Elektrizität im Schiffbau

Elektrizität im Schiffbau. Der Umfang der elektrischen Schiffsanlagen für elektrische Beleuchtung und Kraftübertragung ist mit Zunahme der Schiffsgrößen ständig gewachsen. Die modernen transatlantischen Dampfer weisen bereits elektrische Kraftstationen von insgesamt 1500 KW. auf. Die Maschinensätze schwanken von 200 bis 375 KW. für große Schiffe und von 8,5 bis 45 KW. für kleinere und mittlere Schiffe [1], [2].

Als Stromart kommt neuerdings vorzugsweise Gleichstrom von 110 Volt Spannung zur Anwendung [3], wegen der besseren Regulierfähigkeit der Motoren und des übersichtlichen Kabelnetzes Zweileitersystem. Die Beeinflussung der Kompasse durch Gleichstrom tritt nach Einführung der Kreiselkompasse in den Hintergrund. Für Kriegsschiffe hat man neuerdings die Spannung auf 220 Volt erhöht, um an Gewicht zu sparen.

Zur Stromerzeugung wird die Nebenschlußmaschine für Bordzwecke bevorzugt. Der Antrieb der Dynamomaschine erfolgt mehr und mehr durch Dampfturbinen mit Umdrehungszahlen von 5000 bis 6000 pro Minute mit zunehmender Leistung, um an Gewicht und Raum zu sparen und ein ölfreies Kondensat zu erhalten; auch laufen die Turbodynamos fast erschütterungslos. Auf Kriegsschiffen und vereinzelt auf Passagierdampfern für die Notstation auf einem der oberen Decks findet der Antrieb durch Oelmotoren Eingang, und zwar bis zu Leistungen von 300 KW. Bei gewöhnlichen Handelsdampfern herrscht die schnellaufende Kolbendampfdynamo vor [14].

Mit Zunahme der Stromkreise im Schiff hat die Ausgestaltung der Schaltanlage im Dynamoraum an Bedeutung gewonnen, zumal zur Erhöhung der Sicherheit des Betriebes die Parallelschaltung der einzelnen Maschinensätze vielfach aufgegeben wurde, und dementsprechend die einzelnen voneinander getrennten Stromkreise auf jeden Maschinensatz zu schalten waren.[232] Für die Schalttafeln benutzt man daher das System der Linienwähler. Auf dem »Imperator« können 80 Stromkreise einzeln auf jede der fünf Maschinen geschaltet werden. Hier mußte eine neue Anordnung der Linienwähler gefunden werden, um die Größe der Schalttafel zu begrenzen [1]. Auf den Kriegsschiffen erhalten Haupt- und Reservestation getrennte Schalttafeln und sind an beide Schalttafeln nur die wichtigsten Stromkreise angeschlossen [2]. Außer den Hauptstromkreisen sind noch verschiedene Verbraucher mit Strom zu versehen, welcher eine Umformung erfordert, wie die Befehlsübermittlungsapparate, die Fernsprechbatterie, die Funkentelegraphie, die Kreiselkompasse und neuerdings die Scheinwerfer und die Verbraucher, deren Regulierung in Leonardschaltung erfolgt [1], [2], [8], [9], [10], [13].

Für die Leitungsanlage wird auf Kriegsschiffen das Zweileitersystem, d.h. isolierte Hin- und Rückleitung, verwendet, während die Installation auf Handelsschiffen einpolig erfolgt, d.h. der Schiffskörper wird als Rückleitung benutzt. Die Verteilung der Stromkreise hängt von der Größe und Raumeinteilung der Schiffe ab. Auf Kriegsschiffen ordnet man im allgemeinen fünf verschiedene Stromkreise an, I. Vorschiff über Panzerdeck, II. und III. Räume unter Panzerdeck, IV. Hinterschiff über Panzerdeck, V. Oberdeck. Die Lampen der Räume unter dem Panzerdeck sind abwechselnd den beiden Stromkreisen II und III angeschlossen. Alle Stromkreise werden als Ringleitungen verlegt. Das Anwachsen der Leitungsnetze macht es erforderlich, die Isolationsfähigkeit der Kabel zu steigern. Auf Kriegsschiffen verwendet man ausschließlich eisendrahtbeklöppelte Gummibleikabel, auf Handelsschiffen kommen in Arbeitsräumen eisenbandarmierte Kabel, in den Wohnräumen Gummiaderleitungen in Holzleisten zur Verwendung. Bei Verlegung der Leitungen und bei Anordnung der Leitungsarmaturen wie Kabelschuhen, Abzweigkasten, Sicherungen, Ausschaltern und Anschlußdosen ist auf gute Zugänglichkeit, sicheren Schutz gegen Feuchtigkeit und mechanische Beschädigungen sowie Dichtigkeit der Schotte und Decks Bedacht zu nehmen. Als Sicherungen verwendet man neuerdings Patronenschmelzsicherungen; die Schalter müssen auf Kriegsschiffen explosionssicher sein – System Engel [1], [8], [9], [11], [15], [16].

Während auf Handelsschiffen Metallfadenlampen wegen des geringeren Energieverbrauchs bevorzugt werden, sind auf Kriegsschiffen die Kohlenfadenlampen beibehalten, da die Metallfadenlampen den Erschütterungen beim Schießen nicht gewachsen sind. Für die Außenbordbeleuchtung spielen bei den Scheinwerfern die Bogenlampen eine große Rolle. Dieselben werden neuerdings nicht mehr an das Schiffsnetz angeschlossen, sondern erhalten, nachdem die Spannung auf 220 Volt erhöht ist, ihren Strom von Spezialumformern. Die Generatoren dieser Umformer sind dabei elektrisch so ausgebildet, daß sie den Strom zur direkten Speisung der Scheinwerferbogenlampen liefern können [1], so daß Vorschaltwiderstände entbehrt werden können. Die Scheinwerfermotorgeneratoren werden nach verschiedenen Systemen gebaut: Siemens-Schuckert, Schiffsunion, Bergmann, A.-E.-G.

Die Verwendung von Akkumulatoren auf Schiffen zur Unterstützung laufender Dynamos in Parallelschaltung als Pufferbatterie oder Momentreserve ist eine beschränkte, sowohl wegen der beim Laden auftretenden Schwierigkeiten als auch besonders wegen der hohen Gewichtsbeanspruchung. Dagegen bilden die elektrischen Akkumulatorenbatterien für Unterseeboote bei der untergetauchten Fahrt die einzige Stromquelle für die Fortbewegungsmotoren und alle Hilfsmaschinen. Die Bestrebungen, sich für diesen Schiffstyp von den Akkumulatorenbatterien frei zu machen, sind bisher erfolglos geblieben. Zum Antrieb der Boote dienen Elektromotoren, welche zwischen den Verbrennungsmotoren für die Ueberwasserfahrt und den Antriebsschrauben eingeschaltet sind. Um beim Manövrieren die Umdrehungen der letzteren in weiten Grenzen regeln zu können, sind besondere Schaltanlagen erforderlich. Auch ist man bei der steten Steigerung der Unterwassergeschwindigkeit und dementsprechend der Motorleistung dazu übergegangen, die Antriebsmotoren für die Schraubenwellen zu unterteilen und hierdurch die Durchmesser der Motoren einzuschränken. Hierbei kommt dann Serien-Parallelschaltung zur Anwendung. Die Hilfsmaschinen, wie Lenzpumpen, Luftkompressoren, Rudermaschine, Spillmaschine erhalten grundsätzlich elektrischen Antrieb, daneben wird die elektrische Energie zu Heiz- und Kochzwecken ausgenutzt [1], [11], [14].

Die elektrische Kraftübertragung an Bord der Schiffe hat ständig an Ausdehnung zugenommen und sind, den Bedürfnissen der Bordzwecke entsprechend, meist Spezialmotortypen entstanden, bei welchen geringes Gewicht, geringer Raumbedarf, Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und derbe Behandlung, hohe Betriebssicherheit und einfache Bedienung ausschlaggebend sind. Für die Hilfsmaschinen für seemännische Zwecke, wie Rudermaschinen und Ankerlichtmaschinen, ist der Dampfantrieb noch vorherrschend, dagegen hat sich durch die Verwendung des Oelmotors zum Antrieb der Schiffsschrauben der elektrische Antrieb auch für diese Hilfsmaschinen als notwendig erwiesen, weil der Einbau einer Hilfsdampfanlage mit beträchtlichen Nachteilen verbunden ist. Für die Rudermaschine benutzt man neben Preßluft sowohl reinen elektrischen Antrieb als auch elektrisch-hydraulischen Antrieb. Der erstere erfolgt mit Hilfe der Leonard-Schaltung und einer besonderen elektrischen Anlaßmaschine und ergibt sich hierbei zugleich die Möglichkeit der elektrischen Fernsteuerung nach dem elektrischen Ruderanzeiger, weil es nur nötig ist, den geringen Erregerstrom der Leonard-Dynamo zu regeln [1], [14].

Für den elektrisch-hydraulischen Antrieb hat sich die elektrisch angetriebene Rotationspumpe von Hele Shaw mit veränderlichem Hub der Pumpenplunger vorzüglich bewährt [6], [7]. Bei dieser Pumpe rotiert das sternförmige und aus 7 Pumpenzylindern bestehende Gehäuse um die feststehende und mit Bohrungen für die Sang- und Druckleitung versehene Welle (Fig. 1). Dieses Pumpengehäuse nimmt die 7 Pumpenkolben bei der Drehung mit, welche an einem Gleitring gekuppelt sind, welcher unter Zwischenschaltung von Rollenlagern in einem feststehenden Ringe gleitet und seitlich nach rechts oder links im Pumpengehäuse durch den Zapfen E verschoben werden kann. Durch die seitliche Verschiebung des Ringes wird die [233] Bewegung der Pumpenkolben beim Rotieren des Pumpengehäuses umgekehrt und dementsprechend die Saugleitung der Pumpe in Druckleitung verwandelt und umgekehrt, während in der Mittelstellung des Ringes die Plunger sich gegenüber dem Pumpengehäuse nicht bewegen und daher keine pumpende Wirkung ausüben. Die Sang- und Druckleitungen F₁ und F₂ der Pumpe C sind nun mit zwei hydraulischen Prellen B₁ und B₂ verbunden, welche auf das Ruderjoch A in entgegengesetzter Richtung wirken. Zum Druckausgleich sowie zum Bremsen bei schlagendem Ruder dient das Verbindungsrohr P mit Ueberdruckventil M. Bei rotierendem Pumpengehäuse wird bei Verschiebung des Ringes durch den Zapfen E das Glyzerinwasser aus einem Preßzylinder abgesogen und in den andern gepreßt werden. Die Bewegung des Ruderjochs ist daher von der Bewegungsrichtung des Glyzerinwassers abhängig, welche durch die seitliche Verschiebung des Ringes geregelt wird. Letztere kann nun in einfachster Weise durch die Wirkung eines Telemotors (s. Dampfsteuerapparat, Bd. 2, S. 622) auf den Hebel G und den Zapfen E erfolgen, während die Bewegung des Ruders durch die Stange L den Hebel G wieder zurückbewegt und damit die Pumpenarbeit aufhebt.

Zum Antrieb des Ankerspills benutzt man neuerdings zwei Elektromotoren, welche in Serien und parallel geschaltet werden können. Am schwierigsten sind die Bedingungen, welche an den elektrischen Antrieb der Ladewinden gestellt werden, da die Motoren den überkommenden Seen ausgesetzt sind. Man ordnet daher die Widerstände und Starkstromschaltelemente nicht direkt an der Winde, sondern geschützt unter Deck an. Für die sonstigen Hilfsmaschinen wie Lüster, Kreiselpumpen, Kohlenwinden, Eismaschinen, Kompressoren, Werkzeugmaschinen sowie Winden aller Art ist der elektrische Antrieb allgemein eingebürgert, da die wärmestrahlenden Dampfzu- und -abgangsrohre vermieden werden und eine sofortige Betriebsbereitschaft sichergestellt ist. Die Konstruktion der elektrischen Schiffslüfter hat in den letzten[234] Jahren eine wesentliche Verbesserung erfahren. Zur Raumersparnis werden die Elektromotoren in axialer Richtung direkt mit dem Gehäuse des Fliehkraftlüfters zusammengebaut (Fig. 2). Die Zahl solcher Lüster ist bei den Riesenschiffen auf 40–70 gestiegen, und kommen dazu für Messen und Kammern noch die elektrischen Fächer oder Schraubenventilatoren. Für die Lenzpumpen findet vielfach der elektrische Antrieb mit vertikaler Pumpenwelle wie bei den Schwimmdocks (s. Dock, S. 175) und der Drainageeinrichtung (s. S. 180) Anwendung. Besonders vielseitig m der elektrische Antrieb der Kohlenwinden durchgebildet, da neben geringem Gewicht und Platz noch die Bedingung der Zerlegbarkeit hinzukam, um die Winden leicht unter Deck verstauen zu können (Fig. 3 und 4). Um das Deck beim Kohlen ganz frei zu halten, sind ferner kleine Kraftrollen entstanden, bei welchen mit Bezug auf Gewicht sowie Gedrängtheit der Konstruktion ein Höchstmaß erreicht worden ist. Die Kraftrolle besteht aus einem Spillkopf, welcher den Antriebsmotor umgibt und mit dem rotierenden Gehäuse des Motors durch fendernde Reibklötze während der Hubperiode gekuppelt werden kann, und zwar durch Anziehen des ablaufenden Seils. Die Kraftrolle wiegt 190 kg bei einer Hubkraft von 120 kg bei 2 m Umfangsgeschwindigkeit (Fig. 5). [1], [13], [2].

Einen der wichtigsten Bestandteile der elektrischen Kraftübertragung an Bord der Kriegsschiffe bildet der Antrieb zum Drehen der Panzertürme und zum Einstellen der Höhenrichtung der schweren Geschütze. Während in der deutschen, österreichischen und russischen Marine der rein elektrische Antrieb mit Hilfe der Leonard-Schaltung mit einem Regulierbereich von 1 : 600 eingeführt ist, wird in Frankreich und den Vereinigten Staaten von Nordamerika der elektrisch-hydraulische Antrieb bevorzugt (rotierende Pumpe von Hele Shaw und Universal-Gear). Mit Hilfe des Leonard-Generators von minimalster Remanenzspannung ist es gelungen, 80 · PS.-Motoren mit einer geringsten Tourenzahl von 4 pro Minute laufen zu lassen. Daneben werden alle Bewegungen zum Laden und Richten der Geschütze sowie für den Munitionstransport von der Kammer bis zum Rohr auf mechanischem Wege mit elektrischem Antrieb ausgeführt. [1], [11], [12], [14], [16].

Der elektrische Antrieb der Schiffsschrauben ist bisher nur auf Unterseeboote und einzelne Spezialschiffe, Bergungsschiff »Vulkan« (s. Bergungsdampfer, S. 68) beschränkt geblieben, da die Nachteile der Energieumsetzung größer sind als die erhofften Vorteile. Zurzeit werden in den Vereinigten Staaten von Nordamerika Vergleichsversuche im großen Maßstabe für drei gleiche Kohlendampfer vorbereitet, und treten hierbei der Schraubenantrieb mit Kolbendampfmaschine, mit Dampfturbine und mechanischer Uebersetzung sowie mit Dampfturbine und elektrischer Uebersetzung in Konkurenz [1], [4], [5].

Obwohl neuerdings erfolgreiche Versuche gemacht worden sind mit elektrischer Fernlenkung der Rudermaschinen und der Scheinwerfer, so sind diese Einrichtungen doch noch nicht einfach genug, um vielseitige Benutzung zu finden. Aus diesem Grunde ist die elektrische Befehlsübermittlung durch die sogenannten Kommandoapparate weiter ausgebaut und vervollkommnet worden. Diese Apparate bestehen in der Hauptsache aus einem Kommandogeber mit Kurbel- oder Hebelantrieb zum Senden des Stromes zu den verschiedenen, mit geeignet geschalteten Elektromagneten versehenen Empfängersystemen und dem Kommandoempfänger, der die übermittelten Befehle durch Bewegung eines Zeigers auf einer Skala anzeigt. Sie haben für Maschinentelegraphen, Umdrehungsanzeiger, Rudertelegraphen und Ruderanzeiger, für Maschinenraum- und Heizraumtelegraphen, Artillerietelegraphen, Torpedosignalgeber Verwendung gefunden. Der Antrieb dieser Apparate erfolgte bis vor wenigen Jahren durch Gleichstrom nach dem Sechsrollensystem von Siemens & Halske, durch Drehstrom nach dem Drehfeldfernzeigersystem oder nach dem Prinzip der Spannungsmesser. Neuerdings werden die Kommandoapparate für Wechselstrombetrieb von 50 Volt und 50 Perioden eingerichtet. Der Wechselstrom gestattet im Gegensatz zum Gleichstrom, die einzelnen Kommandoelemente durch Transformatoren in ihren Isolationsverhältnissen voneinander unabhängig zu machen und durch entsprechende Wahl des Uebersetzungsverhältnisses im Transformator jeder Anlage die für sie zweckmäßigste Spannung zuzuführen. Das Wechselstromsystem der Firma Siemens & Halske beruht auf der Erscheinung, daß aufeinander geschaltete, in einem Wechselstromfelde drehbar angeordnete Drahtspulen stets gleiche relative Lage einnehmen. Der Wechselstromfernzeiger der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft beruht auf der Differentialwirkung zweier magnetischer Felder auf einen beweglichen, die Anzeigevorrichtungen tragenden Metallkörper. Die Firma Neufeldt & Kuhnke, Kiel, hat ein Befehlsübermittlungssystem entwickelt, bei welchem zwei Kraftliniensysteme erzeugt werden, deren Kraftlinien gleich und entgegengesetzt gerichtet werden [1], [2], [12], [16]. Eine wichtige Ergänzung finden die Kommandoapparate in den lautsprechenden Telephonen, welche von Siemens & Halske und Mix & Genest für den Bordbetrieb besonders entwickelt sind. Auf den Passagierdampfern sind Fernsprechanlagen mit gewöhnlichen Telephonen in weitestem Maße in Gebrauch. Daneben sind Anrufglocken und Alarmsignale als Feuermelder und Warnsignale beim Schießen sowie beim Schließen der wasserdichten Türen eingeführt. Als Verständigungsmittel für die Nacht dienen elektrische Signallaternen, die einesteils die Position des Schiffes angeben, andernteils zu Befehlsübermittlungen von Schiff zu Schiff benutzt werden. Hierher gehören die Positionslaternen, grün und rot als Seitenlaternen, meist als Taglaternen, die Hecklaterne, die Fahrtgeschwindigkeitslaterne sowie die Ankerlaterne und zum Signalisieren die Nachtsignalapparate sowie das Blitzlicht mit Hilfe der Scheinwerfer und ihrer Jalousieverschlüsse. Eines der wichtigsten Verständigungsmittel von Schiff zu Schiff sowie von Schiff und Land und umgekehrt bietet die drahtlose oder Funkentelegraphie. [1], [9], [11]–[13].

[235] Literatur: [1] Krell und Stauch, Elektrotechnik an Bord. Deutscher Schiffbau, Berlin 1913. – [2] C. Arldt, Elektrische Schiffsanlagen. Ebend., Berlin 1908. – [3] C. Schulthes, Gleiche Stromart und Spannung der elektrischen Anlagen an Bord von Schiffen. Jahrbuch d. Schiffbautechn. Gesellsch., Berlin 1905. – [4] Ders., Elektrisch angetriebene Propeller. Ebend., Berlin 1908. – [5] H.M. Hobart, The electric propulsion of ships. London 1911. – [6] Hele Shaw, Electric-hydraulic steering gegr. Engineering 1911, I, S. 516. – [7] The Hele Shaw rotary pump and motor. Ebend. 1912, I, S. 833. – [8] Klamroth, Leitfaden für den Unterricht in der Maschinenkunde. Berlin 1907. – [9] E. Bohnenstengel, Die Elektrizität auf den Dampfschiffen. Hannover 1907. – [10] Johs. J.E. Müller, Lehrbuch der Elektrotechnik mit besonderer Berücksichtigung der elektrischen Anlagen auf Schiffen. Braunschweig 1907. – [11] B.T. Walling und S. Martin, Electrical installations of the United States Navy. Annapolis 1907. – [12] Burstyn, Elektrotechnischer Unterricht und Anleitung zum Betriebe elektrischer Anlagen, insbesondere auf Kriegsschiffen. Wien 1906. – [13] J.W. Kellog, Uses of electricity on shipboard. London und New York 1906. – [14] H. Leblond, Les moteurs électriques à courant continu (Application des électromoteurs à bord des navires de guerre.) Paris 1906. – [15] K. Hohage, Kurzer Leitfaden der Elektrotechnik für Schiffsingenieure. Leipzig 1912. – [16] Die Elektrizität auf modernen Kriegsschiffen. »Nauticus« 1910.

T. Schwarz.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.