Überschwerer Kreuzer

FAUN · 20 Oktober 2015, 17:10:10

Hallo Carsten,

ich gebe Dir recht. Vielleicht sollten die Moderatoren diesesn Motorteil in einen extra Threat verschieben?

Wenn man die geschichtliche Entwicklung der doppeltwirkenden 2-Takter an sieht, so wurden die ersten Versuche von Blohm & Voss zusammen mit MAN doch bereits vor dem 1. Weltkrieg gemacht. Zwar experimentierte man anfangs mit 4-Taktern, aber der komplizierte Aufbau ließ nichts gutes ahnen. Die Idee, den Motor doppeltwirkend, also auch die Kolbenunterseite zu benutzen hatte etwas, man verdoppelte die Leistung. Dieses war, neben der Forderung der Marine auch eine der Reeder. Die Motorenhersteller befanden sich auch in der Konkurenz der "Dampfmaschinenfraktion". Letztere vertraten eine Technik, die dem Höhepunkt ihrer Entwicklung entgegen ging.
Wenn ich an so manche Entwicklung denke, Gegenkolbenmotoren z.B. der Fa. Napier Deltic u.ä., waren die doppeltwirkenden 2-Takter noch einfache Konstruktionen. Man sollte auch sehen, daß die Leistung aus der Drehzahl und/oder dem Hubraum kommt. Baue ich den Motor kleiner, erhöht sich die Drehzahl, wird er größer kann ich sie absenken. Kleinere Motoren bauen auch leichter, brauchen aber nachgeschaltet ein Getriebe und evtl. eine Kupplung.
Nach dem 2. Weltkieg ging die Entwicklung eindeutig in Richtung Langsamläufer (2-Takter) oder Mittelschnelläufer (~500-500 U/min, 4-Takter). Der Einsatz von Turboladern nahm Fahrt auf, das Schweröl kam als Treibstoff, und die Schiffsgeschwindigkeiten der (zivilen) Schiffe stiegen. Die Motoren wurden größer und schwerer, dadurch aber auch wartungsärmer. Nebenbei kostete das Schweröl "fast njchts". So wurden die Vorteile der doppelwirkenden Motor, leicht und relativ klein, locker ausgehebelt.
Schnelläufer spielen da in einer anderen Klasse, in Frachtschiffen sind ab einer gewissen Größe sie so gut wie nicht anzutreffen, sie spielen höchstens als Hilfsdiesel eine Rolle.

FAUN · 24 Oktober 2015, 18:36:21

Vielleicht sollten wir zu den obigen Überlegungen eine rechnerische Betrachtung folgen lassen.
So ist die stöchiometrische Luftmenge für die Verbrennung von 1kg Gasöl mit einem Heizwert von Hu= 10.000kcal/kg theoretisch 11m^3. Da wir im Dieselmotor mit Luftüberschuß arbeiten, sind es effektiv bei einer Luftüberschußzahl n = 1,2. ..2 zwischen 18 und 22 m^3. Ist mit be = 180 g/PSh der spez. Verbrauch, mit Ne = 415 PS die Zylinderleistung, n = 600 U/min die Drehzahl, x = 2 (bei doppelwirkenden 2-Taktern) und die Wichte gamma = 0,86 bekannt, dann errechnet sich der Verbrauch je Hub mit:

BH = be * Ne / 60 * n * x * gamma = 180 * 415 / 60 * 600 * 0,86 = 1,2 cm^3/Hub oder 1,03 g/Hub

Daraus folgt ein Luftbedarf, wenn wir den Kilobedarf mit 22 m^3 / kg ansetzen, von ~ 23 Liter/Hub.

Die obigen Daten habe ich den Angaben vom Motor Z 32/44 entnommen. Dessen Zylindervolumen beträgt 38,3 Liter. Hier kommt jetzt noch der volumetrische Wirkungsgrad zum Tragen. Bei einem 2-Takter liegt er zwischen etav = 0,6 und 0,8. Dieser Wirkungsgrad gibt den Verlust bei dem Ladungswechsel im Zylinder an, der durch die Erwärmung der Frischluft entsteht. Da der genannte Motor bei dieser Leistung am oberen Limit läuft, ist die Erwärmung der Luft am größten, deshalb setze ich hier die 0,6 ein. Daraus folgt dann eine Luftmenge von

Lhub = Vzyl. * etav = 38,3 * 0,6 = 23 Liter/ Hub

Rein rechnerisch läßt sich so die Motorleistung über den Luftbedarf nachweisen. Jetzt ist für unsere Betrachtung wichtig, waren die damaligen Gebläse/Lader in der Lage, eine erheblich höhere Luftmenge zu liefern? Die obige Literzahl bezieht sich auf einen Hub, ist also für eine Kurbelwellenumdrehung zu verdoppeln (Doppeltwirkender 2-Takter).

Anmerkung: Da sich hier bei der Diskussion auf ältere Unterlagen bezogen wird, habe ich die alten Dimensionen beibehalten. Die griechischen Buchstaben habe ich ausgeschrieben, mein Tablet ist leider nicht so komfortabel. Die Formeln und Angaben beziehen sich auf "Wilhelm Leder, Schiffsmaschinenkunde, Bd. IV, Fachbuchverlag Leipzig, 1957".

Smutje Peter · 24 Oktober 2015, 19:17:33

wow

Faun Du spielst in einer anderen Liga wie ich

. Hier gibst was für mich zu lernen!

((offtopic: Bezieht sich Dein User-Name eigentlich auf die ehemaligen FAUN-Werke in Schwaig bei Nürnberg?))

DST · 30 Oktober 2015, 22:25:55

Zitat von: Tostan am 19 Oktober 2015, 07:14:48

Also ich verstehe dein ziel nicht. Du willst den Hilfsmotor durch einen Turbo ersetzen um was zu erreichen? Ob der Ladedruck nun durch einen Hilfsmotor oder einen Turbo erzeugt wird, ist dem Motor doch völlig egal. Zumindest so wie ich das verstehe. Im Gegensatz zum Spülluftgebläse verbraucht der Hilfsmotor auch keine Leistung der Maschine, er erzeugt seine eigene. An der Welle liegt also bei Hilfsmotor und Turbo dieselbe Leistung an. Das einzige was du erreichen kannst, ist eine Gewichtsersparnis da der Turbo vermutlich leichter ist als der Hilfsmotor.

ein kleines rechenbeispiel mit dem m12z 42/58 um mein ziel zu erklären.

M12Z 42/58 mit Hilfsmotor 9480 PS
M12Z 42/58 mit angehängtem Spülluftgebläse 7800 PS

wenn ich diesen motor mit einem turbolader ausrüste ,
ganz ohne jede aufladung nur um das spülluftgebläse zu ersetzen.
dann könnte man das angehängte gebläse nach dem start abkoppeln und der motor hat wieder die vollen 9480 ps.

dadurch spare ich die beiden hilfsmotoren pro welle zusammen 128t
gleichzeitig sinkt der treibstoffverbrauch der anlage um 20%

leider finde ich dieses pdf file über den versuch mit einem turbogeladenen m12z 42/58 mit angehängtem spülluftgebläse nicht wieder.
ich hatte den mal im netzgefunden , aber darin wurde geschrieben das sich das alles auf damalige zeugenaussagen bezog. von daher nicht nachvollziehbar ob das alles wirklich so gewesen ist.

mfg dirk

J.I.M · 31 Oktober 2015, 09:39:29

Ich möchte an dieser Stelle mal etwas einwerfen:

Sicherlich sind technische Entwicklungen auch mal in die falsche Richtung gegangen oder man hat vergessen eine fast offensichtliche einfache Verbesserung zu nutzen, aber....

Ich gehe davon aus, dass die dt. Ingenieure schon gewußt haben was sie tun. Der Turbolader war bekannt. Bei allen Motorenentwicklern wird es sicher jemanden gegeben haben, der sich (mit dem Stand der Technik) darüber Gedanken gemacht hat und sich dann gut begründet dagegen entschieden hat. So einfach: "Ich nehme hier mal kurz einen Turbolader und schon hab ich 21,5% mehr Leistung und noch Gwicht und Raum gespart" halte ich für nicht realistisch.
JIM

Smutje Peter · 31 Oktober 2015, 11:17:39

richtig!

FAUN · 31 Oktober 2015, 13:48:52

Zitat von: DST am 30 Oktober 2015, 22:25:55
Zitat von: Tostan am 19 Oktober 2015, 07:14:48

Also ich verstehe dein ziel nicht. Du willst den Hilfsmotor durch einen Turbo ersetzen um was zu erreichen? Ob der Ladedruck nun durch einen Hilfsmotor oder einen Turbo erzeugt wird, ist dem Motor doch völlig egal. Zumindest so wie ich das verstehe. Im Gegensatz zum Spülluftgebläse verbraucht der Hilfsmotor auch keine Leistung der Maschine, er erzeugt seine eigene. An der Welle liegt also bei Hilfsmotor und Turbo dieselbe Leistung an. Das einzige was du erreichen kannst, ist eine Gewichtsersparnis da der Turbo vermutlich leichter ist als der Hilfsmotor.

ein kleines rechenbeispiel mit dem m12z 42/58 um mein ziel zu erklären.

M12Z 42/58 mit Hilfsmotor 9480 PS
M12Z 42/58 mit angehängtem Spülluftgebläse 7800 PS

wenn ich diesen motor mit einem turbolader ausrüste ,
ganz ohne jede aufladung nur um das spülluftgebläse zu ersetzen.
dann könnte man das angehängte gebläse nach dem start abkoppeln und der motor hat wieder die vollen 9480 ps.

dadurch spare ich die beiden hilfsmotoren pro welle zusammen 128t
gleichzeitig sinkt der treibstoffverbrauch der anlage um 20%

leider finde ich dieses pdf file über den versuch mit einem turbogeladenen m12z 42/58 mit angehängtem spülluftgebläse nicht wieder.
ich hatte den mal im netzgefunden , aber darin wurde geschrieben das sich das alles auf damalige zeugenaussagen bezog. von daher nicht nachvollziehbar ob das alles wirklich so gewesen ist.

mfg dirk

Hallo Dirk,

in Deiner Überlegung ist ein Fehler, wahrscheinlich durch eine begriffliche Ungenauigkeit verursacht. Grob gesagt, bei einem Gebläse rotiert immer etwas, bei einer Kolbenpumpe geht es hin und her bzw. rauf und runter. Deshalb gibt es angehängte Spülluftpumpen, im Falle der hier diskutierten doppeltwirkenden 2-Takter, mit Kolben als "Transportmittel" (auf und nieder), und Hilfsmotoren mit Hilfsgebläse (es dreht sich was). Die Spülluftpumpe war integraler Bestandteil des Zylinderblocks und über ein Gestänge mit dem jeweiligen Kreuzkopf verbunden. Natürlich hätte man hier ein Aushängen konstruktiv bewerkstelligen können, aber der Aufwand wäre wohl nicht unerheblich gewesen.
Einfacher wäre es bei den Hilfsgebläsen. Hier hätte man den Hilfsmotor "nur" abstellen müssen, allerdings trieb dieser nicht nur das Gebläse an. Jede zusätzliche Aufladung erfordert eine Ladeluftkühlung, da ansonsten sich der Wirkungsgrad durch die Lufterwärmung verschlechter.

Gruß
Gerd

Tostan · 01 November 2015, 21:13:17

Es gibt in der Ingenieurskunst allgemein ein grundlegendes aber oft missachtetes Prinzip das heisst KISS - Keep It Small and Simple. Hier scheint mir der Mehraufwand und die steigende Komplexität doch enorm. Auch wenn allein schon 20% Treibstoffersparnis ein gewichtiges Argument ist, so weiss ich nicht ob das die gesteigerte Komplexität rechtfertigt.
Im Prinzip geht es "nur" noch um Gewichtsersparnis - Mehr PS lassen sich ja auch den Anlagen wie dargelegt nicht herausholen.

DST · 02 November 2015, 22:06:14

Zitat von: FAUN am 31 Oktober 2015, 13:48:52

Hallo Dirk,

in Deiner Überlegung ist ein Fehler, wahrscheinlich durch eine begriffliche Ungenauigkeit verursacht. Grob gesagt, bei einem Gebläse rotiert immer etwas, bei einer Kolbenpumpe geht es hin und her bzw. rauf und runter. Deshalb gibt es angehängte Spülluftpumpen, im Falle der hier diskutierten doppeltwirkenden 2-Takter, mit Kolben als "Transportmittel" (auf und nieder), und Hilfsmotoren mit Hilfsgebläse (es dreht sich was). Die Spülluftpumpe war integraler Bestandteil des Zylinderblocks und über ein Gestänge mit dem jeweiligen Kreuzkopf verbunden. Natürlich hätte man hier ein Aushängen konstruktiv bewerkstelligen können, aber der Aufwand wäre wohl nicht unerheblich gewesen.
Einfacher wäre es bei den Hilfsgebläsen. Hier hätte man den Hilfsmotor "nur" abstellen müssen, allerdings trieb dieser nicht nur das Gebläse an. Jede zusätzliche Aufladung erfordert eine Ladeluftkühlung, da ansonsten sich der Wirkungsgrad durch die Lufterwärmung verschlechter.

Gruß
Gerd

Der unterschied zwischen einem gebläse und einer kolbenpumpe ist mir schon bekannt.
und kolbenpumpen benutzt man eigentlich um hohe drücke zu erreichen und nicht um ein großes volumen zu bewegen.

und in dem artikel im marine-arsenal-special band 3 ist auch immer nur die rede von "angehängten spülluftgebläsen" aber nie von spülluftpumpen.
Zusätzlich bräuchte jeder arbeitszylinder einen eigenen spülluftzylinder das dürfte das motorengewicht extrem nach oben treiben.

Und wenn man ein gebläse vom motor abkuppelt dreht sich auch da nix mehr.
Außerdem müßten die Spülluftgebläse an den Hilfsmotoren auch irgenntwie angeflanscht gewesen sein.
Und die hauptmotoren sind auch nur verlängerte hilfsmotoren bzw. die hilfsmotoren sind verkürzte hauptmotoren.
Also müßte man die spülluftgebläse eigentlich auch an die hauptmotoren hängen können.

Und klar muß man über eine ladeluftkühlung nachdenken aber gerade dieselmotoren reagierden da am anfang sehr dankbar

da sie kein kraftstoff/luftgemisch verdichten sondern nur luft und man ja eine große erwärmung erreichen möchte.

Ich weiß auch das man das alles erst viele jahre später wirklich probiert und getestet hat.
Aber rein theoretisch waren die grundlagen auch schon mitte der zwanziger jahre bekannt.

mfg dirk

Hannes 1988 · 27 Februar 2016, 13:02:02

Ist zwar schon gut was her, dass hier das letzte mal was geschrieben wurde, aber da ich den Thread heute erst durchgelesen habe gebe ich mal meinen recht unqualifizierten Senf dazu: Ich habe über die Thematik überschwerer schwerer Kreuzer für die KM schon des öfteren nachgedacht. Ich habe aber nicht so sehr an 12 x 20,3cm gedacht sondern mehr an 12 x 24 cm auf Basis von etwa 20k tonnen. Die Hippers machen Aufgrund ihres Antriebes wenig Sinn. Ein Kaliber von 24cm ist politisch nicht so brisant wie 28cm und mit einer Batterie aus 12 x 24cm lassen sich auch 2 übliche Washingtkreuzer effektiv bekämpfen. Dazu eine Panzerung die 20cm Granaten draussen hält und eine Geschwindigkeit um die Kampfentfernung zu schweren Kreuzern beliebig zu diktieren. Wäre gerade im Vergleich mit P eine wesentliche Verbesserung denke ich. Da würde ich auch eher 3 von dieser Sorte als die 5 Hippers bauen.

Matrose71 · 28 Februar 2016, 02:50:55

Salve,

wird schwierig mit 2 überhöhten Barbetten, Panzerung und Antrieb bei 20k Standard zu landen, könnte sich ausgehen (eher 21k), ist aber viel zu teuer, wenn man 6 x 28cm mit allem drum und dran für 15k haben kann. Man muss auf 140m Zitadelle panzern, plus 2 überhöhte Barbetten und einen Rumpf der das tragen kann, alle bekannten Kreuzer Rümpfe sind damit überfordert. Ein P Rumpf würde gehen, aber wird nicht einfach.
Ach ja ich bin jetzt schon von den modifizierten VZ Motoren ausgegangen, sollte das ein P-Rumpf mit M9Z 65/95 und 4 x 3 x 24cm werden, geht das nicht unter 22000ts Standard.

Naja unser leichtbau Genie rechnet das garantiert mit 18000ts, aber dafür ist er bekannt........

Urs Heßling · 28 Februar 2016, 20:26:32

moin,

Zitat von: Hannes 1988 am 27 Februar 2016, 13:02:02
... und eine Geschwindigkeit um die Kampfentfernung zu schweren Kreuzern beliebig zu diktieren.

Britische und französische Schwere Kreuzer sind (im Weyer) mit einer V_max von 32 kn angegeben.
Selbst wenn diese Angabe unter Einsatzbedingungen als zu hoch anzusehen ist (das gilt für alle !), wie willst Du das bei einem Schiff dieser Größe (20.000 t) überbieten ?

Gruß, Urs

Smutje Peter · 28 Februar 2016, 21:55:41

Hallo zusammen!

Irre ich mich oder ist der Pott nicht sowiso vertragswiedrig? Mit 24cm - Geschützen fällt der doch unter die in London ausgeschlossenen Typen oder? Also statt den Hippers darf der nicht gebaut werden, und statt der BS TP oder den Schwestern müsste der mindestens 25,4cm haben.

Sven L. · 29 Februar 2016, 10:02:15

Zitat von: Smutje Peter am 28 Februar 2016, 21:55:41
Hallo zusammen!

Irre ich mich oder ist der Pott nicht sowiso vertragswiedrig? Mit 24cm - Geschützen fällt der doch unter die in London ausgeschlossenen Typen oder? Also statt den Hippers darf der nicht gebaut werden, und statt der BS TP oder den Schwestern müsste der mindestens 25,4cm haben.

Unter dem Gesichtspunkt des dt.-brit. Flottenabkommens betrachtet hast du damit recht. Und die 25,4 cm wären nur auf einem Schiff ab 17.500 ts zulässig gewesen. Insofern ist Hipper-Größe mit 25,4 cm ist nicht zulässig. Vielleicht hätte sich Großbritannien nach einigem hin- und her mit einem deutschen 24 cm statt des 25,4 cm abgefunden.

Smutje Peter · 29 Februar 2016, 14:48:37

Hallo zusammen
@Sven
Mit den 24er statt den 25,4cm hast Du wahrscheinlich recht. Aber die hätten dann wohl von der Schlachtschiffstonnage gezehrt. Statt den Hippers 17500t Schiffe mit 24cm Kanonen zu bauen war meiner Meinung nach nicht vertragskonform. Für ein 17500t Schiff war wohl noch genug Vertragstonnage vorhanden, aber für das Nächste hätte man dann schon auf eines der tatsächlich gebauten Großkampfschiffe verzichten müssen. Und als Schlachtschiffersatz mit 24cm Geschützen ...also ob das dem Raeder zu verkaufen gewesen wäre???