Schmautz, Markus

Strobl, Theodor

German

Hydraulic Engineering Repository

Article, Published VersionStrobl, Theodor; Schmautz, MarkusSteinschlaguntersuchungen zur Ermittlung vertikalerSicherheitsabstände in der SchifffahrtMitteilungsblatt der Bundesanstalt für WasserbauVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/102713Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Strobl, Theodor; Schmautz, Markus (1999): Steinschlaguntersuchungen zur Ermittlungvertikaler Sicherheitsabstände in der Schifffahrt. In: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt fürWasserbau 80. Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau. S. 39-44.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. 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Deutlich zu erkennen ist die star-ke Beschädigung der Schraube mit einem maximalenVerlust gegenüber der ursprünglichen Größe (SOLL) von33 mm.Im Rahmen der „Modellversuche zum Ansaugverhaltenvon Steinen“ in der Versuchsanstalt für Binnenschiffbauin Duisburg (VBD) und der „Naturversuche Sohldeck-werk“ wurde durch ein spezielles Mess- und Auswerte-verfahren eine Zuordnung der auf die Schiffsschraubeaufgetroffenen Kies- und Steinkörner zu definierten Korn-größenklassen ermöglicht. Unter Einbeziehung weite-rer Messdaten, wie Flottwassertiefe, Schiffsgeschwin-digkeit und eingesetzter Leistung, kann eine Aussagehinsichtlich des erforderlichen Sicherheitsabstandes ge-troffen werden (siehe Bild 2 zur Definition des Sicher-heitsabstandes).Mess- und AuswerteprinzipDie Auswertung und damit Einteilung der aufgetroffe-nen Körner beruht auf einer Vergleichsanalyse derdurch Kies- und Steinschlagereignisse induziertenSchwingungen der Struktur Schiffsschraube, Welle undLager.Der durch den Stoßprozess hervorgerufene Impulsein-trag führt zu einer Schwingungsantwort des Systems.Diese kann als Überlagerung einzelner Eigenschwingun-gen (mit bestimmten Eigenfrequenzen) interpretiert wer-den, deren Amplituden je nach aufgetroffener Korngrößeunterschiedliche Werte annehmen. Bei der Auswertungwerden die nachfolgend aufgelisteten Parameter derwährend einer Versuchsfahrt angeregten Schwingungenmit den Parametern von Referenzsignalen verglichen.Im Einzelnen sind dies: Größe des Energieeintrags beim Stoß (in Form derEnergiedichte), (siehe Bild 3) Abklingzeitkurve der Schwingung (siehe Bild 3) Frequenzsignatur der Schwingung (siehe Bild 4)Das Schwingungsverhalten der Welle wird über einenBeschleunigungsaufnehmer aufgezeichnet, der sichzwischen zwei Lagerblöcken zwischen Getriebe undPropeller befindet.KalibrierungGrundlage für die Auswertung sind sorgfältig durchge-führte Kalibrierungen, mit denen die Referenzsignaleerzeugt werden. Material definierter Größe und definier-ten Gewichtes wird bei bekannten Drehzahlen in denTunnel vor die Schraube gebracht. Die beim Auftreffender Körner auf die Schraube entstehenden Signale wer-den mittels des Messsystems aufgezeichnet und die-nen als Referenzwerte, die eine Zuordnung der aufge-troffenen Kies- und Steinkörner zu definierten Größen-klassen erlauben.Sowohl bei den Modell- als auch bei den Naturversuchenwurden spezielle Kalibriervorrichtungen an die Versuchs-schiffe angebracht, die eine kontrollierte Zugabe von Kör-ner gewährleisten (siehe Bilder 5 und 6).Steinschlaguntersuchungenzur Ermittlung vertikaler Sicherheitsabstände in der SchifffahrtUNIV.-PROF. DR.-ING. THEODOR STROBL; DIPL.-ING. MARKUS SCHMAUTZLEHRSTUHL UND VERSUCHSANSTALT FÜR WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT,TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHENBild 2: Definition des SicherheitsabstandesBild 1: Schraube des Versuchsschiffes MS Main nachden Versuchsfahrten40 Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 80 (1999)Strobl/Schmautz:  Steinschlaguntersuchungen zur ...Bild 4: Frequenzsignatur eines Kornes der Korngröße IVBild 3: Energiedichteaufzeichnung mehrerer verschieden großer Kies- und Steinkörner mit Abklingzeitkurve einesSchlagereignisses (starke zeitliche Streckung der Zeitachse)Bild 6: Konstruktion zur Kalibrierung an der MS MainBild 5: Konstruktion zur Kalibrierung an der Mon DesirMitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 80 (1999) 41Strobl/Schmautz:  Steinschlaguntersuchungen zur ...Trefferquote = [%] 100er/Steinkörn-Kiesn zugegebeneder  Anzahler/Steinkörn-Kiesten registrier n,getroffene Schraubeder der von Anzahl⋅Auf Basis der Kalibrierdaten wurde eine Auswertung hin-sichtlich der Trefferhäufigkeiten der beim „NaturversuchSohldeckwerk“ eingesetzten Schiffe MS Main (Ein-schrauber) und Mon Desir (Zweischrauber) durchgeführt(siehe Bild 7).Als „Trefferquote“ wird dabei bezeichnet:Die Trefferquoten nehmen mit der Kies- bzw. Steinmasseund der Schraubendrehzahl zu und liegen bei der MSMain deutlich höher als bei der Mon Desir.ModellversucheIn den Modellversuchen wurde die in Tabelle 1 darge-stellte Bandbreite an fahrdynamischen Parametern  un-tersucht. Dabei konnten erste Erkenntnisse über dieerforderlichen Sicherheitsabstände gewonnen werden,die Eingang in die Planung der Naturversuche fanden.Als kritische Fahrmanöver stellten sich die Stoppfahrtengefolgt von den Bergfahrten bzw. den Trossenzugfahrten(Anfahrbedingungen) heraus. Der geringste Sohlabstandwird bei den Talfahrten benötigt.NaturversucheZur Einteilung des Sohlmaterials wurden vom Arbeits-team FAHRDYNAMIK sechs Korngrößenklassen defi-niert ohne eine Unterscheidung zwischen Deckwerks-material und natürlichem Flusskies vorzunehmen (sie-he Tabelle 2 und Bild 8).Bei den Naturversuchen wurden sowohl Fahrten überder natürlichen Kiessohle (sog. Nebenfahrrinne) als auchüber der Deckwerksstrecke, wahlweise als GMS, Spar-gel- oder Koppelverband, durchgeführt (siehe Tabelle3). Der Bereich der von den Versuchsfahrten erfasstenKorndurchmesser des Sohlmaterials reicht damit vonkleiner als 20 mm bis zu 200 mm.Bild 7: Kalibrierungen an MS Main und Mon Desir, Trefferstatistik* Definition der Korngrößenklassen nach Tabelle 242 Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 80 (1999)Strobl/Schmautz:  Steinschlaguntersuchungen zur ...GMS(Einschrauber)GMS(Zweischrauber)Koppelverband(Zweischrauber)NW MW NW MW NW MWBergfahrt x x x xEbene Talfahrt x x x xSohle Trossenzugversuche x x xStoppen x x xBergfahrt x xUnebene Talfahrt x xSohle Trossenzugversuche xStoppen xTabelle 1: Zusammenstellung der im Modell durchgeführten FahrenKlasse Bezeichnung Korndurchmesser[mm]I Kieskorn d ≤  20II Kieskorn 20 < d ≤ 50III Kieskorn/Steinkorn 50 < d ≤  75IV Steinkorn 75 < d ≤  100V Steinkorn 100 < d ≤  150VI Steinkorn d > 150Tabelle 2: Einteilung in Korngrößenklassen für Kiessohle und Deckwerk(Bezeichnung in Anlehnung an DIN 4022)MS Main(Einschrauber)Mon Desir(Zweischrauber)Deckwerk Nebenfahrrinne Deckwerk NebenfahrrinneWarten x x x xAnfahren x x x xÜberfahrt zu Berg x x x xÜberfahrt zu Tal xMulde zu Berg x xMulde zu Tal xStoppen xTabelle 3: Zusammenstellung der in den Naturversuchen durchgeführten Fahrten mit SteinschlagmessungenMitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 80 (1999) 43Strobl/Schmautz:  Steinschlaguntersuchungen zur ...ErgebnisseFolgende Erkenntnisse lassen sich qualitativ formulie-ren: Das Ansaugen von Kies- und Steinkörnern ist vomvorhandenen Schiffstyp abhängig. Die Anzahl derSchrauben, die Schiffs- und speziell die Tunnel-geometrie beeinflussen das Ansaugverhalten stark.Sowohl bei den Kalibrierversuchen als auch bei denNaturversuchen wurden bei dem Zweischrauber MonDesir wesentlich weniger Steinschlagereignisse fest-gestellt als bei dem Einschrauber MS Main. EineBegründung für das unterschiedliche Ansaugverhal-ten bei den Versuchsfahrten kann anhand der Bilder5 und 6 gegeben werden. Während die Schiffsgeo-metrie der Mon Desir in der Hauptsache ein seitli-ches Ansaugen des Wassers bewirkt, wird durch die„Schürze“ im Tunnelbereich der MS Main ein Groß-teil des Wassers von unten zur Schraube bewegt undsomit ein Ansaugen von Körnern begünstigt.Bild 8: Korngrößenklassen IV und VI, exemplarisch Mit Steigerung der eingesetzten Leistung bzw. beigeringerer Überfahrgeschwindigkeit nimmt die An-saugtendenz zu.Unter Einbeziehung der bei allen Fahrten gemessenenFlottwassertiefen wurde der erforderliche Sicherheits-abstand zur Vermeidung des Ansaugens von Sohlmate-rial der Körnung 50/200 mm zu 80 - 100 cm ermittelt.44 Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 80 (1999)Strobl/Schmautz:  Steinschlaguntersuchungen zur ...

Steinschlaguntersuchungen zur Ermittlung vertikaler Sicherheitsabstände in der Schifffahrt

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/102713/1/mb_80_strobl.pdf

Steinschlaguntersuchungen zur Ermittlung vertikaler Sicherheitsabstände in der Schifffahrt

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