Die Antriebsanlage
Hohe Leistung, Robustheit und Wirtschaftlichkeit
Das Konzet einer Antriebsanlage eines Kriegsschiffes richtet sich nach seinem Einsatzprofil (welche Geschwindigkeiten werden anteilig wie lange gefahren). Für die Mehrzahl aller kriegsschiffarten ergibt sich gemeinsam die Forderung nach hoher Gechwindigkeitfür kürzere Zeit (Höchstfahrt) und mittlere Geschwindigkeit für längere Zeit (Marschfahrt). Da es unwirtschaftlich ist und zu betrieblichen Schwierigkeiten führt, eine für die maximale Geschwindigkeit ausgelegte Antriebsmaschine bei Teillasten im Dauerbetrieb einzusetzen, werden solche Schiffe - ob Dampf-, Diesel oder Gasturbinenanlage - mit kombinierten Antriebsanlagen ausgerüstet.Bis zum Zweiten Weltkrieg erhielten derartige Kriegsschiffe Dampfanlagen mit Haupt- und Marschturbinenanlage. Dabei wurde zusätzlich bei unseren Kreuzern noch ein dritter Antrieb in Form einer Dieselmotorenanlage mit geringer Leistung für besonders wirtschaftlichen Betrieb und damit hoher Reichweite eingebaut.
In der Welt nach dem Zweiten Weltkrieg hat sich der Dieselmotor durch ständige Weiterentwicklung und verbesserte Anpassung nach und nach ein größeres Feld erobert. Vor allem mittlere und mittelgroße Einheiten wurden ausschließlich mit einer modernen Hochleistungs-Dampfturbinenanlagen, wie sie für schnellere Schiffe benötigt wurde, konnte bei gleichen Standzeiten durch Dieselmotorenantrieb jedoch noch nicht erreicht werden. Um diese Lücke zu schließen, bot sich die Gasturbine (GT) an, wobei man sich den hohen Entwicklungsstand der Flugtriebwerke zu Nutzen machte und nasalisierte Ausführungen dieser Triebwerke entwickelte und einsetzte.
Während noch der erste Nachkriegs-Fregattenneubau mit schweren Gasturbinen als Hauptantrieb ausgerüstet war, erhielt die Fregatte 122 aus einem Flugtriebwerk entwickelte Gasturbinen. Während bei der Fregatte der Niederlande als Marschantrieb auch Gasturbinen eingesetzt sind, hat die deutsche Fregatte hier Dieselantrieb wie ihr Vorgänger.
Mit der Wahl dieser Hauptkomponenten war grob gesehen alles Weitere vorherbestimmt. Da die Gasturbine mit einer Leistung von 19 000 KW bei einer Zweiwellenanlage ausreichte, um die geforderte Dauerhöchstgeschwindigkeit zu erreichen, war ein Betrieb mit Zuschaltung der Diesel - wie bei den Fegten 120 - nicht erforderlich. Es wird entweder nur mit der Gasturbine oder nur mit der Dieselanlage gefahren (CODOG). Mit den Gasturbinen kann der gesamte Geschwindigkeitsbereich bestritten werden. Mit den Dieseln reichen die 2 x 3800 KW für den Bereich von 0 bis 20 kn; da der Kraftstoffverbrauch in diesem Bereich bei Dieselbetrieb fast um die Hälfte geringer ist als im GT-Betrieb, wird dieser untere Bereich, der ja die Marschfahrt einschließt, praktisch nur mit der Dieselanlage gefahren.
Die bestimmenden Daten für das Getriebe - berücksichtigt man noch, daß für Rückwärtsschub ein Verstellpropeller vorgesehen ist - sind damit auch vorgegeben. Für jeden Antriebsstrang ist die Untersetzung auf Wellendrehzahl und eine Schalt-Kupplung erforderlich. Die Untersetzungen übernehmen ein zweistufiger Sirnradsatz und ein Planetensatz. Bei GT-Betrieb sind Planetensatz und 2. Stirnradstufe im Kraftfluß, bei Dieselbetrieb ist nur der Stirnradsatz in Betrieb. Für beide Kupplungen werden sogenannte SSS (Self-Shafting-Sinclair)-Kupplungen vorgesehen. Im Prinzip sind dies Freilaufkupplungen. Sie wurden in England für den besonderen Einsatz in derartigen kombinierten Antriebsanlagen entwickelt und weisen inzwischen eine hohe Funktionssicherheit auf.
Der praktische Betrieb sieht damit folgendermaßen aus: Die jeweils mit hoher Drehzahl laufende Antriebsmaschine kuppelt ein, die andere kuppelt aus und kann dann abgestellt werden. Um einen Leerlaufbetrieb zu gewährleisten, ist die SSS-Kupplung im GT-Strangmit einer Sperre gegen Einrücken versehen. Zwischen Diesel und Getriebe befindet sich eine entleerbare Flüsigkeitskupplung. Sie erleichtert auch das Anfahren aus dem Stand und verhindert Drehschwingungen. Das Getriebe ist mit einer Drehvorrichtung und einer Blockiereinrichtung für die Welle ausgestattet. Das Drucklager ist im Wellenstrang in optimaler Lage angeordnet.
Die bestimmenden Daten für das Getriebe - berücksichtigt man noch, daß für Rückwärtsschub ein Verstellpropeller vorgesehen ist - sind damit auch vorgegeben. Für jeden Antriebsstrang ist die Untersetzung auf Wellendrehzahl und eine Schalt-Kupplung erforderlich. Die Untersetzungen übernehmen ein zweistufiger Sirnradsatz und ein Planetensatz. Bei GT-Betrieb sind Planetensatz und 2. Stirnradstufe im Kraftfluß, bei Dieselbetrieb ist nur der Stirnradsatz in Betrieb. Für beide Kupplungen werden sogenannte SSS (Self-Shafting-Sinclair)-Kupplungen vorgesehen. Im Prinzip sind dies Freilaufkupplungen. Sie wurden in England für den besonderen Einsatz in derartigen kombinierten Antriebsanlagen entwickelt und weisen inzwischen eine hohe Funktionssicherheit auf.
Der praktische Betrieb sieht damit folgendermaßen aus: Die jeweils mit hoher Drehzahl laufende Antriebsmaschine kuppelt ein, die andere kuppelt aus und kann dann abgestellt werden. Um einen Leerlaufbetrieb zu gewährleisten, ist die SSS-Kupplung im GT-Strangmit einer Sperre gegen Einrücken versehen. Zwischen Diesel und Getriebe befindet sich eine entleerbare Flüsigkeitskupplung. Sie erleichtert auch das Anfahren aus dem Stand und verhindert Drehschwingungen. Das Getriebe ist mit einer Drehvorrichtung und einer Blockiereinrichtung für die Welle ausgestattet. Das Drucklager ist im Wellenstrang in optimaler Lage angeordnet.
Soweit die Grundkonzepte dieser Antriebsanlage. Auf die Technik der einzelnen Komponenten soll hier nicht näher eingegangen werden Sie entspricht dem neuesten Leistungsstandard, stellt allerdings in diesem Feld Spitzenprodukte dar, jedoch wiederum keine Sonderkonstruktionen. So ist z.B. die GT allein bei der US_Navy mit 300 Exemplaren im Einsatz. Vom Dieselmotor gleichen Typs ist eine große Zahl im In- und Ausland im Einsatz. Im folgenden die Beschreibung der weiteren Komponenten.
Die Propellerwelle ist mit einem Durchmesser von 415 bis 450 mm ist 47m lang. Sie ist 5 mal gelagert. Die Welle ist hohl gebohrt und trägt innen konzentrisch ineinander gesteckte Rohre für die ölhydraulische Steuerung des Verstellpropellers.
Zur Bedienung und Überwachung sind eingerichtet: Der Schiffstechniche Leitstand zum Fahren und Überwachen der gesamten Anlage, das Fahrpult Brücke zum Fahren in den Hauptfunktionen, die Hilfsfahrstände zur dezentralen Bedienung bei Ausfall der Fernübertragung. Die Steuerung der Hauptanlage ist soweit automatisiert, daß alle Fahrstufen kontinuierlich mit einem Hebel eingestellt werden können. Die Antriebsart wird durch Knopfdruckvorgewählt. Überwacht werden alle Haupt- und Hilfsfunktionen durch eine Meßwerterfassungsanlage. Unzulässige Betriebswertewerden durch rote Warnleuchten angezeigt. Sie sind der besserenÜbersichtlichkeit wegen in einem Blindschaltbild angeordnet. Die Hauptbetriebsdaten können durch Analoganzeigen ständig verfolgt werden. Digitale Anzeige und Speichermöglichkeit für alle Betriebsdaten ist vorhanden. Daneben sind noch Betriebsablauf-Anzeigetableaus für Strat-, Stop und Notstop und Sonderfunktionen vorhanden.
Berücksichtigt wurde von Anfang an die Erfüllung der an die Geräuschabstrahlung zu stellenden Forderungen. Die Maßnahmen an allen Komponenten wurden aufeinander abgestimmt.
Während die Gasturbinen einfach-elastisch aufgestellt wurden, erhielten die Diesel eine doppelt-elastische Lagerung. Dabei sind die Zwischenrahmen beider Diesel starr miteinander verbunden, um die Wirkung zu erhöhen. Gasturbinen und Diesel sind mit einer allseitig geschlossenen Schallkapsel umgeben, um auch den Luftschall zu erfassen. Das Getriebe ist hartelastisch gelagert. Die Verzahnung aller Eingriffe ist mit so hoher Qualität hergestellt, daß hier diese akustisch weniger wirksame Lagerung ausreichte, wodurch es andererseits möglich war, die Propellerwelle starr anzuschließen. Besondere Aufmerksamkeit wurde einer geräuscharmen Propellerausführung gewidmet. Bereits in einem frühen Stadium des Entstehungsganges wurde mit Modellversuchen begonnen, wobei die eigenen Erfahrungen und die befreundeter Marinen mit berücksichtigt wurden. Selbst bei hohen Fahrstufen sind Erschütterungen und Vibrationen im hinterschiff weit geringer als bei bisherigen vergleichbaren Schiffen.
Die Propellerwelle ist mit einem Durchmesser von 415 bis 450 mm ist 47m lang. Sie ist 5 mal gelagert. Die Welle ist hohl gebohrt und trägt innen konzentrisch ineinander gesteckte Rohre für die ölhydraulische Steuerung des Verstellpropellers.
Zur Bedienung und Überwachung sind eingerichtet: Der Schiffstechniche Leitstand zum Fahren und Überwachen der gesamten Anlage, das Fahrpult Brücke zum Fahren in den Hauptfunktionen, die Hilfsfahrstände zur dezentralen Bedienung bei Ausfall der Fernübertragung. Die Steuerung der Hauptanlage ist soweit automatisiert, daß alle Fahrstufen kontinuierlich mit einem Hebel eingestellt werden können. Die Antriebsart wird durch Knopfdruckvorgewählt. Überwacht werden alle Haupt- und Hilfsfunktionen durch eine Meßwerterfassungsanlage. Unzulässige Betriebswertewerden durch rote Warnleuchten angezeigt. Sie sind der besserenÜbersichtlichkeit wegen in einem Blindschaltbild angeordnet. Die Hauptbetriebsdaten können durch Analoganzeigen ständig verfolgt werden. Digitale Anzeige und Speichermöglichkeit für alle Betriebsdaten ist vorhanden. Daneben sind noch Betriebsablauf-Anzeigetableaus für Strat-, Stop und Notstop und Sonderfunktionen vorhanden.
Berücksichtigt wurde von Anfang an die Erfüllung der an die Geräuschabstrahlung zu stellenden Forderungen. Die Maßnahmen an allen Komponenten wurden aufeinander abgestimmt.
Während die Gasturbinen einfach-elastisch aufgestellt wurden, erhielten die Diesel eine doppelt-elastische Lagerung. Dabei sind die Zwischenrahmen beider Diesel starr miteinander verbunden, um die Wirkung zu erhöhen. Gasturbinen und Diesel sind mit einer allseitig geschlossenen Schallkapsel umgeben, um auch den Luftschall zu erfassen. Das Getriebe ist hartelastisch gelagert. Die Verzahnung aller Eingriffe ist mit so hoher Qualität hergestellt, daß hier diese akustisch weniger wirksame Lagerung ausreichte, wodurch es andererseits möglich war, die Propellerwelle starr anzuschließen. Besondere Aufmerksamkeit wurde einer geräuscharmen Propellerausführung gewidmet. Bereits in einem frühen Stadium des Entstehungsganges wurde mit Modellversuchen begonnen, wobei die eigenen Erfahrungen und die befreundeter Marinen mit berücksichtigt wurden. Selbst bei hohen Fahrstufen sind Erschütterungen und Vibrationen im hinterschiff weit geringer als bei bisherigen vergleichbaren Schiffen.
Ein Beitrag von Baudirektor Dipl.-Ing. Peter Leffler