Technik

ANTRIEB

Getriebe

Infolge zahlreicher Konstruktionsarten kann der Motor an unterschiedlichen Orten eingebaut sein und verschiedene Antriebssysteme aufweisen.
Die Kraftübertragung vom Motor über die Welle zum Propeller erfolgt meistens mit einem mechanischen Getriebe.
Das übliche Bootsgetriebe ist ein Wendegetriebe, auch als Umkehrgetriebe bezeichnet.
Durch Umkehrung der Drehrichtung des Propellers macht das Schiff entweder Fahrt voraus oder achteraus.
Weitere Funktionen des Getriebes:
Es kuppelt den Propeller aus, und es untersetzt eine hohe Motorendrehzahl auf eine niedrige Propellerdrehzahl.

ANTRIEB

Propeller

Kennwerte der Propeller:

a) Durchmesser: Der Durchmesser eines Propellers ist der Durchmesser des Kreises, den die Flügelspitzen bei einer Umdrehung beschreiben. Die Wahl des Durchmessers ist abhängig von der Drehzahl, mit der sich der Propeller drehen soll, der zur Verfügung stehenden Leistung und der angestrebten Höchstgeschwindigkeit.

b) Steigung: Die Steigung entspricht der Strecke, die ein Propeller in einem festen Material zurücklegen würde, vergleichbar einer Schraube in Holz. Es gibt zwei Arten der Steigung, entweder konstant oder progressiv. Die konstante Steigung bleibt von der Vorder- bis zur Hinterkante gleich. Die progressive Steigung beginnt flach an der Vorderkante und nimmt bis zur Hinterkante langsam zu.

c) Neigung: Steht der Flügel senkrecht zur Propellerachse, hat der Propeller 0° Neigung. Je stärker der Flügel nach hinten zeigt, desto stärker ist die Neigung. Bei Standardpropellern variiert die Neigung zwischen -5° und 20°. Serienpropeller haben üblicherweise etwa 15° Neigung. Die Neigung ist entweder linear oder progressiv. Eine stärkere Neigung verbessert das Verhalten des Propellers bei Kavitation sowie bei Ventilation, die auftritt, wenn ein Flügel die Wasseroberfläche durchschneiden.

d) Drehrichtung: Es gibt rechts- und linksdrehende Propeller. Die meisten Propeller von Außenbordern und Z-Antrieben drehen nach rechts. Einen rechtsdrehenden Propeller erkennt man daran, dass von der Seite gesehen die Flügel von unten links nach oben rechts zeigen; beim linksdrehenden ist es umgekehrt.

e) Flügelzahl: Ein einflügeliger Propeller wäre am effizientesten - wenn nur die Vibrationen erträglich wären. Um ein akzeptables Gleichgewicht und damit geringere Vibrationen zu erzielen, ist in der Praxis der Zweiflügler am günstigsten. Mit zunehmender Flügelzahl wird der Wirkungsgrad geringer, allerdings nehmen auch die Vibrationen ab. Die meisten Propeller sind Dreiflügler; ein Kompromiss zwischen Wirkungsgrad, Vibrationen und Kosten.

f) Schlupf: Ist kein Maß für den Wirkungsgrad eines Propellers, sondern der durch die Neigung bedingte Unterschied zwischen der theoretischen und der tatsächlichen Vorwärtsbewegung des Propellers. Hätten die Propellerflügel keine Neigung, gäbe es keinen Schlupf, aber auch keine Druckunterschiede und damit keinen Vortrieb.

Bauarten von Propellern:

a) Einfache Proppeller, diese können als einzelne Proppeller oder als doppelte Propeller (Zwei-Schrauben-Antrieb) Verwendung finden.

b) Duo Prop: Hierbei befinden sich zwei gegenständige Propellerblätter hintereinander auf einer Antriebsachse.

ANTRIEB

Propellerschäden

Verschiedene Schäden entstehen beim Betrieb eines Propellers durch die Drehung:

A) Kavitation:
Es kommt zu sogenanntem Kavitationsfraß an der Oberfläche fester Körper. Dabei wird das Oberflächenmaterial durch die hohen mechanischen Beanspruchungen in mikroskopisch kleinen Teilen deformiert. Nach einiger Zeit brechen aus der Oberfläche größere Partikel heraus.
Ursache für Kavitation an schnell bewegten Objekten in einem Fluid:
Der Druck einer Flüssigkeit ist umso geringer, je höher die Geschwindigkeit des drehenden Propellers ist. Fällt der Druck unter den Verdampfungsdruck der Flüssigkeit, bilden sich Dampfblasen.
Diese werden von der strömenden Flüssigkeit zu Bereichen mit höherem Druck mitgerissen. Dort kondensiert der Dampf in den Hohlräumen schlagartig, und die Dampfblasen kollabieren.
Dabei treten extreme Druck- und Temperaturspitzen auf.

B) Ventilation:
Ventilation tritt auf, wenn Luft von der Wasseroberfläche oder Abgase aus dem Auspuff in den Propellerstrahl gesaugt werden. Dadurch verringert sich die Last auf dem Propeller; der Motor überdreht, und der Schub nimmt ab. Gleichzeitig setzt an dem zu schnell drehenden Propeller massive Kavitation ein; dadurch verringert sich die Last weiter, bis der Propeller schließlich völlig den Kraftschluss mit dem Wasser verliert und jeglicher Schub ausbleibt.

BOOTSELEKTRIK

Stromversorgung

Die Versorgung mit elektrischer Energie an Bord erfolgt durch eine Lichtmaschine.
Diese wird durch einen Keilriemen vom Motor angetrieben und liefert dann Strom.
Produzierter Überschuss wird in die Bordakkumulatoren (Batterien) gespeist.

Wartungshinweise:
ACHTUNG: Bei laufendem Motor nie Batterie abklemmen oder den Hauptschalter betätigen, da sonst die Drehstromlichtmaschine beschädigt werden kann.
Beim Starten mit Fremdstrom sollten die Starterkabel immer zuerst an der leeren Empfängerbatterie angeschlossen werden, um evtl. Kurzschlüsse zu vermeiden. Motor des Spenderbootes laufen lassen. Eigenen Motor starten und abklemmen.

Falls das Boot Verbraucher an Bord hat, sollte es eine zweite Batterie haben.
a) 1. Batterie: Ausschließlich zum Starten des Motors.
b) 2. Batterie: Versorgung der restlichen Verbraucher.

Heute werden meist wartungsfreie Gel-Batterien verwendet.
Ältere Zink-Kohle Batterien müssen regelmäßig überprüft und gut belüftet werden (Knallgasgefahr).

HYDRODYNAMIK

Archimedisches Prinzip & Stabilität

Auftrieb und Stabilität sind wichtige Kenngrößen für die Schifffahrt.
Für den Auftrieb gilt das archimedische Prinzip.

1. Ein Körper schwimmt, wenn der Auftrieb grösser ist als sein Gewicht.

2. Ein Körper schwebt wenn Auftrieb und Gewicht gleich sind.

3. Ein Körper sinkt, wenn der Auftrieb kleiner ist als sein Gewicht.

Der Begriff Stabilität bezeichnet in der Nautik die Eigenschaft eines schwimmenden Körpers (beispielsweise eines Schiffes) eine aufrechte Schwimmlage beizubehalten oder sich als Reaktion auf ein krängendes Moment selbständig wieder aufzurichten.

Die Stabilität eines Schiffes ergibt sich aus dem Verhältnis von Gewichtsschwerpunkt und Auftriebsschwerpunkt (auch Form- oder Verdrängungsschwerpunkt), sowie der sich aus ihnen ergebenden metazentrischen Höhe.

Als Gewichtsschwerpunkt kann man sich die gesamte nach unten wirkende Gewichtskraft des Schiffes auf einen Punkt konzentriert vorstellen. Bei einer Krängung des Schiffes behält der Gewichtsschwerpunkt seine Lage innerhalb des Schiffes bei, solange alle Massen im Schiff an ihrem Ort bleiben (wenn zum Beispiel Ladung übergeht, ändert dies auch den Gewichtsschwerpunkt).

Als Auftriebsschwerpunkt kann man sich die gesamte nach oben wirkende Gewichtskraft des verdrängten Wassers denken. Er ändert seine Lage bei einer Krängung, weil sich die „Form“ des verdrängten Wassers ändert.

Stabile Schwimmlage: Liegt der Formschwerpunkt hoch über dem Gewichtsschwerpunkt, entsteht ein großer, aufrichtender Hebel zwischen den Wirkungslinien von Gewicht und Auftrieb. Es bildet sich daher ein großes aufrichtendes Moment. (Stehauf-Männchen).

Instabile Schwimmlage: Liegt der Gewichtsschwerpunkt sehr hoch, also nur knapp unter dem Formschwerpunkt , bekommt das Schiff Schlagseite und hat eine verringerte Stabilitätsreserve, es kentert jedoch nicht.
Bei zusätzlich aufgezwungener Krängung (z.B. Wind) kann der Gewichtsschwerpunkt weiter nach außen wandern als der Formschwerpunkt, das Metazentrum liegt dann unter dem Gewichtsschwerpunkt, der Hebel wird negativ. Das Schiff kentert.

ACHTUNG: Schiffe kentern schlagartig. Es gibt keine Vorwarnung!

HYDRODYNAMIK

Radeffekt

Der Radeffekt, auch als Schraubeneffekt bezeichnet, ist die Versetzung des Hecks eines Schiffes aufgrund der Drehung des Propellers.

Bei Fahrt voraus ist der Radeffekt nur gering ausgeprägt und nur wenig spürbar. Bei Fahrt achteraus, d. h. Rückwärtsfahrt, tritt der Radeffekt dagegen in verstärktem Maß auf.
Er kann je nach Schiffstyp und Form des Rumpfes so stark sein, dass das Schiff achteraus trotz hartem Gegenruder einen Bogen entgegen der Ruderlage fährt.

Ursache des Radeffektes:

Der rotierende Wasserstrahl übt eine asymmetrische Kraft auf den Schiffsrumpf aus.

Bei Fahrt achteraus trifft der Propellerstrahl eines rechts drehenden Propellers auf den Rumpf des Schiffes.
Der obere Teil des Propellerstrahls trifft auf die Steuerbordseite (rechte Seite) des Hecks und übt eine nach Backbord (linke Seite) gerichtete Kraft auf das Heck aus.
Das auf die Steuerbordseite des Hecks auftreffende Wasser des Propellerstrahls drückt das Heck nach Backbord.
Umgekehrt trifft bei einem links drehenden Propeller, der im Rückwärtsgang im Uhrzeigersinn dreht, der obere Teil des Propellerstrahls auf die Backbordseite des Hecks, so dass das Heck nach Steuerbord versetzt wird.

Ursache des Radeffektes bei Fahrt achteraus ist somit der Einfluss des Propellerstrahls auf den Schiffsrumpf.
Der Propellerstrahl wird durch den Schiffsrumpf gestört und übt dabei eine Querkraft auf diesen aus.

HYDRODYNAMIK

Rumpfformen

Boote werden nach Ihrer Bauform in Verdränger und Gleiter (inkl. einiger Untergruppen wie Halbgleiter etc.) unterschieden.

A) Verdränger (meist Rund-Spanter):
Verdrängt jene Wassermenge, die seiner Masse (Gewicht) entspricht.

Vorteil: Extrem sparsam.

Nachteil: Langsam, nicht so wendig.

Verdränger können selbst mit starker Motorisierung nicht schneller fahren als es die Rumpfgeschwindigkeit erlaubt.
Das Schiff ist zwischen seiner Bug- und Heckwelle gefangen.
Zur Brechnung der Rumpfgeschwindigkeit benutzt man die Fraud`sche Formel:
Max. km/h = Wurzel aus (4.5 x Länge der Wasserlinie).

B) Gleiter (Knick- bzw. flacher V-Spanter):
Ab einer bestimmten Geschwindigkeit hebt sich das Boot leicht aus dem Wasser und beginnt, auf der Oberfläche zu gleiten. Mit dem Powertrimm kann der Anstellwinkel der Schraube beliebig verändert werden.

Vorteil: Hohe Geschwindigkeiten möglich.

Nachteil: Hoher Verbrauch.

MOTOR

Außenborder

Außenbordmotoren sind häufig auf kleinen Motorbooten und Dingis anzutreffen und werden auch als Hilfsantrieb von Segelbooten bzw. Yachten eingesetzt.
Außenborder werden für den Anbau an unterschiedlichen Booten mit verschieden langen Schäften hergestellt.
Verbreitet sind:

a) Normal- oder Kurzschaft (15 Zoll, ca. 38 cm).

b) Langschaft (20 Zoll, ca. 51 cm), wobei von der Kavitationsplatte bis zur Oberkante des Bootsspiegels gemessen wird.

ACHTUNG: Beim Anbau eines Außenbordmotors mit nicht zum Bootsspiegel passender Schaftlänge verschlechtern sich die Fahreigenschaften des Bootes.

MOTOR

Impeller

Impellerpumpen werden für die Kühlung von Bootsmotoren eingesetzt.

Funktion des Impellers:
Außenwasser wird angesaugt und bei Einkreiskühlung durch den Motor und bei Zweikreiskühlung durch einen Wärmetauscher gepumpt. Es entsteht an der Ansaugöffnung ein Unterdruck, der das eigentlich zu fördernde Wasser ansaugt. Anschließend tritt das Kühlwasser, meist über den Auspuff, wieder aus. Ein Ausbleiben des Wassers zeigt, dass der Kühlwasserkreislauf unterbrochen ist und ein Motorschaden wegen Überhitzung droht.

Vorteile von Impellerpumpen:
a) Sie sind selbstansaugend.

b) Gute Dichtwirkung der elastischen Schaufeln am Pumpengehäuse.

c) Impellerpumpen können auch Luft ansaugen.

Nachteil:
Impellerpumpen sind sehr anfällig gegen ein längeres Ausbleiben des Kühlwassers.
Wird beispielsweise bei einer Impellerpumpe eines Bootsmotors die Ansaugöffnung verschlossen, weil ein Gegenstand die Öffnung zugesetzt hat oder das Seewasserventil nicht geöffnet wurde, läuft der Impeller trocken.

Nach einiger Zeit reißen die flexiblen Schaufeln der Impellerpumpe ab (je nach Qualität zwischen wenigen Sekunden bis mehreren Minuten).
Dabei verteilen sich die einzelnen Bruchstücke der Schaufeln im Kühlwasserkreislauf und verstopfen ihn, was sofort die Kühlung unterbricht. Ein kompletter Motorschaden ist die Folge.

MOTOR

Motorkühlung

In der Praxis kommen zwei Varianten der Wasserkühlung zur Anwendung:

1) Direkte Kühlung (Einkreiskühlung):

Hauptsächlich bei Außenbordern und kleinen Innenbordern in Verwendung.
Das Kühlwasser wird über das Seeventil und einen Seewasserfilter angesaugt und mit einem Impeller zur Kühlung direkt um den Motor geleitet (Kühlkanäle).
Anschließend tritt es über den Auspuff erwärmt wieder aus ("nasser Auspuff").

2) Indirekte Kühlung (Zweikreiskühlung):

Wird meist bei modernen Innenbordern verwendet.
Das Kühlwasser wird über das Seeventil und einen Seewasserfilter angesaugt und mit dem Impeller in einen Wärmetauscher geführt, wo es die Wärme vom Motorkühlwasser indirekt aufnimmt und über den Auspuff leicht erwärmt wieder austritt.
Die Temperaturkontrolle erfolgt über eine Anzeige.
Wassertemperatur im Motor etwa 90°C.
Vorteile:
Optimale Motortemperatur, in den Motorkanälen fließt Kühlflüssigkeit, kein Schmutz und keine Ablagerungen.
Nachteil: Höherer Preis und Platzbedarf.

MOTOR

Pinne

Diese Außenbordmotoren sind häufig auf kleinen Motorbooten und Dingis anzutreffen und werden auch als Hilfsantrieb von Segelbooten bzw. Yachten eingesetzt. Diese Außenborder werden meist mit einem Starterseil gestartet, können aber auch über einen Elektrostarter verfügen.

Wenn Außenborder auf kleineren Booten eingesetzt werden, verfügen sie oft nicht über eine separate Steuerung und einen Schalthebel sondern über eine sog. Pinne.

Mit der Pinne wird gesteuert (Motor gedreht), Gas gegeben und mit einem Fahrtwahlhebel vorwärts oder rückwärts gefahren.

Pinnen verfügen über einen Unterbrecher, der den Motor sofort abstellt, wenn ein Unterbrecher-Schlüssel (kleines U-förmiges Plastikteil) aus seiner Halterung entfernt wird. Der Unterbrecher-Schlüssel ist an einem flexiblen Band befestigt, das der Fahrer am Handgelenk trägt. Fällt der Fahrer über Bord wird der Unterbrecher-Schlüssel aus einer Halterung gezogen und der Motor gestoppt.

MOTOR

Schmierung

Zweitakter- u. Viertakter Motoren werden auf unterschiedliche Weise geschmiert.

A) Viertaktmotor. Druckumlaufschmierung:
Das im Kurbelgehäuse befindliche Öl (Ölwanne) wird über eine Zahnradpumpe (5 - 7 bar) zu den Schmierstellen (Lager, Laufflächen, usw.) gefördert und fließt dann wieder in die Ölwanne.

B) Zweitaktmotor. Gemischschmierung:
Festes Mischungsverhältnis z.B. 1 : 25 oder Frischölschmierung, bei der Öl drehzahlabhängig aus gesondertem Tank zugemischt bzw. im Vergaser eingespritzt wird.
Die Frischölschmierung ist wegen des geringeren Ölverbrauchs wirtschaftlicher.
ACHTUNG: Bei Sportbooten sind 2 Takt Motoren in fast allen Ländern der EU nicht mehr erlaubt.

MOTOR

Wirkungsprinzip 2 u. 4 Takter

Zweitakter- u. Viertakter Motoren haben unterschiedliche Wirkungsweisen.

A) Vier-Takt Motor (Benzin oder Diesel):

1. Takt Ansaugen: Ansaugventil offen, Kolben nach unten.

2. Takt Verdichten: Ventile zu, Kolben nach oben.

3. Takt Arbeiten: Ventile zu, Kolben wird nach unten geschleudert.

4. Takt Auspuffen: Auspuffventil offen, Kolben nach oben.

B) Zwei-Takt Motor :

1. Takt verdichten und ansaugen: Kolbenoberkante verschließt Überström- und Auspuffkanal. Im Zylinder wird das übergeströmte Frischgas verdichtet. Kolbenunterkante gibt Ansaugkanal frei und saugt Frischgas ins Kurbelgehäuse.

2. Takt arbeiten, vorverdichten, auspuffen und überströmen: Kolben Unterkante verschließt Ansaugkanal, im Kurbelgehäuse wird vorverdichtet, später gibt Kolbenoberkante Auspuff- und danach Überströmkanal frei. Teilweise Vermischung von Frisch- und Abgas, höherer Verbrauch. Kanäle des 2-Takters: Ansaugkanal, Überströmkanal, Auspuffkanal.

WARTUNG

Bootpflege

Am Unterwasserschiff können sich tierischer Bewuchs, Schleim oder Algen festsetzen. Mit Antifouling wird das Unterwasserschiff konserviert und gegen Bewuchs geschützt.

A) Selbsterodierendes Antifouling: Dieser Anstrich ist teilweise löslich und baut sich an vorbeiströmendem Wasser ab. Dadurch kommen immer wieder neue, wirkstoffhaltige Schichten an die Oberfläche des Antifoulings.

B) Hartes Antifouling: Für schnellere Fahrzeuge eignet sich das harte Antifouling. Die chemisch kontrollierte Abgabe der Substanzen findet über 1-2 Saisonen statt, jedoch nur in Verbindung mit Wasserkontakt.

WARTUNG

Checklisten

A) Checkliste Innenbordmotor:

1. Motorraum-Inspektion durch Öffnen des Motorraums.

a) Benzingeruch?
Anschlüsse und Schläuche auf Dichtheit prüfen.

b) Wasser in der Bilge?
Zustand des Wassers prüfen:
Wenn ölig oder stark verschmutzt Wasser mit geeignetem Gerät so aufnehmen, dass nichts in die Umwelt gelangen kann, und gemäß Umweltschutzvorschriften entsorgen.
Wenn nicht ölig oder nur gering verschmutzt, Wasser mit geignetem Gerät aufnehmen oder lenzen.

c) Öl in der Bilge oder in der Auffangwanne?
Mechaniker beiziehen.

2. Öl-Kontrolle:
Ölstand mit Messstab kontrollieren.
Wenn zu wenig Öl, mit geeignetem (vom Hersteller vorgeschriebenen) Öl bis zum vorgesehenen Füllstand auffüllen.

B) Checkliste Aussenborder:

a) Visuelle Kontrolle: Ölfilm im Wasser hinter dem Motor?
Mechaniker beiziehen. Dichtheit von Gehäuse oder Getriebe prüfen lassen.

b) Benzingeruch?
Anschlüsse und Schläuche auf Dichtheit prüfen.

c) Öl-Kontrolle: Ölstand mit Messstab kontrollieren. Wenn zu wenig Öl, mit geeignetem (vom Hersteller vorgeschriebenen) Öl bis zum vorgesehenen Füllstand auffüllen.

3. Sonstige Checks:
Beachten Sie auch die Farbe der Abgase. Sie kann ein Indikator für schwerwiegende Motorprobleme sein.

WARTUNG

Überprüfungen

1. Sämtliche Urkunden sind im Original an Bord.
2. Die vorgeschriebenen Ausrüstungsgegenstände sind vollständig und einsatzbereit.

1) Vor dem Starten:

a) Einschalten der Stromversorgung (Hauptstromschalter).

b) Bei Innenbordern: Einschalten des Blowers für mind. 3 Minuten.

c) Batterieladung prüfen (Voltmeter).

d) Überprüfen der elektrischen Geräte.

e) Positionslichter prüfen.

f) Tankfüllung prüfen (Tankuhr).

g) Motoröl prüfen (Ölstandskontrolle).

h) Ankervertäuung checken.

i) Ggf. Treibstoff mit Pump Ball in den Vergaser einpumpen.
k) Getriebestellung im Leerlauf herstellen.

2) Starten:
Immer nur kurz, max. ca. 5 Sek., um den Motor nicht "absaufen" zu lassen. Wenn vorhanden, die Stellung eines Choke beachten.)"

3) Vor dem Ablegen:

a) Evtl. vorhandene Landanschlüsse (Landstrom) sind abgesteckt.
b) Alle Leinen sind gelöst und aufgeschossen (an Bord gesichert).
c) Fender und Badeleiter sind eingeholt und gesichert.

WARTUNG

Wartungschecks

Wird ein Boot über die Wintermonate aus dem Wasser gehoben, sollte der Motor unbedingt konserviert werden. Kondenswasser und Frost können den Motorblock sprengen!

Nach dem Kranen oder Slippen sollten das Unterwasserschiff und der Trieb gereinigt und der Lenzstopfen entfernt werden.

1) Check nach dem ersten Starten:

a) Lädt die Lichtmaschine?

b) Funktion der Motorkühlung?

c) Baut die Ölpumpe Druck auf?

d) Funktion der Bordinstrumente?

e) Funktion der Lichter und Signale?

f) Dichtheit der Lenzvorrichtung (Bilge)?

2) Check nach der Saison:

a) Ölwechsel (Konservierungsöl)? Öl-, Wasser- und Luftfilter reinigen? Frostschutz im Kühlkreislauf?

b) Bordakkumulatoren aufladen?

c) Treibstofftank ganz befüllt?

d) Seeventile und Impeller geprüft?