Häufigere und länger anhaltende Niedrigwasserphasen führen auf deutschen Wasserstraßen zu erheblichen Einschränkungen der Schifffahrt. Frachtschiffe sind daher bei Niedrigwasser nicht nur in ihrer Ladekapazität eingeschränkt, größere Schiffe müssen unter Umständen die Fahrt vollständig einstellen. Dadurch können weniger Güter transportiert werden. Das Rhein-Niedrigwasser im Jahr 2018 hat uns eindrucksvoll gezeigt, dass wir alle auf stabile Transportbedingungen auf den Wasserstraßen angewiesen sind.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, hat das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) die BAW damit beauftragt, einen sogenannten Niedrigwasserkorridor (NWK) am freifließenden Rhein zu untersuchen. Was genau bedeutet das? Im Prinzip geht es darum, wasserbauliche Anpassungen zu entwickeln, die auch bei niedrigem Wasserstand eine möglichst optimale Schifffahrt ermöglichen. Dabei wird jedoch nicht nur untersucht, wie der Fluss angepasst werden kann, sondern auch wie die Schiffe optimiert werden können. Es fahren bereits einzelne sogenannte niedrigwasseroptimierte Schiffe auf dem Rhein, die selbst bei extremem Niedrigwasser deutlich mehr Fracht transportieren können als herkömmliche Schiffe.
Um beurteilen zu können, inwiefern niedrigwasseroptimierte Schiffe in Zukunft zu einem gesicherten Güterverkehr auf dem Rhein bei Niedrigwasser beitragen können, müssen die fahrdynamischen Eigenschaften dieser Schiffe untersucht werden. Als Untersuchungsmethode werden hier unter anderem Experimente an einem gegenständlichen Modell herangezogen. Für diesen Zweck haben sich die BAW und das Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme (DST) als Kooperationspartner zusammengetan. Im Oktober 2024 fanden am DST Versuchsfahrten mit einem Modell eines niedrigwasseroptimierten Schiffs statt. Wir, Anne und Melissa, haben uns die Versuche vor Ort ein paar Tage angeschaut. Für uns als „Nicht-Schiffbauer“ ist das eine ganz neue Welt. Auch den Fotografen Herrn Ridderbusch haben wir mitgenommen, der die spannenden Versuche mit Foto-, Videokamera und sogar einer Drohne professionell dokumentiert hat.
Besonders erstaunenswert war in unseren Augen die beachtliche Größe des Modellschiffs, welches aus Holz gefertigt ist. Mit einer Länge von 9.5 m handelt es sich um ein Modell eines 135m-Schiffs mit einem Maßstab von etwa 1:13.5, welches in Abbildung 1 zu sehen ist. Die Fahrversuche mit diesem Schiff werden in einem 200 m x 9.5 m großen Tank durchgeführt. Dieser Tank ist insbesondere für Flachwasserverhältnisse ausgelegt. Die Wassertiefe kann hier durch das Ein-/Auspumpen von Wasser exakt eingestellt werden. Das sind optimale Bedingungen für unsere Interessen: Die Untersuchungen von Binnenschiffen bei besonders geringen Wassertiefen.
Wir durften in den ersten Tagen der Versuche vor allem Propulsionsversuche und Anfahr- sowie Stoppversuche bei unterschiedlichen Wasserständen im Tank beobachten. Neben den Wasserständen variierten auch die Schiffsgeschwindigkeit und der Tiefgang des Schiffs. Bis zu 2 Tonnen Gewicht wurde auf das Schiff geladen, um einen bestimmten Tiefgang zu erreichen.
Der Schleppwagen, der in Abbildung 2 zu sehen ist, begleitet das Schiff während der Fahrt. Zum einen ist er mit diversem Messequipment ausgestattet, das nicht ausreichend Platz auf dem Modellschiff findet und daher mit dem Schiff über Kabel verbunden ist. Auch die Personen, welche die Versuche ausführen, finden hier Platz. Zum anderen soll das Schiff für unsere Versuche nur in drei Freiheitsgraden beweglich sein. In dieser Versuchskampagne wurden die Propulsionseigenschaften bei Geradeausfahrt ermittelt. Das Schiff wird dabei entlang einer Geraden geführt und kann frei stampfen und tauchen.
Abbildung 3 zeigt einige Messgeräte, die sich auf dem Schiff und dem Schleppwagen befinden. Mit den Messgeräten werden Größen wie Widerstand, Düsen- und Propellerschub sowie Tiefertauchung und Vertrimmung gemessen.
Ein besonderes Highlight des Tanks war für uns und Herrn Ridderbusch der Fototunnel unter dem Tankboden. Aus diesem heraus kann das fahrende Schiff von unten beobachten werden und Aussagen über die am Schiff anliegende Strömung getroffen werden, siehe Abbildung 4.
Eines der Hauptziele dieser Versuchskampagne war es, die Propulsionsleistung dieses Schiffes zu bestimmen, wobei die Wissenschaftler*innen an der maximal erreichbaren Geschwindigkeit des Schiffes unter verschiedenen Wassertiefen interessiert sind. Dazu wird das frei fahrende Schiffsmodell so lange beschleunigt, bis es eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht. Dabei müssen die Versuchsingenieur*innen äußerst vorsichtig vorgehen, da eine zu hohe Geschwindigkeit zu Grundberührungen und Beschädigungen des Modells führen kann.
Pro Tag können etwa fünf bis sechs Versuche durchgeführt werden. Zwischen den einzelnen Fahrten muss oft eine Wartezeit von bis zu 60 Minuten eingelegt werden, damit sich die durch die Fahrt entstandene Welle im Tank soweit beruhigt hat, dass der nachfolgende Versuch nicht mehr davon beeinflusst wird. Die Pausen gaben uns die Gelegenheit die Wissenschaftler*innen mit neugierigen Fragen zu löchern, das Modellschiff mit Wathosen vom Wasser aus zu beäugen und die Räumlichkeiten und anderen Versuchshallen des DST zu besichtigen. So wurde uns in der Schreinerei erklärt, wie die Modellschiffe gebaut werden, neue Forschungsprojekte vorgestellt und der 360°-Schiffführungssimulator präsentiert. Wir möchten an dieser Stelle unser Dankeschön an das DST aussprechen für die Zeit und die informative Betreuung!
Das Ziel dieser Versuchsreihe ist es, niedrigwasseroptimierte Schiffe in den Schiffsführungssimulator der BAW zu integrieren. Dieser Simulator ermöglicht es, verschiedene Szenarien durchzuspielen und herauszufinden, wie wasser- und schiffbauliche Maßnahmen den Schiffsverkehr verbessern könnten. Auf diese Weise können fundierte Entscheidungen getroffen werden, um die Schifffahrt trotz des Klimawandels zukunftssicherer zu machen.
Autorinnen: Anne Bitterlich und Melissa Böhm
Verfasst von Melissa Böhm
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