Die Messgröße ist enorm wichtig für die Optimierung eines Schiffsantriebs 1

Dazu braucht es Drehmomentmesstechnik – Präzisionstechnik wohlgemerkt.

Die erste Bootsform, der Einbaum, wurde noch mit Muskelkraft betrieben. Das war sehr umweltfreundlich. Die nächste Stufe war das Segel, das mit der Kraft des Windes Schiffe über die Weltmeere führte. Erst die Entwicklung der Dampfmaschine machte die Schifffahrt unabhängig von den Launen des Windes. Andererseits gehört der Schiffsverkehr zu den größten Umweltverschmutzern auf unserer Erde. Die 15 größten Frachter der Welt produzieren Experten zufolge jährlich so viel Schwefel-Abgase wie 800 Millionen Autos.

Hier kommt nun die Drehmomentmesstechnik ins Spiel. Um`s an der Stelle verständlich zu machen: Das Drehmoment ist zusammen mit der Drehzahl eine der entscheidenden Größe bei der Effizienzsteigerung von rotierenden Maschinen – das trifft insbesondere auf Verbrennungsmotoren zu. Effizienzsteigerung steht nicht nur für Umweltschutz, sondern reduziert die Betriebskosten erheblich. In der Automobilindustrie ist die CO2-Reduzierung die entscheidende Motivation der Konstrukteure und Entwickler für vielerlei Aktivitäten. Doch gilt: keine Emissionsreduzierung ohne Drehmomentmesstechnik. Diese Erfahrung ist auch auf die Schiffsindustrie übertragbar.

Ausgangsleistung als Maßstab

Effektive Schiffsantriebe fordern niedrigen Verbrauch, geringe Abgaswerte und eine an die Fahrsituation angepasste Ausgangsleistung. Hierfür muss die Ausgangsleistung so exakt wie möglich erfasst werden. Dies gilt auch für Lastverteilung über mehrere Antriebsstränge und bei veränderlichen Lastvorgängen.

Um die Leistung einer Maschine exakt zu bestimmen, eignet sich ein Drehmomentaufnehmer, der zwischen Antrieb und Maschine direkt in den Antriebsstrang integriert ist. Der Zusammenhang zwischen Drehmoment, Drehzahl und Leistung ist physikalisch gegeben. Bekannt ist: Die Leistung eines rotierenden Körpers ergibt sich aus dem Produkt von Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit. Durch weitere Schritte erhält man die Beziehung für die zu messende Größe Drehmoment.

Bei Schiffen denkt man in erster Linie an große Schiffsschrauben, dicke Wellen und langsam drehende Antriebe. Dies resultiert aus der durch die Schiffsschraube begrenzten Drehzahl. Die daraus resultierenden Drehmomente sind bei gleicher Leistung entsprechend groß, auch wenn ein Getriebe die Drehzahl heraufsetzt und somit das Drehmoment verringert. Speziell in der Schifffahrt ist das Hauptaugenmerk bei den Schiffsantrieben auf kleinen Drehzahlen und hohen bis sehr hohe Drehmomenten zu richten.

Die zu messenden Drehmomente reichen oft vom Kilonewtonmeter- bis in den Meganewtonmeter-Bereich. Für solche Aufgaben bietet der Messtechnikspezialist HBM beispielsweise den Drehmoment-Messflansch vom Typ T10FH an. Diese werden serienmäßig mit Nenndrehmomenten bis zu 300 kNm gebaut. Kundenspezifisch werden auch größere Aufnehmer bis 1,5 MNm in rotierender und nichtrotierender Ausführung geliefert.

Bei der Drehmomentmessung eignen sich mehrere Verfahren. Für hochgenaue Messungen zur Wirkungsgradverbesserung haben sich Drehmometaufnehmer oder aber direkte Dehnungsmessstreifen-Apllikationen durchgesetzt. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile. Generell gilt aber: Drehmomentaufnehmer sind genauer und einfacher auf nationale Normale zurückzuführen, greifen aber in die Mechanik ein. Hier ist die kurze Bauart der HBM-Drehmoment-Messflansche von großem Vorteil. Applikationen erfolgen direkt auf dem entsprechenden Maschinenelement, bieten jedoch eine geringere Messgenauigkeit und sind nur mit erheblichem Aufwand zu kalibrieren.

Resümee: Die weltweit geltende sogenannte Marpol-Convention schreibt vor, die Grenzwerte für den Stickoxid- und Schwefeloxidausstoß bis 2016 schrittweise zu senken. Für diese Reduzierung und damit einen umweltschonenden Betrieb ist die genaue Kenntnis der Leistung des Antriebs während des Betriebes erforderlich. Damit wird das Drehmoment zur wichtigsten Messgröße bei der Optimierung des gesamten Schiffsantriebes.

Autor Rainer Schicker, Hottinger Baldwin Messtechnik, www.hbm.com/de

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Drehmoment-Messflansch T10FH in rotierender Ausführung.