Kupplungen auf dem Ozean

Wellenkupplungen – Nicht nur im Maschinenbau sind Wellenkupplungen ein verbreitetes Bauelement: Immer mehr Einsatzfelder finden sie heute zum Beispiel auch im Schiffbau.

12. November 2008

Hersteller von Schiffsantrieben stehen vor speziellen Herausforderungen: Gefordert sind eine kompakte Bauform, gute Manövrierfähigkeit und geringes Gewicht bei zugleich hoher Energieeffizienz sowie hoher Verfügbarkeit und geringem Serviceaufwand. Hinzu kommt vor allem bei Passagierschiffen ruhiger Lauf, und auch Sicherheitsaspekte wie das Verhalten des Antriebs im Überlastfall spielen eine wichtige Rolle.

Elastische Verbindung

Einen wichtigen Beitrag zu diesem Eigenschaftsprofil leisten die Wellenverbindungen an Haupt- und Nebenantrieben sowie an den Ruderanlagen. Hier kommen im Schiffbau häufig die drehelastischen Klauenkupplungen der Rotex-Baureihe des Kupplungsspezialisten KTR aus Rheine zum Einsatz, die Axial-, Radial- und Winkelverlagerungen ausgleichen. Zugleich dämpfen sie Stöße und Schwingungen, die während des Betriebs auftreten, und verlängern so die Lebensdauer der Komponenten im Antriebsstrang. Eine Auswahl verschiedener Elastomerwerkstoffe erlaubt es dabei, das Dämpfungsverhalten an den individuellen Anwendungsfall anzupassen.

Weit verbreitet ist diese Kupplungsbauart in den Bugstrahlantrieben von Fracht- und Passagierschiffen, wo sie deren Manövrierfähigkeit verbessern. Das Bugstrahlruder wird zumeist über eine Kombination aus Elektromotor und Winkelgetriebe angetrieben, die über die Kupplung verbunden sind.

Hafenschlepper und andere Schiffstypen, von denen eine besonders gute Manövrierfähigkeit erwartet wird, sind zudem immer häufiger mit Azimuth-Antrieben ausgerüstet, bei denen die gesamte Propellereinheit drehbar gelagert ist. Für die elektromotorisch angetriebene Drehbewegung der Propellereinheit fertigt KTR die Rotex-Kupplungen als Baueinheit mit einem Überlastsystem der Baureihe KTR-SI. Diese Kombination verlängert die Lebensdauer des Antriebssystems, weil sie die Getriebeeinheit für die Drehbewegung der Propellereinheit vor zu hohen Drehmomentstößen schützt. So entsteht zum Beispiel kein Schaden am Antrieb, wenn die Propellereinheit während der Drehbewegung einmal mit dem Meeresboden kollidieren sollte.

Ein anderes Einsatzgebiet für KTR-Kupplungen sind die sogenannten Waterjet-Antriebe, die bei zum Beispiel bei Fähren oder bei Polizei- und Militärbooten zum Einsatz kommen. Bei diesen Antrieben saugt eine Pumpe Wasser an und gibt es über eine Düse mit hohem Druck wieder ins umgebende Wasser ab. Die Düse ist beweglich und lenkt auf diese Weise das Boot.

Für den Primärantrieb sorgt ein Verbrennungsmotor mit einem Getriebe, das über eine Stahllamellenkupplung mit der Waterjet-Einheit verbunden ist. Die Zwischenstücke bestehen üblicherweise aus Stahl, bei großen Abständen kann auch ein Rohr aus kohlefaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen. Dessen im Vergleich zu Stahl hohe Axialsteifigkeit bei gleichzeitig geringem Eigengewicht erlaubt erheblich höhere Drehzahlen bzw. Wellenabstandsmaße als Stahl, sodass häufig aufwendige Zwischenlagerungen für Stahl-Zwischenstücke entfallen können.

Spannsatz für hohe Kräfte

Ganz andere Größen- und Kräfteverhältnisse als bei den Wellenkupplungen herrschen im Produktbereich Spannsätze von KTR, der ebenfalls seit vielen Jahren für die Schiffstechnik tätig ist: So gewährleisten High-Torque-Spannsätze aus dem Clampex-Programm eine sichere Verbindung der Ruderwelle oder -pinne mit der Ruderjochplatte, die die Bewegung des Ruders veranlasst, zum Beispiel, wenn ein Containerschiff bei 19 Knoten Fahrt die Richtung ändert und der Steuermann elektrohydraulisch das mehr als zehn Quadratmeter große Ruder betätigt. Diese Spannelemente wurden eigens für höchste Beanspruchungen entwickelt und können sehr große Wechselmomente und Torsionskräfte aufnehmen.

Einfache Montage

Trotz ihrer extremen Belastbarkeit sind die Spannsätze selbstzentrierend und montagefreundlich und damit eine kostengünstige und sichere Alternative zu Wellen mit kegelförmigem Wellenende, das aufwendig bearbeitet werden muss. Namhafte Hersteller von Rudermaschinen nutzen diese Vorteile des Einsatzes von Spannsätzen und kooperieren bei der Konfiguration von Verbindungselementen an der Schnittstelle von Ruderpinne und Ruderjochplatte mit KTR. Die Kupplungsspezialisten haben ihr Spannsatz- Programm daher an die Einsatzbedingungen in der Schiffstechnik angepasst. So stehen die KTR 400-Spannsätze auch mit seewasserbeständiger Beschichtung für Außerbord-Anwendungen zur Verfügung. Durch die Nitrocarburierung der Oberflächen nach dem sogenannten QPQ-Verfahren ist der Stahl zudem sehr viel belastbarer als Edelstahl, sodass kompaktere Konstruktionen in Außenbord-Anwendungen möglich sind.

Da der Markt der Schiffstechnik für KTR immer bedeutender wird, betreut das Unternehmen die Schiffbauindustrie weltweit mit einem eigenen Branchenmanagement. Zudem erweitern die Münsterländer permanent ihr Produktspektrum und lassen zusätzliche Baureihen nach den Anforderungen des Schiffbaus prüfen und zertifizieren.

Reiner Banemann und Detlef Horning, KTR/bt

Erschienen in Ausgabe: 08/2008