei Forschungs- und Arbeitsschiffen, bei denen präzises Manövrieren notwendig ist, z.B. Schiffen, die Offshore Anlagen bauen oder bei Hafenschleppern. Voith-Schneider-Antriebe sind aufgrund der vielen Beweglichen Teile Wartungsintensiv und teuer, weshalb sie auf gewöhnlichen Frachtern nicht zu finden sind.
So, genug Technik für einen Abend.
(Skizze der Civetta-Schraube: Privat. Alle weiteren Bilder: Wikipedia)
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