Dampfschiff
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Ein Dampfschiff (DS) oder auch Dampfer ist ein Schiff, welches von einer Dampfmaschine oder einer Dampfturbine angetrieben wird. Die Dampfmaschine treibt beim Raddampfer zunächst ein oder mehrere Schaufelräder an, erst ab 1836 setzte sich dann der vom Österreicher Josef Ressel erfundene Schiffspropeller durch.
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Anfänge
Das erste funktionsfähige Dampfschiff baute der Franzose Claude de Jouffroy d'Abbans im Jahre 1783. Am 1. Februar 1788 ließen sich Isaac Briggs und William Longstreet das erste Dampfschiff patentieren. Der Amerikaner Robert Fulton patentierte am 11. Februar 1809 einen modifizierten Entwurf, der auch wirtschaftlich erfolgreich war. Sein 1807 gebauter Raddampfer North River Steam Boat (von späteren Generationen allgemein Clermont genannt) war noch mit Segeln bestückt. Er erreichte eine Geschwindigkeit von 4,5 Knoten (8,3 km/h) und wurde zwischen New York und Albany als Linienschiff eingesetzt. Der Name "Clermont" für das Schiff rührt wahrscheinlich von dem gleichnamigen Ort, welcher von Fultons Dampfschiff häufig angelaufen wurde.
Der technische Übergang vom Segelschiff zum Dampfer dauerte einige Jahrzehnte. Erst 1889 wurde mit dem von Alexander Carlisle (dem späteren Chefdesigner der Olympic-Klasse) konstruierten 20 Knoten schnellen White Star Liner Teutonic der erste Hochsee-Dampfer ohne jegliches Segel in Dienst gestellt.
Der Aufwand allein zum Betreiben der Dampfkessel eines Schnelldampfers der Jahrhundertwende um 1900 war enorm. Um mit immer größeren Schiffen immer höhere Geschwindigkeiten erzielen zu können (siehe Blaues Band), musste die Leistung der Maschinenanlage immer weiter gesteigert werden, was einen entsprechend höheren Dampfverbrauch nach sich zog. Dies erforderte den Betrieb von noch mehr Kesseln. Die seinerzeit üblichen Kessel waren von Hand gefeuerte, zweizügige Großwasserraum-Flammrohrkessel (so genannte "Schottische Kessel") mit bis zu 4 Flammrohren. Der gewaltige Dampfbedarf beispielsweise von 4 Vierzylinder-Vierfach-Expansions- Kolbendampfmaschinen mit zusammen 46.000 PS in voller Fahrt war nur durch Dampf aus 31 Kesseln (7 Einender und 12 Doppelenderkessel) mit je 4 Feuerungen zu stillen (Schnelldampfer "Kronprinzessin Cecilie" des Norddeutschen Llöyd von 1907 mit der größten, jemals in der zivilen Seefahrt eingebauten Kolbendampfmaschinenanlage). Dabei wurden die Kessel, ihre Heizer und die Trimmer im Grenzlastbereich beansprucht. Die dabei täglich verfeuerten 760 Tonnen bester Steinkohle wurden von 118 Kohlentrimmern aus den Kohlebunkern vor die Kessel geschafft. Während jeder der 3 Seewachen arbeiteten also allein für die Dampferzeugung 76 Mann tief im Inneren des Dampfers.
Die hohen Personalkosten und der zunehmende Wettbewerb in der Schifffahrt über den Nordatlantik zwangen die Reeder immer weiter zu Kosteneinsparungen. Dies erreichte man durch Umbau der Kessel auf Ölfeuerung, vereinzelt auch durch mechanische Feuerungsanlagen, die sich jedoch nicht durchsetzen konnten und selten auch durch Kohlenstaubfeuerung. Wasserrohrkessel erzeugten bei kompakter Bauweise und geringerem Gewicht mehr Dampf bei geringerem Personalaufwand. Ein Teil der Trimmer und Heizer konnte noch bis nach dem zweiten Weltkrieg beschäftigt werden oder dann in den Maschinenraum von Diesel getriebenen Schiffen wechseln, um dort als Schmierer zu arbeiten. Aber auch diese Tätigkeiten wurden im Laufe der Zeit eingespart.
Benennung
Die allgemeine internationale Benennung eines Dampfschiffes ist SS (Steam Ship), im deutschen Sprachraum DS. Manchmal finden sich auch speziellere Kürzel wie TS (Turbine Steamer, früher auch TSS Turbine Steam Ship) für das Turbinenschiff (deutsch: TS) und PS (Paddle Steamer) für Raddampfer (deutsch: RD).
SY ist die Bezeichnung für eine Steamyacht (SY GONDOLA UK, SY ANASTASIA DE).
Die für englische Dampfschiffe ebenfalls gebräuchliche Abkürzung RMS (Royal Mail Steamer), weist darauf hin, dass die englische Post Briefe mit diesem Schiff transportiert. Große Fahrgastschiffe im Linienverkehr zwischen den Kontinenten werden im Deutschen auch als Schnelldampfer oder Eildampfer bezeichnet, um die kurze Fahrzeit der Schiffe zu unterstreichen.
Als Schiff werden jene Bootskörper benannt, die eine Eigenlänge von über 10 Metern aufweisen; als Boot jene, die darunter liegen.
"DB" ist die Benennung für Dampfboot, bis zu einer Länge von 10 Metern werden als solche bezeichnet. Im englischsprachigen Ländern ist auch SL für Steam Launch gebräuchlich.
Technik
Eine Dampfantriebsanlage besteht aus drei Hauptteilen: Kessel, Dampfmaschine oder Dampfturbine und Kondensator.
Dampfkessel
Im Kessel wird durch Erhitzen des Wassers durch feste (Holz, Kohle, Kohlenstaub) oder flüssige Brennstoffe (Öl) Dampf erzeugt. Man unterscheidet grundsätzlich Flammrohrkessel, Rauchrohrkessel und Wasserrohrkessel. In den Anfängen der Dampfschifffahrt war der Flammrohrkessel mit 1 - 4 Feuerung weit verbreitet. Zu Beginn noch einzügig, wurde er später zum zweizügigen Rauchrohrkessel weiterentwickelt, der durch die zusätzliche Ausnutzung der in den Rauchgasen enthaltenen Energie wirtschaftlicher war. Da sich diese Kessel durch großen Wasserinhalt auszeichnen (bis zu 30 t), sind sie auch unter dem Namen Schottischer Großwasserraumkessel oder kurz Schottenkessel bekannt. Dampfspannungen von max. 15-20 bar konnten erreicht werden. Luftvorwärmer (Luvo) zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und Ekonomizer (Eko) zur Vorwärmung des Speisewassers erhöhten die Leistungsfähigkeit. Mit Hilfe eines Überhitzers konnte der Sattdampf zu Heißdampf von über 200 °C aufgeheizt werden, womit eine bessere Energieausnutzung erreicht wurde. Am Endpunkt der Entwicklung konnte ein Kohleverbrauch von 0,35 - 0,5 kg/PS/h erreicht werden.
Den Vorteilen des Rauchrohrkessels wie z. B. hohe Energiereserven bei schnell wechselndem Dampfverbrauch oder geringe Empfindlichkeit gegen Speisewasserverunreinigungen standen die Nachteile wie großes Gewicht und vergleichsweise lange Anheizzeiten von bis zu mehreren Tagen entgegen. Der Wasserrohrkessel bedeutete eine weitere Steigerung der Energieausnutzung, da hiermit größere Dampfmengen in höherer Spannung (20 - 70 bar) erzeugt werden konnten. Aufgrund der vergleichsweise geringen Wasser-Umlaufmenge konnte die Speisewasserregelung jedoch nicht mehr manuell erfolgen, sondern musste automatisch geregelt werden. Wasserrohrkessel konnten innerhalb weniger Stunden angeheizt werden, benötigten aber eine sehr gute Speisewasserpflege (Entmineralisierung und Entölung).
Durch den Wechsel von Kohle- auf Ölbefeuerung wurden die Arbeitsplätze vieler Heizer und Kohlentrimmer freigesetzt. Der in den fünfziger und sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts versuchsweise eingeführte Nuklearantrieb – also die Erzeugung von Dampf für Dampfturbinen in einem Kernreaktor – hatte in der Handelsschifffahrt keinen Erfolg. Nuklear angetriebene Handelsschiffe wie die deutsche NS Otto Hahn oder die amerikanische NS Savannah wurden von Bewohnern der Hafenstädte abgelehnt. In der zivilen Seefahrt konnte sich diese Technologie nur bei russischen Eisbrechern durchsetzen. Im militärischen Bereich finden sich Kernreaktoren zur Dampferzeugung heute nur noch auf Flugzeugträgern und U-Booten der USA und Russlands.
Dampfmaschine
Der erzeugte Dampf wird durch Rohrleitungen zur Dampfmaschine geführt und (bei den üblichen doppelt wirkenden Dampfmaschinen) durch Schieber oder Ventile so gesteuert, dass er stets demjenigen Zylinder zugeführt wird, der gerade am oberen oder unteren Totpunkt steht. Bei der sog. Volldruck-Dampfmaschine erfolgt eine Dampffüllung des gesamten Zylinders, bei der Expansionsdampfmaschine nur eine teilweise Füllung. In der Folge expandiert der Dampf und drückt den Kolben nach oben bzw. unten. Bei der Expansionsdampfmaschine wird dann der in seiner Spannung nun reduzierte Dampf in den nächsten Zylinder geleitet und expandiert dort unter Leistungsabgabe weiter. So kann dies über bis zu 3 Stufen (Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckzylinder) erfolgen. Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich ständig während des Laufes der Dampfmaschine.
Nach Verrichtung der Arbeit im letzten Zylinder wird der Dampf im Kondensator zu Speisewasser kondensiert und danach entölt. Die Speisepumpe befördert es ggfs. durch eine Speisewasservorwärmung (Eko = Ekonomizer) zurück in den Kessel, wo der gleiche Arbeitsgang sich wiederholt. Zum Ausgleich zwangsläufiger Verluste von Dampf (Undichtigkeiten, Dampfpfeife) führt jedes Schiff Reservespeisewasser mit sich.
An die Dampfmaschine ist direkt die Schiffswelle angekuppelt.
Dampfmaschinen für Dampfschiffe gab es in verschiedenen Bauarten. Zuletzt waren Maschinen mit Mehrfachexpansion üblich, bei denen die Zylinder unterschiedliche Durchmesser hatten. Beim ersten Zylinder war dieser gering und bis zum letzten Zylinder nahm der Durchmesser immer weiter zu. Der Nutzen dieser Anordnung besteht darin, dass die Kraft auf jedem Kolben gleich ist, obwohl der Dampfdruck durch die Entspannung abnimmt.
Flammrohr- und Rauchrohrkessel sowie Kolbendampfmaschinen zeichneten sich im Allgemeinen durch große Zuverlässigkeit und Anspruchslosigkeit aus. Das verwendete Material war zumeist überdimensioniert, obgleich aus den damals verwendeten, weniger hochwertigen Stählen und Legierungen durchaus Probleme mit Lagern erwachsen konnten. Folglich war der Ölverbrauch enorm. Ein großer Vorteil der Kolbendampfmaschine sicherte ihr die Existenz noch bis in die fünfziger Jahre: Ihre schnelle Umsteuerbarkeit von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt von nur 3 - 4 Sekunden ließ sie im Schlepper- und Eisbrecherbereich noch überleben.
Dampfturbine
Beim Schiffsantrieb durch eine Dampfturbine umströmt Wasserdampf eine rotierende Welle, die mit vielen Turbinenschaufeln bestückt ist. An diese Welle ist die Schiffswelle angekuppelt. Ausgenutzt wird die kinetische Energie des Dampfes. Der Dampfturbine ist, wie bei der Dampfmaschine, ein Kondensator nachgeschaltet, der den kondensierten Dampf als Speisewasser zurückführt.
Der Betrieb von großen Dampfturbinen brachte anfangs wegen zweier unerwünschter Effekte technische Probleme: Der vom letzten Schaufelkranz abströmende und in den Kondensator einströmende Abdampf erreichte an diesen Stellen die zugehörige Schallgeschwindigkeit und die zuvor bei der Entspannung entstehenden Wassertropfen erodierten die Turbinenschaufeln und die Rohre des Kondensators.
Da Turbinen für einen optimalen Wirkungsgrad möglichst hohe Umdrehungszahlen benötigen, die Propeller jedoch bei zu hoher Drehzahl Probleme mit Kavitation verursachen, konnte das volle Potential des Turbinenantriebes erst durch die Verwendung von Getriebeturbinen im weiteren Verlauf des 20. Jhd. genutzt werden.
Auch bei Dampfturbinen nutzt man die Expansionsfähigkeit des Dampfes mit Hilfe eines Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteiles.
Da Dampfturbinen nur in eine Richtung drehen können, benötigt man zum Abbremsen der Schiffe eine zusätzliche Rückwärtsturbine, die in der Regel im Niederdruckteil integriert ist. Sie hat eine geringere Leistung.
Kombinationen
Bis in die 1950er Jahre gab es auch eine Kombinationen aus beiden Antriebssystemen: Der Dampfmaschine wurde eine Abdampfturbine nachgeschaltet. Der Abdampf trieb vor dem eigentlichen Kondensator noch eine Niederdruck-Dampfturbine an. Diese wirkte entweder auf die gleiche Propellerwelle (System Bauer-Wach) oder trieb bei Mehrschraubendampfern wie z.B. der Titanic eine zusätzliche Welle an. So behielt man die Zuverlässigkeit der technisch ausgereiften Kolbenmaschine, erhöhte aber dennoch den Wirkungsgrad.
Turboelektrischer Antrieb
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann man, eine Antriebsart zu verwenden, bei der die Turbinen lediglich Stromgeneratoren antrieben. Mit der elektrischen Energie wurden wiederum Elektromotoren betrieben, die direkt mit den Propellerwellen gekoppelt waren. Dieses System birgt zwar Nachteile hinsichtlich Raumverbrauch, Gewicht und Wirkungsgrad bei voller Leistung, hat jedoch große Vorteile hinsichtlich der Leistungsregelung und Umsteuerbarkeit. Ebenfalls begünstigt ist die Wirtschaftlichkeit bei niedrigerer Leistung. Da Turbinen nur bei bestimmten Drehzahlen im wirtschaftlichen Bereich laufen, können bei niedriger Leistungsabnahme eine oder mehrere abgeschaltet werden. Die verbleibenden Dampfturbinen hingegen können bei wirtschaftlichen Drehzahlen die benötigte, niedrige Leistung erbringen.
Ein äquivalentes Prinzip findet sich bei Motorschiffen mit dem dieselelektrischen Antrieb.
Knatterboot
Bei Spielzeugdampfschiffen, sogenannten Putt-Putt- oder Knatterbooten existiert eine besonders einfache Form des Dampfantriebs, der ohne bewegte Teile auskommt: In einem Verdampfer wird von einer Flamme das Wasser zum Sieden gebracht bis es explosionsartig verdampft und das Wasser in den Rückstoßröhren hinausdrückt. Beim Zurückschwingen der Wassersäule gelangt frisches Wasser in den Verdampfer worauf der Zyklus von vorn beginnt.
Verbreitung
Mit der Zeit lösten die Dampfschiffe die bis dahin üblichen Segelschiffe ab. Ihr größter Vorteil war die Unabhängigkeit vom Wind. Mit Dampfern konnten Waren auf Flüssen, Binnenseen und Meeren sehr schnell und innerhalb einer berechenbaren Zeit transportiert werden, da die Dampfaggregate gleich bleibende Energie für die Fahrt lieferten. Befeuert wurden und werden die Dampfschiffe mit Holz, Briketts und Kohle. Zumindest bei den großen Dampfern wurden nach dem 1. Weltkrieg die Kessel zum Betrieb mit Schweröl umgerüstet und Neubauten direkt dafür konzipiert. Ihren Höhepunkt hatte die Dampfschifffahrt sicherlich in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Während dieser Epoche begann aber zunehmend die Verbreitung des ökonomischeren Dieselantriebs, welcher anfangs nur in kleinen und langsamen Schiffen Verwendung fand. Als schnellster aller Passagierdampfer gilt die SS United States, fertiggestellt 1952. Bei einem Verbrauch von 50 Tonnen Schweröl pro Stunde erreichte ihr Antrieb eine Leistung von 241.785 PS, was ausreichte, um das über 300 Meter lange Schiff mit 38,32 Knoten voranzutreiben. Die schnellen Passagierdampfer wurden aber ab den 1960er Jahren zunehmend durch Düsenflugzeuge verdrängt und bei großen Frachtschiffen wurden meist Dieselantriebe eingebaut.
Heutige Situation
Der letzte neugebaute Passagierschnelldampfer war die 1968 fertiggestellte Queen Elizabeth 2 und die letzten Schnelldampfer überhaupt wurden Anfang der 1970er Jahre gebaut und waren allesamt Containerschiffe. Mit dem starken Anstieg des Ölpreises wurden diese Schiffe aber unrentabel. Bis heute wurden sie fast alle entweder auf Dieselantrieb umgerüstet oder verschrottet. Im militärischen Bereich wurden beispielsweise die letzten Turbinenschiffe der Lütjens-Klasse 2003 außer Dienst gestellt und lediglich Schiffe mit Kernreaktor nutzen weiterhin Dampfantrieb. Nur wenige große konventionelle Dampfer wie die Norway (ehemals SS France), sind noch übrig, stehen aber kurz vor der Verschrottung.
Von kleineren Dampfern sind heute noch mehrere in Betrieb, so z.B. bei der Weißen Flotte in Dresden und im Historischen Hafen Berlin an der Fischerinsel. In Hamburg fährt der Alsterdampfer St. Georg, die Dampfschlepper Woltman, Claus D. und Tiger sowie der Dampfeisbrecher Stettin.
Auf dem Vierwaldstättersee nahe von Luzern in der Schweiz verkehren bei der Schifffahrtsgesellschaft des Vierwaldstättersees heute noch fünf nostalgische Raddampfer aus der Jahrhundertwende. Diese Dampferflotte ist zusammen mit der auf dem Genfersee, die ebenfalls fünf Raddampfer umfasst, die weltweit größte auf Süßwasser.
Auch auf dem Thuner- sowie dem Brienzersee verkehren zwei Dampfschiffe, die komplett restauriert wurden (Thunersee: Dampfschiff Blümlisalp. Brienzersee: Dampfschiff Lötschberg)
In Österreich verkehrt der Raddampfer Gisela am Traunsee regelmäßig im Linienbetrieb. Mit dem Dampfschiff Schönbrunn, das sich im Privatbesitz der Österreichischen Gesellschaft für Eisenbahngeschichte befindet, werden mehrmals jährlich Nostalgiefahrten auf der Donau durchgeführt. Auf dem Wörthersee verkehrt regelmäßig die Thalia, ein auf Ölfeuerung umgebauter propellergetriebener Dampfer.
Außerdem ist auf dem Bodensee heute noch die SD Hohentwiel unterwegs. Auf der Flensburger Förde verkehrt in den Sommermonaten der letzte seetüchtige Salondampfer, die Alexandra.
Berühmte Dampfschiffe
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Literatur
- Wilhelm Lederer: Schiffsmaschinenkunde Bd. I Schiffsdampfkessel, Fachbuchverlag Leipzig
- Wilhelm Lederer: Schiffsmaschinenkunde Bd. II Schiffskolbendampfmaschinen, Fachbuchverlag Leipzig
- Wilhelm Lederer: Schiffsmaschinenkunde Bd. III Schiffsdampfturbinen, Fachbuchverlag Leipzig
- Jürgen Taggesell: Bilddokumente alter Schiffskolbendampfmaschinen
- Flavia Travaglini: Die Katastrophe der Neptun Eine detaillierte Chronik, geschrieben von Charles Favre, zum Untergang des Dampfschiffs 1880 auf dem Bielersee und seiner Hebung. W. Gassmann AG Verlag Biel / Schweiz ISBN 3-906140-41-5
- Hans-Jürgen Warnecke: Schiffsantriebe - 5000 Jahre Innovation, Koehler-Verlag, Hamburg, 2005, ISBN 3-7822-0908-7
- Bösche, Hochhaus, Pollem, Taggesell u.a.: Dampfer, Diesel und Turbinen - Die Welt der Schiffsingenieure, Deutsches Schiffahrtsmuseum, Bremerhaven und Convent Verlag, Hamburg, 2005, ISBN 3-934613-85-3
Siehe auch
Weblinks
