Flußschiffahrt [1]

Flußschiffahrt dient der Personen- und Güterbeförderung. Die Betriebsmittel sind: 1. Dampfschiffe; 2. Schleppkähne; 3. Nachen; 4. Boote. Die Dampfschiffe gliedern sich in Personendampfer, Güterdampfer (Dampfkähne und Eildampfer), Schleppdampfer. – Die Schleppkähne gliedern sich in Schleppkähne für Stück- und Massengüter und Schleppkähne für spezielle Ladung (Petroleum, Baggergut, Asche u.s.w.). – Bezüglich der Betriebstechnik ist zu unterscheiden: die Personenschiffahrt von der Güterschiffahrt. Letztere erfolgt in schnell fahrenden Eilgüterdampfern oder in Schleppzügen mit verhältnismäßig geringer absoluter Geschwindigkeit (5–6 km stündlich bergwärts gegen Ufer). – Der Schleppzug wird gebildet aus dem Schleppdampfer und dem Anhang, der je nach den Fahrwasserverhältnissen und der Größe des Schleppdampfers aus 1–10 (selten mehr) Kähnen besteht, die entweder »einreihig« in Kielwasserformation oder »zweireihig« (selten mehrreihig) dicht nebeneinander laufend geschleppt werden.

Dampfschiffe. Die Wassertiefe der Fahrstraße bestimmt die zur Verwendung kommende Konstruktion des Propellers. Es erhält der Raddampfer überall dort den Vorzug vor dem Schraubendampfer, wo diese Wassertiefe gering und die Anwendung selbst von Doppelschrauben aus konstruktiven Gründen nicht empfehlenswert ist. Seine Bauart gestattet, ihn auf allen Stromstrecken, soweit diese als schiffbar anzusehen sind, anzuwenden, während der Verwendungsbereich des Schraubendampfers seiner Propeller wegen beschränkt ist. Für den Personenverkehr bietet der Seitenraddampfer meist betriebstechnische Vorteile dem Schraubendampfer gegenüber, da man mit ihm zufolge der durch die Radkastenpodeste geschaffenen größeren Decksfläche bei gleichen Abmessungen und gleichem Deplacement eine größere Passagierzahl wird befördern[124] können als mit einem Schraubendampfer; man wird also pro Tonne Deplacement eine höhere Rentabilität erzielen. Die Anschaffungskosten sind im allgemeinen höhere als beim Schraubendampfer, Kohlenverbrauch und Wartung erfordern den gleichen finanziellen Aufwand. Die lichten Durchfahrtöffnungen der zu passierenden Schleusen und Brücken bedingen den zu wählenden Typ. – Der Seitenraddampfer (Fig. 1 und 2) erfordert mit seiner Breite bis zu 20 m (auf dem Rheinstrome) entsprechend breite Brückenöffnungen und ist für Flußläufe mit Schleusen nur in den seltensten Fällen anwendbar. Für diese Zwecke, also überall dort, wo enges Fahrwasser in Frage kommt, empfiehlt sich der Hinterraddampfer (Fig. 3), bei dem die Breite über die Radkasten nicht größer wird als die größte Schiffsbreite. Für Stromläufe in unkultivierten Gegenden (z.B. Kamerun, Togogebiet, Südamerika u.s.w.) empfiehlt sich der Heckraddampfer (Fig. 4), dessen Bauart den geringsten Leertiefgang – 300 bis 400 mm – gestattet und bei welchem Einfachheit der Konstruktion oberste Forderung ist, da etwaige Reparaturen später im Betriebe mit einfachen Bordmitteln ausführbar sein müssen. Neuerdings hat man in England seitens der Firmen Jarrow und Thornycroft und in Deutschland seitens der Firma Schichau mit gutem technischen Erfolge versucht, auch den Schraubendampfer durch geeignete Konstruktion für seichte Stromläufe als Ersatz für den Heckraddampfer nutzbar zu machen. Bei dieser Bauart erhält das Heck muldenförmig gestaltete Ausbuchtungen (sogenanntes Thornycroft-Heck, Fig. 5), in denen Turbinenpropeller (das sind Schrauben von kleinem Durchmesser und großer Steigung) arbeiten.

Bei Seitenraddampfern sind hinsichtlich der Bauart der Räder folgende zwei Kategorien zu unterscheiden:

1 Das Einfachschaufelrad des Schnelldampfers mit verhältnismäßig großem Durchmesser (nicht wesentlich über 4 m), hoher Umfangsgeschwindigkeit (5,8–8,8 m/sec entsprechend einer Winkelgeschwindigkeit ω von 4,10–4,40 m) und einer Schaufelanzahl von etwa 8 in jedem Rade.

2. Das geteilte Doppelrad des Schleppdampfers mit kleinem Durchmesser (2,60 m bei 1000 pferdigen Anlagen), kleinerer Umfangsgeschwindigkeit (4–5,5 m/sec entsprechend einem ω = 3–4,2 m/sec), sehr breiten Schaufeln (1 Doppelrad > B/2) großer eingetauchter Schaufelfläche und kleiner Schaufelzahl pro Rad (6–7).

3. Das gewöhnliche Schaufelrad des Heckraddampfers mit festen Holzschaufeln, großem Durchmesser (4 m bei einer 200 pferdigen Anlage), Umfangsgeschwindigkeit 3,7–6 m sec entsprechend ω = 3,50 bis 2,80 m/sec, große Schaufelzahl (11–12); Umdrehungen 28–33 minutlich; Slip oft negativ, erklärt sich durch die eigenartige Heckform, bei der die Stoßwirkung des[125] rückfließenden Wassers die Vorwärtsbewegung des Schiffes unterstützt. Versuche mit derartigen Schiffen haben gezeigt, daß selbst bei Rückwärtsgang des Schaufelrades das Fahrzeug in stromfreiem Wasser die Tendenz der Vorwärtsbewegung hat.

Ueber weitere konstruktive Durchbildung der Raddampfer, ihrer Maschinen und Räder s. Raddampfer, bezüglich der Flußschraubendampfer s. Schlepper.

Allgemein sei bemerkt, daß die Verhältnisse der Schiffskörper teilweise ganz außerordentlich von denen der Seeschiffe abweichen. Im nachfolgenden bedeutet: L die Länge von Innenkante Vorsteven bis Innenkante Hintersteven, B die größte Breite in der Wasserlinie über Spanten, H die Seitenhöhe der Oberkante Kielplatte bis Seite Oberdeck, T den mittleren Tiefgang einschließlich Kielplatte, D die Wasserverdrängung in Kubikmetern (Deplacement), δ die Völligkeit der Wasserverdrängung = D : L B T, W die Fläche der obersten Wasserlinie, α die Völligkeit dieser Fläche = W : L B, F die eingetauchte Hauptspantfläche, alle Flächen in Quadratmetern, ß die Völligkeit der Hauptspantfläche = F : B T. Es gelten dann folgende Verhältniswerte und prinzipiellen Konstruktionsangaben:

Schnelldampfer: L/B = 8,5–10,15. L/H = 24–28,6. B/T = 9,10–6,5; L/T = 75–79. Deplacementsvölligkeit δ = 0,62–0,75; Wasserlinienvölligkeit α = 0,634–0,80; Hauptspantvölligkeit β = 0,982–0,972. Die in Frage kommenden absoluten Geschwindigkeiten sind für tiefes ausgebreitetes stromfreies Fahrwasser 30 km (16,25 Knoten) bis 25 km (13,50 Knoten) entsprechend den mittleren Geschwindigkeiten auf beschränktem Fahrwasser (Rheinstrom) von 27,5 km (14,85 Knoten) bezw. 22,5 km (12,15 Knoten). Füllung im Hochdruckzylinder = 40–45%; Slip der Räder etwa 12–18%; Umdrehungen ca. 41–44.

Schleppdampfer: L B im Mittel 8,5; L/H im Mittel 23; B/T = 7–8,5; L/T = 59–72. Größte Breite über die Radkasten rund 20 m. Vielfach ausgeführte Grenzwerte für Deplacementsvölligkeit δ = 0,828; Wasserlinienvölligkeit α = 0,875; Hauptspantvölligkeit β = 0,998–0,967.

Die Schleppgeschwindigkeit wechselt natürlich sehr; sie beträgt bei den großen Rhein-, Elb- und Donauschleppdampfern etwa 5,3 km (2,86 Knoten) gegen Ufer mit vollem Anhang (2700–6000 t Ladung) entsprechend einer Geschwindigkeit in stillem Wasser von 12,30 km (6,65 Knoten). Füllung im Hochdruckzylinder etwa 50%; Slip der Räder 35–45%; Umdrehungen 30–40.

Schleppkähne. Für diese ist in der Regel L/B = 6–7,5; L/H = 38 bei großen Petroleumkähnen, 33 bei großen Rheinkähnen, 20 bei kleineren Kähnen. Ferner: B/T = 4,5–6; L/T = 30–40; Deplacementsvölligkeit δ = 0,85 bei langen bis 0,78 bei kurzen Kähnen; Wasserlinienvölligkeit α = 0,925–0,830; Hauptspantvölligkeit β = 0,985–0,998. Tragfähigkeit der Kähne auf dem Rheinstrom: 2000–1000 t, Normalschiff 1000 t; auf dem Elbstrom: 1200–750–600 t, Normalschiff 700 t; auf der Oder 600–450 t, Normalschiff 450 t.

Größte Schleppkähne für die geplanten örtlichen Wasserstraßen: L = 65 m; B = 8 m; Tiefgang 1,75 m; Tragfähigkeit = 600 t. Die sogenannten Finowkanalkähne haben die Abmessungen L = 40,20 m; B = 4,60 m; Tiefgang 1,25 m; Tragfähigkeit 170 t. (Die genannten Abmessungen L und B beziehen sich in diesem besonderen Falle auf die Außenkanten-Fender.)

Die größten Elbschleppkähne (Petroleumtankkähne) weisen die Konstruktionsabmessungen auf: L = 76,50 m; B = 12 m; Höhe 2 m; Tiefgang = 1,92 m; Tragfähigkeit 1200 t.

Als Baumaterial dient bei den Dampfern durchweg, bei den Kähnen teilweise weiches Siemens-Martin-Flußeisen (sogenannter Schiffbaustahl). Die Kähne werden vielfach mit Eichenholzböden (105–125 mm Stärke) ausgeführt, und diese Bauart ist überall dort zu empfehlen, wo infolge geringer Fahrwassertiefen im Hochsommer (1 m und darunter) Grundberührungen nicht zu vermeiden sind, da hierbei ein guter Holzboden nicht so leicht leck springt wie ein Stahlboden; auch ist ersterer mit Bordmitteln leichter zu dichten.

Die Konstruktion der Schleppkähne wird vorteilhaft nach den gleichen Prinzipien wie die der Schleppdampfer bewirkt: schärferes Vorschiff, volleres Hinterschiff (Differenz der Deplacementsvölligkeiten etwa 3–4%), größte Breite auf ¹/_3-¹/₄L von vorne, dann schwach konisch oder besser im Parabelbogen zur kleineren Breite hinten verlaufend (Gesamtabfall 200–500 mm).

Die Ermittlung der Widerstandsarbeit erfordert zufolge des stets in Frage stehenden beschränkten Fahrwassers erheblich eingehendere Berechnungen als die gleichen Ermittlungen für einen Ozeandampfer. Wir bedienen uns hierfür vorteilhaft der Methode Dietze, die, auf wissenschaftlicher Grundlage aufgebaut, sich in dreißigjähriger Praxis bewährt hat [3], [4], [5].

Der Gang der Rechnung ist folgender. Es bezeichne:

V₁ = scheinbare Geschwindigkeit gegen Ufer in Kilometerstunden;

V₂ = Stromgeschwindigkeit in Kilometerstunden;

V₃ = Gleitgeschwindigkeit in Kilometerstunden;

V = V₁ ± (V₂ + V₃) = tatsächliche Geschwindigkeit, wobei + für die Bergfahrt, – für die Talfahrt gilt;

i = das typische Gefälle (Stromgefälle in Millimeter/Kilometer Stromlänge); dann ist (Hagensche Formel):

worin P = Pegelhöhe in Metern am nächsten Pegel, a = Konstante (für den Rheinstrom Cöln-Ruhrort = 1,10), p = eine andre Konstante (für dieselbe Strecke = 1,90).

Ist weiter D die Wasserverdrängung, so wird:

worin x für die auf deutschen Wasserstraßen verkehrenden Kähne in den Grenzen 0,045–0,070 liegt, wenn die Kähne mit dem Vorsteven zu Tal schwimmen; die Werte fallen um 20%, wenn sie mit dem Hintersteven (was vielfach geschieht) zu Tal schwimmen. Hiernach ist also die Geschwindigkeit gegen Ufer V₁ eines zu Tal schwimmenden Kahnes nicht gleich der Stromgeschwindigkeit [126] V₂, sondern um den Wert V₃ größer, was sehr oft in der Praxis übersehen wird. Mit wachsendem D steigt auch der Wert von V₃; er ist ferner für jeden Kahn innerhalb eines Schleppzuges wegen der Veränderlichkeit des Wertes verschieden und für den Schleppdampfer selbst des Widerstandes der Räder wegen gleich Null. – Die mittlere Geschwindigkeit eines Schleppzuges wird

V_m = ΣVD/ΣD = Summe der Produkte VD/Summe D

Für die Widerstandsarbeit der Schleppzüge in beschränktem Fahrwasser sind zu berücksichtigen:

1. Das Verhältnis F/F = n, worin F Fahrwasserquerschnitt, F eingetauchten Schiffsquerschnitt = B T β bedeutet.

2. Die Wassertiefe T.

Für beschränktes Fahrwasser wird es sich im Interesse voller Ausnutzung der Maschinenleistung des Schleppdampfers häufig empfehlen, das gesamte Quantum Ladung statt auf einen Kahn (um das Bruttoschleppgewicht niedrig zu halten) auf mehrere Kähne zu verteilen. Es wird z.B. für einen Kahn mit 205 t Ladung bei T = 1,20 und n = 5,76 die Widerstandsarbeit N₀, die mit fallenden Werten von n erheblich steigt [4], 2,7 mal größer, als wenn dieser Kahn in einem Fahrwasser mit T = 1,50 m und n = ∞ geschleppt würde; ferner wird die Widerstandsarbeit N₀ für zwei Kähne mit 260 t Ladung (also 55 t mehr wie vorhin) bei gleichen Werten von T und n nur 1,809 mal größer, so daß also trotz des höheren Bruttoschleppgewichtes die Widerstandsarbeit geringer wird.

Bei der Bestimmung der indizierten Maschinenleistung für eine geforderte Geschwindigkeit V in beschränktem Fahrwasser von bekannter Wassertiefe T wird vorteilhaft wie folgt verfahren: Es wird unter Benutzung des Dietze-Diagramms [3 b] diejenige Geschwindigkeit ermittelt, die sich aus dem gegebenen V für beschränktes T für ein T = ∞ und F = ∞ ergibt. Ist z.B. für ein T = 3 m eine stündliche Geschwindigkeit von 18 km gefordert, so wird der Berechnung der indizierten Leistung N_i der Maschine nach [3 b] ein V = 28 km in tiefem ausgebreiteten Fahrwasser zugrunde zu legen sein, wofür sich ergibt N_i = 700 PS_i, während für V = 18 km in tiefem ausgebreiteten Fahrwasser nur ein N_i = ca. 200 PS_i erforderlich wäre. Die beschränkte Wassertiefe gestattet also gegenüber einem unbeschränkten Fahrwasser ein Mehr von 500 PS_i.

Die Bestimmung von Ni geschieht entweder nach den graphischen Tafeln von Dietze [3a] oder nach der folgenden Formel von Middendorf (der Ausdruck für W₂ ist der Originalformel gegenüber etwas modifiziert):

Hierin bedeutet: W den Gesamtwiderstand; W₁ den Formwiderstand; W₂ den Reibungswiderstand, F die eingetauchte Hauptspantfläche = B, T, β, l = L : B = Länge durch Breite, Ω die benetzte Oberfläche, angenähert = L (1,7 T + δ/β B), v die Geschwindigkeit in m/sec = V · 1000/3600 = V/36, η = Widerstandsarbeit f indizierte Leistung = mechanischer Wirkungsgrad = N_o : N_i. Mit steigenden Werten von N_o steigt auch η; es kann gesetzt werden für N_o = 100 bis 200 η = 0,5, für N_o = 300 bis 400 η = 0,60, für N_o = 500 bis 600 η = 0,65; für N_o = 700 und darüber η = 0,70, unter Voraussetzung sachgemäß konstruierter Maschinen und Propeller.

Es bleibt noch folgendes zu beachten: Für schnellfahrende Dampfer in Flußläufen mit beschränktem T läßt sich die wirtschaftlich günstigste Maschinenleistung aus [3 b] genau ermitteln; so ergibt sich z.B. für einen Dampfer, der bei T = 3 m mit N_i = 450 PS_i die Geschwindigkeit V = 17,27 km erreicht, mit N_i = 700 (Zunahme = 55%), V = 18 km (Zunahme = 3,65% = 0,63 km); der Erhöhung der PS_i, also auch der Erhöhung der Beschaffungs- und Unterhaltungskosten des Schiffes würden keinerlei wirtschaftliche Vorteile gegenübertreten, die Anlage wäre verfehlt und die Aufgabe würde im Interesse besserer Wirtschaftlichkeit anders zu formulieren sein.

Bei den Schleppdampfern hingegen, deren V in den Grenzen 10–12 km entsprechend einem V₁ = 4,50–5,3 liegt, bieten die abnehmenden Werte von T kein Hindernis, eine Maschine von höchster Leistungsfähigkeit einzubauen, und es wird im Gegensatz zu schnell fahrenden Dampfern die absolute Geschwindigkeit eines zu Berg fahrenden schweren Schleppzuges z.B. bei T = 3 m größer sein als bei T = 5 m, weil mit wachsendem T (solange der Fluß nicht über seine Ufer tritt) auch die bergwärts zu überwindende Stromgeschwindigkeit zunimmt. Es sei noch bemerkt, daß eine Wassertiefe gleich der sich aus [3 b] ergebenden halben Wellenlänge als ∞ angesehen werden darf.

Im allgemeinen ist die Beförderung von Rohprodukten mittels der Flußschiffahrt eine sehr bedeutende; sie ist insbesondere dort lohnend, wo die mittlere Flußgeschwindigkeit 1 m pro Sekunde nicht übersteigt. Unter günstigeren Bedingungen, aber ganz ähnlichen Verhältnissen steht die Beförderung auf Kanälen. (Hierüber und über »Treideln« s. Kanalschiffahrt.) Wegen weiterer technischer, insbesondere aber statistischer und administrativer Auskünfte verweisen wir auf die unter [2], [3]–[5] angeführte diesbezügliche Literatur.

Literatur: [1] Statistik des Deutschen Reichs, Bd. 7, und Weber, Handbuch der gebräuchlichsten Ausdrücke bei der Elbschiffahrt, Pirna 1872. – [2] Das Schiff, Wochenschrift für die gesamten Interessen der Binnenschiffahrt; Statistik des Deutschen Reiches, Rubr. Verkehr auf den Wasserstraßen; Verhandlungen der internationalen Binnenschiffahrtskongresse; Verhandlungen der Zentralverwaltung zur Hebung der deutschen Schiffahrt; Moreaux, Recherche du meilleur mode[127] de navigation sur le Rhône, précédée de considérations sur la résistance an mouvement des coques de bateaux en mer, dans les rivières et dans les canaux, Paris (o. D.); Lagrené, Cours de navigation intér., Paris 1869–75; Molinos, La navigation intér. de la France, Paris 1875; Malézieux, Cours de navigation intér., Paris 1877; v. Weber, Die Wasserstraßen Nordeuropas, Leipzig 1881; Germain, Cours de navigation intér., Paris 1882–83; Guillemain, Navigation intér. rivières et canaux, Paris 1885; Ringwalt, Development of transportation system in the United States, Philadelphia 1888; Clements, Inland navigation in the united kingdoms, London 1890; Sympher, Der Verkehr auf den deutschen Wasserstraßen, Berlin 1890; Sytenko, Aperçu général des voies navigables de la Russie, Petersburg 1890. – [3 a] Graphische Tafeln zur Berechnung des Schiffswiderstandes, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ingen. 1887, S. 129; [3 b] Schiffswiderstand bei beschränkter Wassertiefe, ebend. S. 609. – [4] Widerstand der Schleppzüge im begrenzten Fahrwasser, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ingen. 1889, S. 559. – [5] Ueber die wahre Geschwindigkeit der Schleppzüge, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ingen. 1891, S. 276.

Hildebrandt.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.