Elektrotechnik auf Handelsschiffen

491 Pages·1956·18.621 MB·German

by  Hans-Joachim Kosack, Albert Wangerin (auth.)

Elel(trotechnik
auf Handelsschiffen
Von
Hans-J oachim Kosack und Albert Wangerin
. Dipl.-Ing., Oberingenieur Dipl.-Ing., Lehr'beauftragter
der Siemens-Schuckertwt'rke A.G. für Schiffselektroteehnik
Erlangen Technische Hochschule Hannover
Mit 457 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin/Göttingen/Heidelberg
1956
ISBN 978-3-642-52956-6 ISBN 978-3-642-52955-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52955-9
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@ by Springer-Verlag ORG_, Berlin/Göttingen/Reldelberg 1966
Softcover reprint ofthe hardcover let edition 1966
Vorwort
An Büchern, die das Gebiet der Schiffselektrotechnik zusammen
fassend behandeln, ist die Fachliteratur der Welt nicht reich. Die Ver
fasser sind deswegen der Meinung, daß eine ausführliche Behandlung
dieses Themas einem Bedürfnis der Praxis entspricht.
Das vorliegende Buch wendet sich insbesondere an die Ingenieure
der Werften und Reedereien, denen die Besonderheiten und die An
wendungsmöglichkeiten der Schiffselektrotechnik für den Entwurf voll
ständiger Anlagen und die Beurteilung einzelner Bauelemente aufgezeigt
werden sollen. Ebenso soll das Buch dem Ingenieur an Bord zum Selbst
studium dienen und ihm bei der stark im Fluß befindlichen Entwick
lung der Schiffselektrotechnik das Einarbeiten in die verschiedenen neu
artigen Lösungen erleichtern. Schließlich soll auch den Lehrern und den
Studierenden dieses Fachgebietes an Hoch- und Fachschulen ein Leit
faden für die Bearbeitung des Stoffes in die Hand gegeben werden.
Mit der Behandlung des Themas ergibt sich zwangsläufig der Nach
weis, daß die Schiffselektrotechnik ein Gebiet ist, dessen Beherrschung
neben einem gründlichen elektrotechnischen Allgemeinwissen besondere
Spezialkenntnisse verlangt. Damit wird der leider weitverbreiteten Auf
fassung entgegengetreten, daß auch Ingenieure anderer Fachrichtungen
die Belange der Schiffselektrotechnik gewissermaßen "nebenbei" ver
treten können.
Der Aufbau des Buches ist dem Bedürfnis des an den Anwendungen
der Schiffselektrotechnik interessierten Ingenieurs angepaßt. Es ist da
her von einer mathematischen bzw. formelmäßigen Behandlung des
Gebietes abgesehen. Die Verfasser beschränkten sich bewußt auf die
Elektrotechnik auf Handelsschiffen; Kriegsschiffstechnik ist nicht be
handelt. Ebenso wurden Funk- und Radareinrichtungen nicht be
schrieben, da sie in das Spezialgebiet der Hochfrequenztechnik ge
hören.
Der Umfang des zu behandelnden Stoffes gebot den Verfassern
eine Auft eilung der Arbeit, wobei das Gebiet der Starkstromtechnik
im wesentlichen von dem linksgenannten und das der Schwachstrom
technik von dem rechtsgenannten Verfasser übernommen wurde. Es
wurde durch enge Zusammenarbeit jedoch angestrebt, eine einheitliche
Form der Darstellung zu finden.
IV Vorwort
Dem großen Kreis der Fachleute, allen Firmen und den Mitarbeitern
des Hauses Siemens, welche die Verfasser mit ihrem fachlichen Rat und
durch Überlassen von Unterlagen unterstützten, sei an dieser Stelle
herzlich gedankt, sowie auch Herrn Dipl.-Ing. HENRIK FEILeRE, der
bei der Sichtung des Materials und bei der Anfertigung der Zeichnungen
eine besondere Hilfe war. Für Anregungen zur weiteren Ausgestaltung
der behandelten Themen werden die Verfasser sehr dankbar sein.
Die Verfasser sind dem Springer-Verlag für die sorgfältige Bearbei
tung des Buches und das Eingehen auf zahlreiche Sonderwünsche zu
besonderem Dank verpflichtet.
Erlangen und Hamburg, im September 1956
H.-J. Kosaek und A. Wangerin
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Seite
A. Allgemeine Betriebserfordernisse auf Seeschiffen. 1
B. Bauüberwachung im Schiffbau 2
1. Staatsbehörden . . . . . . 2
2. Klassifikation . . . . . . 3
3. Fachverbände und Normenwesen . 5
I. Das allgemeine Bordnetz
A. Stromerzeugung . 6
1. Stromsysteme . . 6
2. Spannungen und Frequenzen 7
3. Leistung - Energie-Bilanz . 9
4. Generatoren . . . . . . . . 24
a) Elektrische Ausführung S. 24. - b) Konstruktive Gestaltung S. 43
5. Parallelbetrieb von Drehstromgeneratoren . 52
6. Parallelbetrieb von Gleichstromgeneratoren 57
7. Dreileiteranlagen für Gleichstrom 60
8. Wellengeneratoren . . . . . . . 61
B. Energiewandler und ·speicher . 64
1. Energiewandler . . . . . . . . . 64
a) Rotierende Umformer S. 64. - b) Transformatoren S. 66. - c) Strom·
richter S. 70
2. Energiespeicher 77
C. Kabel· und Leitungsnetz 84
1. Kabel ..... . 84
2. Leitungen . . . . . . 88
3. Verlegungssysteme . . 91
a) Gleichstromanlagen S. 91. - b) Drehstrom- und Wechselstrom
anlagen S. 94
4. Einbau des Kabel· und Leitungsnetzes im Schiff 95
5. Überwachung des Isolationszustandes 99
D. Schaltanlagen .......... . 103
1. Schaltgeräte und Schutzeinrichtungen 103
a) Isolierstoffe S.103. - b) Hebel·, Paket· und Trennschalter S. 105. -
c) Sicherungen und Leitungsschutzschalter S. 108. - d) Motorschalter
und Motorschutzschalter S. 109. - e) Leistungsschalter S. lU. -
f) Rückstrom· und Rückleistungsschutz S. 118. - g) Schütze und
Schützensteuerungen S. 120
2. Meßgeräte. . . . . . . . . . . . . . 123
VI Inhaltsverzeichnis
Seite
3. Netzgestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 124
a) Wahlschaltung S.124. - b) Parallelbetrieb der Generatoren -
Sicherheitsschaltungen S. 126. - c) Landanschluß S. 129. - d) Selek
tivität S. 130
4. Schalttafeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
a) Hauptschalttafeln S. 133. - b) Unterverteilungen S. 141
E. Motorische Verbraucher. . . . . . . . . . . . . . . . 143
1. Grundlagen elektrischer Antriebstechnik . . . . . . . . . 143
a) Anlaufverhältnisse und Anlaßverfahren S.143. - b) Betriebsverhalten
S. 151. - c) Bremsen und Umsteuern S. 154. - d) Verändern der Dreh-
zahl S.157
2. Konstruktive Gestaltung der Motoren . . . . . . . . . " . . . . 160
3. Antriebe und Steuerungen unter Deck .............. 164
a) Antriebe für Pumpen und Lüfter S. 164. - b) Hilfseinrichtungen für
die Hauptmaschinen S.175. - c) Kühlanlagen S.179. -d) Schiffsstabili·
sierung S. 181. - e) Schottenschließeinrichtungen S. 184
4. Antriebe und Steuerungen für Decksmaschinen .......... 185
a) Ankerwinden S. 185. - b) Verholspille S. 192. - c) Ladewinden
S 193. - d) Schwergutwinden S.213. - e) Bordkrane S. 216. -
f) Bootsheißeinrichtungen S. 221. - g) Fallreepswinden S. 222. -
h) Fischnetzwinden, Reepspille und Netzheber S.222. - i) Ruder
anlagen S. 226
F. Magnetische Eigenschutzanlagen 255
G. Beleuchtung . . . . . . . . . . . 257
1. Errichtung von Beleuchtungsanlagen 257
2. Lichttechnische Grundbegriffe . . . 260
3. Lampen. . . . . . . . . . . . . 261
a) Glühlampen S. 262. - b) Leuchtstofflampen S. 263. - c) Leuchtröhren
S. 267. - d) Quecksilberdampf-Hochdrucklampen S. 267. - e) Bogen
lampen S. 268
4. Leuchten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
a) Raumleuchten S.269. - b) Betriebs- und Decksleuchten S.270. -
c) Signallaternen S.272
5. Armaturen für Beleuchtungsanlagen 274
6. Scheinwerfer. . . . . . . . . . . 275
H. Elektrowärme . . . . . . . . . . 279
1. Raumheizung und Raumklimatisierung 279
2. Warmwasserversorgung 284
3. Kücheneinrichtungen 286
4. Ölerhitzer . . . . . 287
5. Frischwassererzeuger 289
11. Elektrische PropeUerantriebe
A. Allgemeine Grundlagen . 290
1. Ausführungsmöglichkeiten . 290
2. Leistungsbedarf . . 292
3. Überlastbedingungen 294
4. Umsteuern ... 296
5. Wirkungsgrad . . . 299
6. Raum, Gewicht, Trimmlage 300
7. Besonderheiten des elektrischen Propellerantriebes . 301
Inhaltsverzeichnis VII
Seite
B. Propellerantrie be mit Gleichstromübertragung . . . . . .. 302
1. Aufbau und Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . .. 302
a) Antriebe mit konstanter Spannung S. 302. - b) Antriebe mit LEONARD
Schaltung S. 304. - c) Antriebe mit Konstantstromschaltung S. 313. -
d) Elektrische Zusatzantriebe S.317
2. Generatoren und Propellermotoren . 319
3. Schalttafeln und Fahrstände . . . . 323
4. Kabel ............. 325
C. Propellerantrie be mit Drehstromübertragung 325
1. Aufbau und Wirkungsweise . . . . 325
2. Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
a) Turboelektrische Antriebe S.338. - b) Dieselelektrische Antriebe
S.340. - c) Versorgung der Bordnetzverbraucher aus dem Fahrnetz
S. 344. - d) Erregerschaltungen S. 348. - e) Anlagen mit Verstellpropeller
S. 351
3. Generatoren und Propellermotoren . . . . . 357
4. Fahrtrichtungs-, Brems- und Erregerschalter 361
5. Schalttafeln, Fahrstände . . . . . . . . . 365
6. Kabel. . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
D. Elektromagnetische Schlupfkupplungen 370
E. Propellerantrieb mit Atomenergie. . . . 376
111. I\leß- uud Anzeigeeinrichtungen ; Befehls- und Meldeanlagen
A. Fernübertragungssysteme 378
1. Drehmelder . . . . . . . . . . 3.78
2. Widerstandsferngeber . . . . . . 384
B. Meß- und Anzeigeeinrichtungen 386
1. Fahrtmeßanlagen. . . . . . . . 387
a) Messung der Geschwindigkeit S. 387. - b) Messung der Distanz S. 395
2. Tiefgangsmeßanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
3. Kreiselkompaßanlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
a) Allgemeine Grundlagen S. 400. - b) Zweikreiselkompasse S. 403. -
c) Einkreiselkompasse S.411
4. Echolotanlagen ...... 414
5. Elektrische Schiffsuhren 422
6. Wärmetechnische Meßgeräte. 424
a) Temperaturmessung S. 424. - b) Rauchgasprüfanlagen S. 431. -
c) Salzgehalt-Meßanlagen S. 438
C. Befehls- und Meldeanlagen 441
1. Maschinentelegrafen 441
2. Ruderlagezeiger 447
3. Umdrehungsfernzeiger 449
4. Fernsprechanlagen . . 45l
a) Batterielose Fernsprecher S. 451. - b) Wechselsprechanlagen S. 458
5. Feuermelde-Einrichtungen . 462
6. Schottendicht-Alarmanlagen 468
7. Lichtsignal·Rufanlagen 469
8. Kontakt-Alarmanlagen 470
Literaturverzeichnis . 473
Sachverzeichnis. . . 477
Verzeichnis der am häufigsten verwendeten Abkürzungen
ABS American Bureau of Shipping
Bb Backbord
BRT Bruttoregistertonne
BV Bureau Veritas
DES Diesel-Elektroschiff
FNS/E Fachnormenausschuß Schiffbau/Elektrotechnik
GL Germanischer Lloyd
HNA/E Handelsschiff -N ormenausschuß/Elektrotechnik
kn Knoten = Seemeilen/Stunde
LRS Lloyds Register of Shipping
MS Motorschiff
NV Norske Veritas
sm Seemeile
Stb Steuerbord
TES Turb o-Elektroschiff
TS Turbinenschiff
Abkürzungen von Firmennamen
AEG Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin - Frankfurt
AFA Accumulatoren-Fabrik A.G., Frankfurt
Anschütz Anschütz & Co. G.m.b.H., Kiel-Wik
Arkas Dansk Automatisk Ror-Kontrol AIS, Kopenhagen
ASEA Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras
Atlas Atlas-Werke A.G., Bremen
BBC Brown, Boveri & Cie A.G., Mannheim
Brown S. G. Brown Ltd., Watford
BTH The British Thomson-Houston Co. Ltd., Rugby, Warwickshire
Celvin & Hughs Celvin & Hughs Ltd., London
Chernikeeff The Submerged Log Co. Ltd., London
Conz Conz Electricitäts-Gesellschaft m.b.H., Hamburg-Bahrenfeld
Daimler-Bcnz Daimler-Benz A.G., Stuttgart-Untertürkheim
Dose Kar! Dose o.H.G., Hamburg-Altona
Elac Elac - Electroacustic G.m.b.H., Kiel
Elwa Elwa G.m.b.H., München
Fernsig Fernsprech- und Signal bau, Essen
General Elcctric International General Electric Company, Schenectady N.Y.
Hagenuk Hagenuk, vormals Neufeldt & Kuhnke G.m.b.H., Kiel
Hatlapa Uetersener Maschinenfabrik Hatlapa, Uetersen
H & B Hartmann & Braun A.G., Frankfurt
Hoppe Hans Hoppe, Hamburg-Fuhlsbüttel
v. Kaick A. van Kaick o.H.G., Frankfurt
Kampnagel Kampnagel, vormals Nagel & Kaemp, Hamburg
Laurence Scott Laurence, Scott & Elektromotors Ltd., Norwich
Metzenauer & Jung Metzenauer & Jung G.m.b.H., Wuppertal-Varresbeck
Verzeichnis der am häufigsten verwendeten Abkürzungen IX
NEL Ingeniörforretningen Atlas AIS, Oslo
NSW Nordseewerke Emden G.m.b.H., Emden
Plath C. Plath, Ham burg
Pleuger Pleuger Unterwasserpumpen G.m.b.H., Hamburg-Wandsbek
SAL Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner, Stockholm
Schärffe Schärffe & Co., Lübeck - Hamburg
Sckell Sckell - Feinmechanik, Ham burg
S&H Siemens & Halske A.G., Berlin - München
SSW Siemens-Schuckertwerke A.G., Berlin - Erlangen
Sperry Sperry Gyroscope Company Ltd., Brentford - New York
Still Hans Still A.G., Hamburg-Billstedt
Thrige Thomas B. Thrige, Odense
V&H Voigt & Haeffner A. G., Frankfurt
Voith J. M. Voith G.m.b.H., Heidenheim
Vossloh Vossloh-Werke G.m.b.H., Lüdenscheid
Westfalia Westfalia Separator A.G., Oelde/Westf.
Westinghouse Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, P.A.
Zeitschriften-Abkürzungen
AEG-Mitt. AEG-Mitteilungen
ETZ/A Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe A
ETZ/B Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe B
Jb. der STG Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft
Mar. Engng. Shipp. Marine Engineering and Shipping Review
Rev.
Mot. Ship The Motor Ship
Shipbuild. Shipp. Shipbuilding & Shipping Record
Rec.
Siemens-Z. Siemens-Zeitschrift
Technische Mittei- Technische Mitteilungen der Schweiz. Telegrafen-und Telefon-
lungen PTT verwaltung
Trans. AIEE Transactions oftheAmerican Institute of ElectricaI Engineers
Trans. Instn. Engrs. Transactions of the Institution of Engineers and Ship-
Shipb. ScotI. builders of Scotland
VDE-Fachber. VDE-Fachberichte
Werft Reed. Hafen Werft-Reederei-Hafen
Z. VDI Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure
Einleitung'
A. Allgemeine Betriebserfordernisse auf Seeschiffen
Die elektrischen Einrichtungen eines seegehenden Schiffes sind in
klimatischer und technologischer Hinsicht schwereren Betriebsbedin
gungen ausgesetzt als an Land. Während einer Reise des Schiffes können
Klimaunterschiede eintreten, die von großer Kälte - vor allem an
Deck - bis zu höchsten Temperaturen in den Tropen - vor allem in
den Maschinenräumen - reichen. Dazu kommt die Feuchtigkeit der
Seeluft, die durch ihren Salzgehalt besonders aggressiv sein kann. Die
relativen Feuchtigkeiten schwanken auf Deck zwischen 70 und 100%,
sie sind im Winter höher als im Sommer, geringer bei ruhiger See als
bei starkem Seegang. Unter Deck, in Maschinen-, Kessel- und Schiffs
räumen liegen die Verhältnisse meist günstiger. Die relative Feuchtig
keit bewegt sich dort in der Regel zwischen 40 und 70%, stellenweise
treten aber auch hier Werte bis zu 90% Luftfeuchtigkeit auf.
Der Gehalt der Luft an Seesalz beträgt nach Messungen in der Ost
see etwa 2-5 mg Salz je m3 Luft. Auch in Gewässern, die mehr Seesalz
enthalten, sind keine wesentlich größeren Salzmengen in der Luft vor
handen. Ausgesprochene Salzabscheidungen finden sich deswegen an
Bord kaum. Bei metallischen Teilen kann aber der Einfluß der Seeluft
ebenso zu Korrosionen führen wie direktes Einwirken von Seewasser
durch überkommende See usw. Auf die Wahl korrosionsfester Baustoffe,
z. B. Bronze, Messing, Silumin, muß deshalb besonderer Wert gelegt
werden. Bei Isolierstoffen kann die Seeluft ein Verziehen und Reißen
sowie eine Verminderung des Isoliervermögens bzw. eine Kriechweg
bildung zur Folge haben. Im allgemeinen gilt hier die Regel, daß die
betriebswarme elektrische Maschine besser geschützt ist als die still
stehende. - Wenn ungeeignete Farbstoffe zum Anstrich benutzt werden,
so kann Quellen oder Schimmelbildung auftreten.
In der Umgebung von Dieselmotoren kann ein verhältnismäßig
hoher Ölgehalt in der Luft sein, der unmittelbar über den Maschinen
etwa 3-20 mg Öl je m3 Luft beträgt. Niedrigere Werte finden sich im
Innern elektrischer Maschinen, da beim Einströmen der Kühlluft Öl an
Umlenkflächen, Abdeckungen, Sieben und Gittern abgeschieden wird.
Kosack/Wangerin, Elektrotechnik 1