Voith-Schneider-Propeller

Was einen Voith-Schneider-Propeller ausmacht

Ein Voith-Schneider-Propeller (VSP) ist eine zykloidale Antriebseinheit mit senkrechter Achse, bündig in den Schiffsboden eingesetzt. Eine Rotorscheibe trägt vier bis sechs senkrechte Flügel, die in fester Eintauchtiefe um eine gemeinsame Achse umlaufen. Der Anstellwinkel jedes Flügels wird über die Umdrehung hinweg von einem inneren Steuergetriebe fortlaufend verändert, sodass sich der entstehende Schubvektor auf jede Richtung über 360 Grad einstellen oder auf null zurücknehmen lässt, ohne die Rotordrehzahl zu ändern oder den Antrieb umzusteuern. Das ist der entscheidende Unterschied zu einem Ruderpropeller: Eine Azimuteinheit ändert die Schubrichtung, indem sie das ganze Gehäuse samt Propeller um eine senkrechte Achse schwenkt, was Zeit und Getriebeweg kostet; ein VSP ändert die Richtung, indem er das Anstellmuster neu setzt, was nahezu unverzüglich geschieht. Es ist auch der Grund, warum Schiffe mit VSP selten ein eigenes Ruder oder Bugstrahlruder tragen — die Einheit gibt bereits Schub in jede Richtung.

Hauptkomponenten

Rotorscheibe und Flügel

Der Rotor sitzt in einer kreisrunden Öffnung in der Bodenbeplattung des Schiffs, gegen den Rumpf abgedichtet. Vier bis sechs Flügel mit Tragflächenprofil sind auf senkrechten Königszapfen rund um den Umfang der Scheibe angebracht; Flügelzahl und Flügeltiefe sind auf den geforderten Schub und auf die Ziele für Geräusch und Schwingung abgestimmt.

Steuergetriebe (Exzenter- und Kulissenmechanismus)

Ein verschiebbarer Steuerpunkt im Rotor setzt den Anstellverlauf für jeden Flügel, während dieser seine Bahn durchläuft. Das Verschieben dieses Steuerpunkts ändert sowohl Richtung als auch Größe des Schubs; es wird üblich hydraulisch von der Brücke oder vom Manövrierpult betätigt.

Hauptantrieb und Lager

Die Leistung kommt von einem Dieselmotor oder Elektromotor über eine senkrechte oder kegelradgetriebene Hauptwelle in das Rotorgehäuse. Die Flügelfußlager, das Hauptrotorlager und die Lager des Steuergetriebes laufen alle getaucht oder in einem ölgefüllten Gehäuse und sind auf unversehrte Dichtungen angewiesen, um Seewasser fernzuhalten.

Dichtungen

Umlaufende Wellendichtungen zwischen den Flügelfüßen und der Rumpföffnung sowie um die Hauptrotorwelle sind die wichtigste Sperre gegen Wassereintritt in das Getriebegehäuse; ihr Zustand ist die mit Abstand häufigste Quelle ungeplanten Stillstands eines VSP.

Auswahl und Auslegung

Ein VSP wird nach dem geforderten Pfahlzug oder Freifahrtschub, dem Rotordurchmesser, der Flügelzahl und dem zulässigen Tiefgang bemessen, denn das Gehäuse ragt unter die Bodenebene und begrenzt die Kielfreiheit in flachem Wasser. Übliche Rotordrehzahlen liegen je nach Baugröße bei etwa 50 bis 90 Umdrehungen je Minute, mit installierten Leistungen je Einheit von einigen hundert Kilowatt auf Hafenschleppern und Fähren bis zu mehreren Megawatt auf großen Eskortschleppern, Baggern und manchen Offshore-Versorgern. Anlagen mit zwei Einheiten sind üblich, weil sie unterschiedlichen Schub zum Drehen ganz ohne Ruder geben.

Vorschriften und Klasse

Weil ein VSP Antrieb und Steuerung in einer Einheit vereint, prüfen die Klassifikationsgesellschaften ihn nach den Vorschriften sowohl für Antriebsmaschinen als auch für Ruderanlagen, und die meisten bieten einen eigenen Zusatz für zykloidalen Antrieb. Wo der VSP das einzige Steuermittel des Schiffs ist, wird der Redundanzgedanke von SOLAS Kap. II-1 für Ruderanlagen dadurch angewandt, dass die Anordnung mit zwei Einheiten als redundanter Weg bewertet wird, da kein einzelnes mechanisches Ruder eingebaut ist. Die Probefahrten enthalten üblich ein eigenes Manövrier- und Nothaltprogramm für zykloidale Einheiten, und die Klasse fordert eine wiederkehrende Besichtigung von Flügellagern, Dichtungen und Steuergetriebe in Abständen, die die Vorschriften der Gesellschaft für gleichwertige Antriebswellenanlagen setzen.

Typische Fehler

• Dichtungsversagen — Seewasser dringt in das Getriebegehäuse, verunreinigt das Schmieröl und beschleunigt den Lagerverschleiß; meist zuerst an einem steigenden Wassergehalt bei der laufenden Ölprobenahme erkannt.
• Flügellagerverschleiß — erhöht das mechanische Spiel im Anstellgestänge und erzeugt Schwingungen sowie einen Verlust an Genauigkeit beim Positionshalten und beim langsamen Manövrieren.
• Verschleiß des Steuergetriebes — ein ungenauer Anstellverlauf entspricht dem befohlenen Schubvektor nicht mehr, sodass das Schiff vom Kurs abtreibt, obwohl das Pult die richtige Einstellung zeigt.
• Flügelschaden durch Grundberührung oder Treibgutschlag — ein verbogener oder ausgeschlagener Flügel bringt das Schubbild aus dem Gleichgewicht, verursacht Schwingungen und zwingt in schweren Fällen bis zur Ausbesserung auf halbe Leistung.

Worauf es beim Lieferanten ankommt

• Flügellager und Dichtungen aus Erstausrüsterquelle; die Toleranzen des Anstellgetriebes sind eng genug, dass Fremdteile üblich vorzeitigen Verschleiß verursachen.
• Ein Servicenetz, das Flügel und Dichtungen schwimmend prüfen und wechseln kann, ohne Dock, denn der Zugang mit Tauchern oder Kastenschott gehört zur ursprünglichen Auslegungsabsicht.
• Belegte Probefahrt- und Manövrierdaten für genau die bestellte Rotorgröße und Flügelanordnung.
• Die Verfügbarkeit eines Satzes Ersatzflügel und -dichtungen passend zur eingebauten Einheit, entweder an Bord oder in einem Regionallager.

Dichtungszustand und Wassergehalt im Getriebegehäuseöl bei jedem Hafenanlauf eintragen: Eine Dichtung, die zu weinen beginnt, ist die früheste und billigste Warnung, die ein VSP gibt, bevor ein Lagerschaden aus einer Dichtungsarbeit eine vollständige Rotorüberholung macht.