Blattkettenantrieb

Entwicklung eines Blattkettenantriebs für Schubboote und andere Binnenschiffe

Trotz langjähriger Forschungsarbeit sind die Propellerantriebe von Binnenschiffen bei Fahrt auf extrem flachem Wasser sehr ineffizient. Die für Europa prognostizierten Klimaveränderungen lassen in naher Zukunft regelmäßige Trockenperioden mit extremen Niedrigwasserverhältnissen erwarten. Auf anderen unregulierten Flussläufen, wie z. B. der Elbe, treten Niedrigwasserperioden schon lange auf.

Deshalb wurde ein neuartiger Antrieb entwickelt, der auch in flachem Wasser effizient arbeitet. Abgeleitet vom Prinzip des Schaufelrades wurde der Blattkettenantrieb entwickelt: An einer Kette laufen Blätter entgegen der Fahrtrichtung durch das Wasser und außerhalb des Wassers wieder nach vorne zurück. Im Gegensatz zum Schaufelrad ist der Anteil der Längsbewegung der Blätter im Gesamtumlauf sehr viel größer. Durch das Verringern der Ein- und Austauchvorgänge der einzelnen Blätter können somit hydrodynamische Verluste verringert werden.

Die Entwicklung des Antriebs sollte nach ursprünglicher Planung durch numerische Methoden getragen werden. Der Vergleich von numerischen Strömungssimulationen mit Validierungsversuchen zeigte aber, dass die heute verfügbaren numerischen Verfahren nicht in der Lage sind, die komplexen Strömungsverhältnisse um die Blätter mit den dominierenden viskosen Effekten ausreichend genau zu berechnen.

Die geplanten numerischen Berechnungen mussten deshalb durch experimentelle Untersuchungen ersetzt werden. Diese wurden sehr aufwendig und erfolgreich durchgeführt und gaben einen detaillierten Einblick in die Strömungsverhältnisse. Ein erstes Ergebnis der Versuche ist ein Auslegungsverfahren, das es erlaubt, in wenigen Schritten eine Blattkette für ein spezifisches Schiff zu dimensionieren.

Im letzten Bearbeitungsschritt wurden Modellversuche mit einem Schubverband in unterschiedlichen Konfigurationen durchgeführt. Mit dem dazu gebauten Funktionsmodell eines Blattkettenantriebs konnte nachgewiesen werden, dass der Antrieb den erforderlichen Schub für einen ein- und zweispurigen Schubverband liefert. Das Stoppvermögen liegt deutlich über den Anforderungen der RheinSchUO. Das entwickelte Auslegungsverfahren für die Blattkette kam hierbei zum Einsatz und brachte genau die erwarteten Schubwerte.

Allerdings hatte das Funktionsmodell des Blattkettenantriebs einige mechanische Schwierigkeiten: Die Kette hatte eine sehr schwach gedämpfte Resonanzfrequenz, die genau im Arbeitsbereich lag. Außerdem war das Leermoment des Modellantriebs sehr hoch, so dass keine zuverlässige Aussage über die Antriebsleistung und damit über den Wirkungsgrad des Antriebs gemacht werden kann. Insofern wurde das Ziel des Forschungsvorhabens nicht vollständig erreicht.
Aufgrund der bisher erreichten positiven Ergebnisse und vorhandener Lösungsansätze für eine Verbesserung bzw. Neukonstruktion der Antriebsmechanik wird angestrebt die Forschung am Blattkettenantrieb fortzuführen.

Die Abschlussbericht können Sie hier herunterladen.

Das Forschungsvorhaben 16818 N wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) gefördert.

Ansprechpartner
Dr.-Ing. Rupert Henn
Tel: 0203 / 99369-33