Fahrzeuge bremsen durch Reibung, wodurch bremsen Schiffe?

Bremsvorrichtungen sind für das sichere Fahren aller Fahrzeuge, sowohl Kraftfahrzeuge als auch Nicht-Kraftfahrzeuge, von wesentlicher Bedeutung.

Unabhängig vom Fahrzeugtyp ist das Bremsprinzip im Wesentlichen dasselbe: Es nutzt Reibung. Autos sind auf Bremsscheiben angewiesen. Das Prinzip ist relativ einfach: Die Bremsscheibe wird mit einem Bremssattel festgeklemmt, wodurch das Fahrzeug durch Reibung angehalten wird. Da mit Reibung gearbeitet wird, ist die Kontaktfläche zwischen Bremssattel und Bremsscheibe besonders wichtig. Beispielsweise ist der Bremssattel eines F1-Autos viel größer als der eines normalen Autos, daher ist auch die Bremsleistung viel stärker. Ein gewöhnliches Auto benötigt bei einer Geschwindigkeit von 100 Kilometern pro Stunde von der Notbremsung bis zum vollständigen Stillstand etwa 4 bis 5 Sekunden, während ein F1-Formelauto bei einer Geschwindigkeit von 400 Kilometern pro Stunde nur 4 Sekunden benötigt. Autos sind zum Bremsen auf Reibung angewiesen und dasselbe gilt für Fahrräder, die ebenfalls die Reibung zwischen den Bremsbelägen und den Rädern zum Bremsen nutzen.

Fahrzeuge, die an Land fahren, haben Bremsen. Haben also auch riesige Schiffe, die im Meer segeln, Bremsen?

Viele Leute denken vielleicht: Nein, wenn das Schiff auch Bremsen hat, wie konnte die Titanic dann mit dem Eisberg kollidieren? Tatsächlich ist dies nicht der Fall. Das Schiff verfügt zwar über Bremsen, aber es dauert länger, bis das Schiff nach einer Notbremsung vollständig zum Stehen kommt. Im Allgemeinen beträgt die Bremszeit eines Containerschiffs etwa 10 Minuten und es muss vom Beginn des Bremsvorgangs bis zum vollständigen Stillstand etwa 2 Kilometer gleiten. Ist diese Bremszeit nicht zu lang? Im Vergleich zu Fahrzeugen an Land ist die Bremszeit eines Schiffes zwar etwas länger, aber völlig ausreichend. Denn auf dem weiten Ozean ist eine Notbremsung kaum erforderlich, sodass eine längere Bremszeit akzeptabel ist.

Eigentlich lassen sich die langen Bremszeiten eines Schiffes nicht vermeiden.

An Land müssen wir lediglich die Räder am Drehen hindern und die starke Reibung des Bodens bringt das Fahrzeug automatisch zum Stehen. Im Meer ist das jedoch anders. Das Schiff ist von Wasser umgeben, sodass es auch bei einem vollständigen Ausfall der Antriebseinheit noch lange Zeit und über weite Strecken vorwärts segeln kann. Es ist ersichtlich, dass es nicht ausreicht, den Propeller einfach anzuhalten. Wenn Sie das Schiff anhalten möchten, muss sich der Propeller nicht nur nicht mehr drehen, sondern er muss sich auch in die entgegengesetzte Richtung drehen, um eine entgegengesetzte Kraft auf das Schiff auszuüben. Nur so kann gewährleistet werden, dass das Schiff innerhalb von zehn Minuten gebremst werden kann. Wie können wir also den Propeller in die entgegengesetzte Richtung drehen lassen?

Aus der Perspektive des Antriebssystems des Autos betrachtet, scheint es nicht schwierig zu sein, den Propeller umzukehren, da hierfür lediglich die Hilfe eines Getriebes erforderlich ist.

Zwar lässt sich die Propellerbewegung mithilfe eines Getriebes umkehren, das Problem besteht jedoch darin, dass große Containerschiffe in der Regel nicht mit Getrieben ausgestattet sind. Wie wir alle wissen, besteht die Hauptfunktion eines Getriebes in der Geschwindigkeitsregulierung. Da die Motordrehzahl eines großen Frachtschiffs sehr niedrig ist, ist es völlig unnötig, es mit einem Getriebe zur Geschwindigkeitsregulierung auszustatten. Da die Propeller großer Frachtschiffe direkt mit den Motoren verbunden sind, gibt es nur eine Möglichkeit, die Propeller umzukehren, und zwar die Umkehrung der Motoren. Wenn dies bei einem Auto passieren würde, wäre das ein Witz, denn man kann den Motor nicht bei jedem Rückwärtsfahren abstellen und neu starten, oder? Der Einsatz auf Schiffen ist jedoch sinnvoll, da dort Zweitakt-Dieselmotoren zum Einsatz kommen.

Vereinfacht ausgedrückt ist das Funktionsprinzip eines Zweitakt-Dieselmotors wie folgt.

Wenn das Diesel-Luft-Gemisch explodiert, drückt es den Kolben nach unten. Wenn der Kolben über den Lufteinlass am Boden des Zylinders nach unten sinkt, gelangt die von der Turbine unter Druck gesetzte Luft in den Zylinder. Gleichzeitig öffnet sich die Auslassöffnung oben und der Abfall wird ausgestoßen. Anschließend bewegt sich der Kolben aufgrund der Trägheit nach oben. Der sich nach oben bewegende Kolben komprimiert das obere Gas kontinuierlich, wodurch Temperatur und Druck weiter ansteigen. Zu diesem Zeitpunkt öffnet sich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und spritzt Kraftstoff nach innen, was erneut eine Explosion verursacht und ein neuer Zyklus beginnt. Aus dem Funktionsprinzip von Dieselmotoren lässt sich ersehen, dass es nicht schwer ist, es umzukehren. Unterbrechen Sie zunächst die Kraftstoffzufuhr und spritzen Sie dann Gas aus dem oberen Teil des Zylinders ein, um die Kolbenbewegung allmählich zu stoppen. Stellen Sie zu diesem Zeitpunkt die für den Auspuff und die Kraftstoffeinspritzung zuständige Nocke in die entgegengesetzte Position und nehmen Sie dann die Kraftstoffzufuhr wieder auf. Der Motor dreht sich in die entgegengesetzte Richtung wie zuvor. Dieser Vorgang kann sozusagen in einem Durchgang durchgeführt werden.

Die am häufigsten verwendete Bremsmethode bei großen Frachtschiffen besteht darin, den Motor und damit den Propeller umzukehren. Gibt es außer dieser noch andere Methoden? Ja, zum Beispiel durch den Einsatz von Verstellpropellern.

Auch das Bremsprinzip eines Verstellpropellers ist denkbar einfach: Er besteht darin, den Winkel der Blätter bei unveränderter Drehrichtung zu verändern und dadurch die Kraftrichtung des Propellers zu ändern. Dies ist vergleichbar mit dem elektrischen Ventilator bei uns zu Hause. Durch Ändern des Winkels jedes Flügels kann die Luft nicht mehr nach vorne, sondern nach hinten geblasen werden. Dieser Propeller weist jedoch eine komplexe Struktur auf und ist zu dick und schwer, wodurch er anfälliger für Korrosion ist. Daher wird diese Methode nicht verwendet, es sei denn, das Schiff strebt übermäßig nach Flexibilität.

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