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antriebstechnik 8/2018

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ANTRIEBSTECHNIK FÜR

ANTRIEBSTECHNIK FÜR SCHIFFE UND MARITIME ANWENDUNGEN I SPECIAL Schiffsgetriebe ahoi! Schneckenradsatz macht Ruderpropeller für Binnen- und Seeschifffahrt tauglich Eine Schifffahrt ist nur solange lustig, wie auch Knoten gemacht werden. Dem Stillstand vorbeugend achtet der Hamburger Hersteller für Manövriertechnik Jastram bei seinen Ruderpropellern und Querstrahlern auf Manövrier fähigkeit wie auf den Wirkungsgrad des Antriebes. Dazu passt die Geschichte von Jastram mit ZAE, wie es gelungen ist, den Ruderpropeller gemäß den Klassifizierungsanforderungen sowohl für Binnengewässer als auch für die offene See zu konstruieren. Damit Schlepper, Fährschiffe und Boote zuverlässig in welche See auch immer stechen können. Dipl.-Ing. (FH) Gerrit Goosmann ist im Verkauf bei der ZAE- Antriebssysteme GmbH & Co KG in Hamburg tätig Was wäre der Handel ohne See- und Binnenschifffahrt? Große Seehäfen wie Hamburg, Bremerhaven und der Jade-Weser- Port sind Türöffner für den weltweiten Handel. Mit Rhein, Elbe und Donau nutzt Deutschland wichtige Wasserstraßen Europas. Aber eine Seefahrt hört auf, lustig zu sein, wenn der Antrieb eines Schiffes ausfällt und dieses manövrierunfähig wird. Damit gelten für den Manövrier- oder Schiffsantrieb extrem hohe Anforderungen an Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit. Als Hersteller von Schiffsantrieben und -steuerungen hat Jastram im Jahr 2011 begonnen, mit ZAE Antriebssysteme einen Schneckenradsatz für das Drehwerk eines Ruderpropellers neu zu entwickeln. Resultierend aus dem partnerschaftlichen Engineering beider Unternehmen und deren Erfahrungen bezüglich der Normenwelten und Antriebsauslegung stand die Herausforderung an, Drehwerksgetriebe für Ruderpropeller so zu konzipieren, dass damit sowohl Binnen- als auch Seeschifffahrt gewährleistet ist. Absolute Vorgabe sind dabei die DNV-GL Klassifikationsanforderungen, deren Erfüllung eine Bedingung für den Einsatz des Jastram Ruderpropellers mit ZAE-Radsätzen in der Schifffahrt ist. Maritime Kooperation ohne Grenzen Angefangen hat es damit, dass Jastram Unterstützung bei ZAE bzgl. der detaillierten Spezifikationen eines Schneckenradsatzes gesucht hat. Das Treffen von maritimer Erfahrung mit industrieller Getriebe- und Antriebskompetenz ergab bereits wichtige Erkenntnisse für die generelle Auslegung des Schneckenradsatzes. Die Leistungsberechnung wurde optimiert und Detailkonstruktionen wie z. B. die Adaption des Drehgebers an der Schneckenwelle diskutiert, der die Position/Ausrichtung des Ruderpropellers definiert. Entscheidend waren die fundierten Erfahrungswerte der ZAE bei der Werkstoffauswahl des Schneckenrades, bezüglich des unterschiedlichen Verschleißverhaltens von Nickel-Bronze und Aluminium-Mehrstoffbronze und Sphäroguss. Hausinterne Versuche auf ZAE-eigenen Prüfständen mit unterschiedlichen Materialien und deren Verhalten mit vorherrschenden Rahmenbedingungen wie Schmierung, Drehmoment, Gleitgeschwindigkeit und Einschaltdauer ergaben letztendlich den Zuschlag für Nickel- Bronze als Werkstoff. Mit einem Tragbildberechnungsprogramm wurde zudem eine Berechnung für verschiedene Fräserverzahnungen durchgeführt, um Veränderungen in der Größe und Lage des Tragebildes bei verschiedenen Werkzeugdurchmessern bewerten zu können. Ergebnis war eine Vergrößerung des Fräsers, um dem Tragbild bei dem geforderten axialen Verschiebeweg Rechnung zu tragen. Der ersten Auslieferung der Radsätze stand damals nichts mehr im Wege. Die Dokumentation der Qualität erfolgte gemäß des im allge- 38 antriebstechnik 8/2018

SPECIAL I ANTRIEBSTECHNIK FÜR SCHIFFE UND MARITIME ANWENDUNGEN 01 Gondel mit Düsenund freiem Propeller 02 Werkstoffauswahl Schneckenradkranz meinen Maschinenbau üblichen und für die Binnenschifffahrt ausreichenden Abnahmeprüfzeugnisses 3.1 gemäß DIN EN 10.204 – inklusive Ist-Maße der Radsätze, Härteprüfzeugnisse der Schneckenwellen sowie die Materialprüfzeugnisse der Ausgangswerkstoffe. Unterschiedliche Klassenzulassungen Anders verhielt es sich, als Jastram 2016 eine Klassenabnahme der Ruderpropeller auch für die offene See anstrebte. Zunächst konnte ein Projekt kurzfristig bedient werden, indem eine nachträgliche Abnahme eines bereits gelieferten Radsatzes erfolgte. Hierzu wurden Materialprüfungen durch die Klassifikationsgesellschaft DNV an einem lagerseitig vorhandenen Radsatz aus derselben Charge durchgeführt. Offen war noch die Klärung mit der Norwegischen Klassifikationsgesellschaft zum Wirkungsgrad des Schneckenantriebes für den Ruderpropeller. Laut Vorschrift bestehen zur Vermeidung von Stick-Slip-Effekten spezielle Anforderungen an den Wirkungsgrad von Drehwerksgetrieben für den Ruderantrieb auch bei hohen Übersetzungen. Als Maßnahme wurde der Radsatz mit dem verwendeten Getriebeöl ISO VG 150 und der maximalen Eingangsdrehzahl für Volllast als auch für den im normalen Fahrbetrieb unter Teillast nachgerechnet. Damit waren für das erste Projekt alle Erfordernisse für eine Seeschiffzulassung erfüllt. Doch grundsätzlich galt es, in Zusammenarbeit mit den Klassifizierungsgesellschaften, die Zulassung des Schneckenradsatzes auch für die Seeschifffahrt zu erlangen. Für ZAE bedeutete dies vor allem die eigene Zertifizierung für die notwendige Umstempelgenehmigung gemäß den Statuten der Klassifikationsgesellschaft DNV-GL zu erhalten. Somit wird gewährleistet, dass ein zertifiziertes Ausgangsmaterial zu qualitativ hochwertigen Schneckenradsätzen verarbeitet werden kann, ohne dass die Zertifizierung entlang der Prozesskette verloren geht. Nach erfolgreichem Abschluss des Audits wurde ZAE 2017 die Umstempelgenehmigung erteilt und die Hamburger im Zuge dessen auf dem „approval finder“ des DNVGL gelistet. Nachdem neue – ebenfalls zertifizierte – Lieferanten für die Ausgangswerkstoffe und beteiligte Unternehmen wie die Härterei erschlossen wurden, waren somit alle Norm-Voraussetzungen erfüllt. Die Fertigung, Prüfung, Dokumentation sowie Abnahme der Schneckenradsätze gemäß DNV-GL Klassifikationsanforderungen konnte starten, sodass ein Einsatz des Jastram Ruderpropellers mit ZAE-Radsätzen auch in der Seeschifffahrt gewährleistet ist. Branchenübergreifende Kompetenz Betrachtet man die Synergie aus der Zusammenarbeit von Jastram mit ZAE, so profitieren beide von den jeweiligen Kompetenzfeldern. Während Jastram 03 Drehwerksantrieb Ruderpropeller einen Partner gefunden hat, der fundiertes, technisches Wissen in der Antriebstechnik aufweist und zudem neuen Herausforderungen aufgeschlossen ist, hat die ZAE ihr Anwendungsfeld in die maritime Richtung ausweiten können. Die Tatsache, als Reflexion des Projekts nun DNV-GL gelistet zu sein, verleiht der ZAE mehr Tiefgang in dieser Branche. Bisher wurden diverse Antriebslösungen für unterschiedlichste Anwendungen im maritimen Bereich entwickelt und geliefert, z. B. für Antriebe für die elektromechanische Betätigung von Schotten, Bühnentechnik für Kreuzfahrtschiffe, Getriebemotoren als Turnantrieb an Großdieselaggregaten sowie Fischfiletieranlagen für Fischkutter, und redundante Leuchtturmantriebe. Als Projektierungspartner hat die ZAE den Fokus, fundierte Erfahrungen im Getriebebau bei Auslegung und Ausführung zum Vorteil des Kunden einzubringen. Flankiert von den Aspekten der Energieeffizienz und Ressourcenschonung sind im gesamten Antriebsstrang viele Faktoren zu beachten, die die Antriebslösung beeinflussen. Darüber hinaus helfen branchenübergreifende Systemlösungen bei der Erfüllung von Anforderungen, wie z. B. Druckausgleichsmembranen für notwendige Entlüftungen von schnelllaufenden, kompakten Getrieben aller Art. Die Sicherheit gegen Ölaustritte war anfangs für eine medizintechnische Applikation gestaltet worden und ist heute eine patentierte Technologie für schnelllaufende Servoachsen in diversen Industriebranchen, die spezielle Anforderungen an eine saubere und ölfreie Umgebung vorschreiben. Insgesamt profitiert Jastram von der Getriebewelt, die ZAE im Detail kennt. Ausschlaggebend ist das gegenseitige Verständnis von Systemanbietern mit dem Entwicklungspartner, die offenen Potenziale im Antriebsstrang zu heben – angefangen bei den Werkstoffen, weiter über die Tragfähigkeit der Flanken bis hin zu den notwendigen Normen und Prüfprozessen, die man auf der Fahrt des Ruderpropellers vom Fluss bis ins Meer durchschwimmen muss. Fotos: Aufmacher: Pixabay; sonst.: ZAE www.zae.de „Wir haben fundiertes Wissen erarbeitet“ Die partnerschaftliche Entwicklung des Drehwerkantriebs für den Ruderpropeller zusammen mit Jastram war insbesondere aufgrund des zwischenmenschlichen Wirkens von beiden Seiten sehr effizient. Besonders erfreulich ist, dass bei der Beratung auf Expertenwissen bzgl. des Verschleißverhaltens und der Lastfähigkeit unterschiedlicher Schneckenradmaterialien zurückgegriffen werden konnte, welches wir auf unseren hausinternen Prüfständen erarbeitet haben. Darüber hinaus haben wir fundiertes Wissen in Bezug auf die Anforderungen von Klassifikationsgesellschaften erarbeitet, deren Ergebnisse sich auch in neue Projekte einbringen lassen. Dipl.-Ing. (FH) Gerrit Goosmann antriebstechnik 8/2018 39

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