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| FL18 - Frontline18 .:. Die "Turbinia", Charles Parsons und die Revolution des Schiffsantriebs |
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Die "Turbinia", Charles Parsons und die Revolution des Schiffsantriebs
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Die Turbinia steht heute in einem Museum in Newcastle upon Tyne, England. Dieses Schiff hat Geschichte geschrieben - und das, obwohl sie nur eine kleine experimentelle Vergnügungsyacht war, die ein ambitionierter Ingenieur bauen ließ, um die Vorzüge seiner Erfindung zu demonstrieren und sie zu vermarkten. Dieser Ingenieur hieß Charles Algernon Parsons, und seine Erfindung war die Dampfturbine. Die Turbinia war das erste Schiff auf der Welt, das mit einer solchen Turbine angetrieben wurde.
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Sir Charles Algernon Parsons (1854-1931)
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Charles Parsons wurde 1854 in London als jüngsten von sechs Kindern des Präsidenten der Royal Society, des Earl of Rosse, geboren. Den größten Teil seiner Kindheit verbrachte er auf dem Stammsitz der Familie in Irland, wo er von den wissenschaftlichen Ambitionen seines Vaters beeinflußt wurde. Unter seinen Lehrern befand sich u.a. der Astronom Sir Robert Hall. Er besuchte zunächst Trinity College in Dublin, später die Universität Cambridge, und begann sich danach in der Umgebung von Newcastle-upon-Tyne mit Schiffbau und Dampfmaschinen zu beschäftigen.
Zu dieser Zeit war die Dampfmaschine dabei, den traditionellen Segelantrieb auf Schiffen für alle Zwecke vollständig abzulösen. Die damaligen Maschinen waren sämtlich Kolbenmaschinen, die nach demselben Prinzip arbeiteten, das James Watt über hundert Jahre zuvor erfunden hatte: der Dampf aus dem Kessel trieb einen Kolben, welcher ein Rad bewegte und so die Kraft in eine Drehbewegung verwandelte, die für eine Schraube oder ein Schaufelrad benutzt werden konnte. Dabei war das Prinzip mittlerweile natürlich weiterentwickelt worden: der Dampfdruck war durch die verbesserte Metallurgie, die immer stärkere Kessel zuließ, immer mehr gestiegen, so daß nun mehrere Kolben hintereinandergeschaltet wurden, um den Dampfdruck besser zu nutzen (sogenannte Mehrfachexpansionsmaschinen). Der Dampf fuhr zuerst wie gehabt in einen Kolben und trieb ihn nach oben, dann entwich er wieder, damit der Kolben wieder zurückfahren konnte, um den nächsten Dampfschub zu erhalten. Statt ins Freie entwich der Dampf aber in einen weiteren Kolben, der seine - nunmehr schwächere - Druckenergie erneut nutzte. Dies wiederholte sich noch einmal, bis der Dampf nach getaner Arbeit ins Freie entweichen konnte. Dabei sank der Druck von Arbeitsschritt zu Arbeitsschritt immer mehr, bis es sich nicht mehr lohnte, ihn auszunutzen. Maschinen dieser Art wurden Dreifachexpansionsmaschinen genannt, da der Dampf dreimal Gelegenheit erhielt, seinen Druck abzubauen und Arbeit zu leisten. Sie stellten zu der Zeit, als Parsons seine Arbeit als Ingenieur aufnahm, den Gipfelpunkt der Antriebstechnik im Schiffbau dar. Sowohl Zivil- als auch Kriegsschiffe, die auf große Geschwindigkeit ausgelegt waren, nutzten Maschinen dieser Art.
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Eine Dreifach-Expansions-Dampfmaschine. Deutlich sind die drei Kolben zu erkennen
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Die Nutzung derartiger Kolbenmaschinen war allerdings nicht frei von Problemen. Um ein sehr großes Schiff - wie einen Ozeanriesen oder ein Linienschiff - anzutreiben, wurden Maschinen enormer Größe gebraucht, deren Kolben so gewaltig waren, daß sie bei ihrer Arbeit das gesamte Schiff zum Vibrieren brachten. Die größte jemals gebaute Kolbendampfmaschine, die das deutsche Passagierschiff Kaiser Wilhelm II. antrieb, hatte die Höhe eines dreistöckigen Hauses - es ist leicht vorstellbar, welche Art von Schwingungen Kolben dieser Größe verursachten, ein unerwünschter Nebeneffekt, der Energie verschwendete und die Passagiere störte. Außerdem war der Kohlenverbrauch derartiger Maschinen gewaltig, was ihre Reichweite herabsetzte.
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Der Ozeanriese 'Kaiser Wilhelm II.', 1903 in Dienst gestellt
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Charles Parsons hatte bei seinen Studien die Idee der Turbine aufgegriffen. Das Prinzip einer solchen Vorrichtung geht bis in die Antike zurück: es handelt sich dabei um ein verbessertes Schaufelrad, das durch Wasser oder Gas angetrieben wird. Eine Dampfturbine wird natürlich durch einen Dampfstrahl getrieben. Ein schwedischer Ingenieur hatte bereits 1883 eine funktionierende Turbine konstruiert. Diese Erfindung griff Parsons auf und meldete sie 1884 zum Patent an - allerdings nicht als Schiffsantrieb, sondern als Generator für Elektrizität an Bord von Schiffen. Parsons� eigentliche Absicht war aber die Entwicklung einer Dampfturbine, die ein Schiff antreiben konnte, und in diese Entwicklung steckte er seine ganze Energie. Er konstruierte immer neue und weiter verbesserte Turbinentypen, welche immer mehr Kraft umsetzen konnten und effizienter arbeiteten als die herkömmlichen Kolbenmaschinen. Zur Vermarktung seiner Idee gründete Parsons 1889 in Heaton nahe Newcastle-upon-Tyne die C A Parsons & Co, vier Jahre später die Marine Steam Turbine Company in Wallsend-on-Tyne.
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Eine Parsons-Dampfturbine
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Trotz der immer überzeugenderen Leistungen des neuen Antriebssystems wollte das Geschäft mit ihnen einfach nicht in Schwung kommen. Parsons fand keine Käufer für seine Turbinen, niemand schien sich dafür zu interessieren, daß hier ein revolutionäres Antriebssystem seiner Entdeckung harrte. Also entschloß er sich im Jahr 1894, seinerseits ein Schiff zu konstruieren, das die Vorzüge der Turbinenmaschine eindrucksvoll demonstrieren sollte. Es entstand eine kleine schnittige Yacht, etwa 30 Meter lang und mit einer Wasserverdrängung von 45 t. Sie erhielt eine starke Dampfmaschine, die eine einzelne 960 WPS leistende Dampfturbine trieb, die 2400 Umdrehungen pro Minute machte und eine Schraube antrieb. Die ersten Versuche mit diesem Experimentalschiff, das den Namen Turbinia trug, verliefen allerdings enttäuschend: auch bei voller Leistung kam das Schiff nicht über eine Geschwindigkeit von 19,75 Knoten hinaus, und diese Geschwindigkeit ließ sich mit herkömmlichen Kolbenmaschinen mühelos überbieten. Nach drei Jahren und vielen Versuchen zur Verbesserung dieses Ergebnis baute Parsons schließlich statt einer Turbine ihrer drei ein, die hintereinandergeschaltet und für unterschiedliche Dampfdrücke optimiert waren, so daß sich der Dampf langsamer entspannen konnte. Jede dieser Turbinen trieb eine Schraubenwelle, auf der drei Schrauben saßen und die sich erheblich langsamer drehten als die ursprüngliche Schraube - eine sehr komplizierte Anordnung, die nur funktionierte, weil Parsons zufällig die richtige Schraubengeometrie traf. Tests mit der veränderten Antriebsanordnung ergaben eine Geschwindigkeit von sagenhaften 34,5 Knoten - mehr als vier Knoten schneller als jedes Schiff davor! Der Grund dafür war, daß die Kraft der Turbinen sich nun auf mehrere langsam drehende Schrauben übertrug statt auf eine schnell drehende: die ursprüngliche Schraube war einfach zu schnell und erzeugte zuviel Kavitation, d.h. ihre enorme Umdrehungsrate erzeugte Blasen aus Wasserdampf, welche die Energie verpuffen ließen.
Doch trotz dieses durchschlagenden Erfolges fand Parsons immer noch keine Kunden für seine Erfindung. Es bedurfte offenbar eines Paukenschlages, um die Welt auf seine Technologie hinzuweisen - ein Ereignis, das sie eindrucksvoll vor aller Augen in Szene setzen würde.
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Die Schraubenanordnung der "Turbinia"
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Am 26. Juni 1897 fand zu Ehren des diamantenen Regierungsjubiläums der Königin Victoria eine große Flottenparade im Spithead nahe Portsmouth statt. Es war die größte Ansammlung von Schiffen, die die Welt bis dahin gesehen hatte. Die Royal Navy bot zu Ehren der Königin alles auf, was laufen konnte, nicht weniger als 165 Schiffe unter britischer Kriegsflagge waren anwesend. Darunter waren die modernsten Linienschiffe der Royal Sovereign- und Majestic-Klassen ebenso wie die neuesten Kreuzer und Zerstörer. Letztere stellten den Höhepunkt der modernen Schiffbautechnik dar und waren selbstverständlich mit den modernsten Dreifachexpansions-Kolbenmaschinen versehen, die ihnen eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 27 Knoten verliehen. Neben den Spitzen der britischen Gesellschaft inklusive der Königin und des Prinzen von Wales waren auch viele ausländische Gäste anwesend, darunter Prinz Heinrich von Preußen, Bruder des Kaisers und Marineoffizier.
Gerade als die Parade begann und die Kapellen die Nationalhymne anstimmten, durchbrach ein kleines Schiff die Absperrungen, welche die paradierenden Schiffe von der übrigen Wasserfläche trennten, und raste mit ungeheurer Geschwindigkeit die Reihe der Linienschiffe entlang. Es war die Turbinia, die unter voller Leistung demonstrierte, was die neuen Dampfturbinen zu leisten vermochten. Mit Höchstgeschwindigkeit umrundete sie mehrfach die Reihen der paradierenden Linienschiffe und ließ sich nicht stoppen. Es fehlte zwar nicht an Versuchen, den Störenfried zu verjagen, aber selbst die schnellsten Zerstörer der Royal Navy wurden mühelos abgehängt. Parsons hatte der versammelten Öffentlichkeit Großbritanniens und auch der Welt eindrucksvoll vor Augen geführt, was seine Erfindung leisten konnte. Prinz Heinrich von Preußen war außerordentlich beeindruckt, und er war nicht der einzige. Bereits ein Jahr nach der Flottenparade hatte Parsons seinen ersten Regierungsauftrag auf dem Tisch liegen: den Bau des ersten mit Turbinenmaschinen angetriebenen Zerstörers der Royal Navy, HMS Viper, die mit dem neuen Antrieb bis zu 36 Knoten erreichte.
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Die "Turbinia" bei der Flottenparade am 26. Juni 1897
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Auch Deutschland zog schnell nach und entwickelte seinerseits Turbinenmaschinen, die in alle modernen Kriegsschiffe eingebaut wurden. Der neue leistungsfähige Antrieb ermöglichte auch die Entwicklung neuer Kriegsschifftypen wie Schlachtschiffen und Schlachtkreuzern, welche die herkömmlichen Linienschiffe und Panzerkreuzer mit ihren Kolbenmaschinen ablösten. Als der Erste Weltkrieg 1914 ausbrach, war der Turbinenantrieb bereits in allen großen Marinen der Welt zum Standard geworden. Und nicht nur die Seeoffiziere interessierten sich für die neue Technik, auch schnelle Zivilschiffe verließen sich zunehmend auf Turbinenantriebe, allen voran die Ozeanriesen aller Nationen in ihrer Jagd nach dem "Blauen Band". Daneben gewann die Dampfturbine auch eine große Bedeutung in Wärmekraftwerken, die sie bis heute behalten hat - das Herz jedes Wärmekraftwerks (d.h. Kohle, Öl, Kernkraft) ist eine Dampfturbine.
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Die "Turbinia" in voller Fahrt
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Die Turbinia selbst war eines der Glanzstücke der Weltausstellung in Paris im Jahr 1900 und wurde noch bis 1907 für Werbezwecke eingesetzt. Bis 1927 verblieb sie im Privatbesitz Charles Parsons. Danach wurde sie entzweigeschnitten: Die vordere Hälfte kam ins "Science Museum" in London, die hintere ins "Museum of Science and Engineering" in Newcastle. 1960 wurden beide Teile wieder vereinigt und das komplette Boot kam in die "Turbinia Hall" des "Tyne & Wear County Council Museum" in Newcastle-upon-Tyne, wo sie bis heute bewundert werden kann.
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Plan der "Turbinia"
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| - Technische Daten - |
Abmessungen
Verdrängung: 44,5 t normal
Länge über alles: 31,62 m
Breite: 2,7 m
Tiefgang: 0,9 m
Antrieb
drei Parsons-Turbinen auf drei Wellen, 1 doppelendiger Wasserrohr-Kessel
Leistung
Gesamtleistung: 2.000 WPS
Höchstgeschwindigkeit: 34,5 kn
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Anmerkung: Herzlichen Dank an Parabellum für ausführliche Recherchen zum Thema.
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| Autor |
Thema: Die "Turbinia", Charles Parsons und die Revolution des Schiffsantriebs |
 | Kaiserjäger Goldi |
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Clan: [BEF]
Postings: 6163
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sehr schöner artikel
ich wär sowohl gern auf der "kaiser WilhelmII" gewesen als auch
bei der flottenparade *s*
was is eigentlich genau gemeint mit: weil er zufällig die richtige schraubengeometrei traf?
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 | Parabellum |
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Clan: Team Frontline18
Postings: 5411
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Die Geometrie einer Schiffsschraube ist durch eine ganze Reihe von Parametern definiert: Zahl der Blätter, Fläche pro Blatt, Anstellwinkel, Wölbung, Abstand vom Rumpf,... Bei Mehrschraubenanordnungen, wie sie die ersten Turbinenschiffe hatten, kommt dazu noch der Abstand auf der Welle und die Phasenverschiebung gegeneinander.
Je nachdem wie diese Parameter aussehen, bekommt man am Ende mehr oder weniger Schub - aber das merkt man in einer Zeit ohne Computersimulationen eben erst, wenn die Schrauben eingebaut sind und das Schiff zum ersten Mal damit fährt!
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Geschichte ist die Lüge, auf die man sich geeinigt hat. (Napoléon Bonaparte)
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 | =DFL= Feldwebel Schultz |
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Clan: DFL - L´Legion Etrangere
Postings: 2407
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Ich denke, diese vielen Schrauben hatten den schlichten Sinn, das kavitieren der Schraubenblætter zu vermeiden. Mit dieser Anordnung konnte man wohl mehr Kraft ins Wasser bringen, und gleichzeitig Kavitation vermeiden...
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