Außenseiter der Meere

Rostock-Warnemünde. In der Warnow dümpelt etwas, das auf den ersten Blick wie ein Wasserflugzeug aussieht: Es hat Flügel und Propeller, hinten ein Leitwerk und vorn eine schnittige Kabine. Die Flügel berühren zwar das Wasser, aber trotzdem – die Erfahrung sagt: Das ist ein Flugzeug. Tatsächlich aber ist der Seafalcon, so der Name des Geräts, ein so genanntes Bodeneffekt-Fahrzeug. Da es nicht höher als zwei Meter fliegen kann, gilt es als Boot und eben nicht als Flugzeug – „so besagen es die Statuten der International Maritime Organization IMO“, erklärt Dieter Puls, Entwickler des ungewöhnlichen Geräts und Geschäftsführer der MTE Meerestechnik Engineering GmbH.

Üblicherweise denken Schiffsbauer und Reeder eher traditionell. Schon als 1956 die „Ideal X“, der erste Containerfrachter der Welt, den Hafen von Newark verließ, erkannte kaum jemand das Potenzial dieses Schiffs. Heute beherrschen Containerschiffe den Frachtverkehr, und beständig werden neue Superlative in den Werften in Fernost auf Kiel gelegt. Neue Schiffstypen haben es dagegen schwer. Sie werden nur für genau umrissene Spezialzwecke oder Märkte entwickelt – etwa, um auch auf flachen Gewässern Fracht befördern zu können oder Lastwagen auf schmalen Flüssen und Kanälen zu verschiffen, um Lotsen auch bei rauer See sicher zum nächsten Schiff zu bringen, oder um eine Hand voll Passagiere geradezu blitzschnell über das Wasser zu schießen – wie mit dem Seafalcon.

Das Flugboot macht sich eine physikalische Besonderheit zunutze: den sogenannten Bodeneffekt. Dieser entsteht, wenn ein Flügel schnell und dicht über eine Ebene gleitet. „Dann wird der Überdruck unter dem Flügel größer“, erklärt Puls. Die Luft wird quasi unter dem Flügel zusammengedrückt, ähnlich einem Luftkissen. Dadurch wird der Auftrieb des Bodeneffekt-Fahrzeugs größer, der Motor muss weniger Kraft aufwenden, um das Gerät in der Luft zu halten. „Wir können also mit der gleichen Leistung mehr Fracht transportieren“, konstatiert Puls zufrieden.

„Ingenieurteams in aller Welt arbeiten derzeit an Bodeneffekt-Fahrzeugen“, sagt der Flugzeugentwickler Hanno Fischer. Wie Puls in Rostock setzt auch sein Unternehmen Fischer Flugmechanik im nordrhein-westfälischen Willich auf diese Technik. Bereits 2003 hat Fischer damit einen serienreifen Achtsitzer entwickelt, den Airfish 8.

Entdeckt wurde das Phänomen des Bodeneffekts sogar schon in den 20er-Jahren. In den 60ern dann entwickelten Militärs in Ost und West verschiedene Typen dieses speziellen Bootes. Zivile Flugboote hat es aber bis heute nicht gegeben: Sie verbrauchten bisher zu viel Sprit, da sie vom Wasser aus starten.

Wasser ist rund 800-mal dichter als Luft. Diesen Widerstand müssen die Bodeneffekt-Fahrzeuge beim Abheben überwinden. Dafür benötigen sie starke Motoren. „Der Leistungsbedarf beim Start ist zwei- bis dreimal höher als beim Flug“, sagt Puls. Das bedeutet: Nach dem Start werden die Motoren kaum noch gefordert; sie laufen unwirtschaftlich und verbrauchen viel.

In der Ruhe liegt der Vorteil

Zwischen 1992 und 2000 haben die Sauerländer und die Rostocker Ingenieure – erst gemeinsam, dann unabhängig voneinander – Lösungen entwickelt, mit denen sie den Leistungsbedarf erheblich reduzierten. Heute liefern sich die beiden Unternehmen ein Wettrennen um den ersten kommerziellen Einsatz ihrer Bodeneffekt-Fahrzeuge.

Fischer arbeitet bereits an einem 20- und einem 80-Sitzer, die in den kommenden Jahren flügge werden sollen. Einen grundsätzlichen Nachteil haben die Bodeneffekt-Fahrzeuge allerdings: Sie funktionieren nur bei einigermaßen ruhiger See. Drohen die Wellen das Gefährt zu treffen, muss das Fluggerät zurück ins Wasser. Die Passagiere müssen dann wieder ein konventionelles Schiff benutzen.

Längst nicht alle Schiffsnutzer können auf eine ruhige Fahrt bei hohem Wellengang verzichten. Wissenschaftler zum Beispiel können sich das Wetter für Expeditionen nicht aussuchen. Meeresforscher planen ihre Fahrten oft Jahre im Voraus. Ist dann so schlechtes Wetter, dass sie nicht an Deck gehen können, war ihre ganze Vorbereitung umsonst. Genau für diesen Zweck entwickelten Ingenieure so genannte SWATH-Schiffe – wobei SWATH für Small Waterplane-Area Twin Hull steht.

Die sehen über Wasser zwar aus wie Katamarane, sind aber keine. Darauf legt Martin Braun, Ingenieur der Nordseewerke in Emden, größten Wert. Er hat auf der Werft in Emden von 2003 bis 2005 den Bau der „Planet“ geleitet, ein Forschungsschiff der Bundesmarine in SWATH-Bauweise. „Nennen wir sie 2-Rumpf-Schiffe“, schlägt Braun vor. Denn unter der Wasserlinie endet jede Ähnlichkeit mit Katamaranen: Statt zwei schlanken Rümpfen finden sich dort zwei große runde Schwimmer, die eher an eine Bohrinsel erinnern, denn an ein Schiff.

„Es geht darum, Auftrieb an der falschen Stelle zu vermeiden und das Schiff so ruhiger durchs Wasser zu leiten“, erklärt Braun. Läuft bei einem konventionellen Schiff eine Welle am Rumpf entlang, erzeugt sie einen zusätzlichen Auftrieb – das Schiff wird etwas angehoben. Ist die Welle fort, entfällt auch der zusätzliche Auftrieb, das Schiff fällt wieder zurück: Es stampft.

Genau das verhindert die SWATH-Technik. Die Schwimmer sind durch dünne Träger mit der Plattform, dem Deck, verbunden. „Diese Träger sind so schmal, dass Wellen kaum zusätzlichen Auftrieb erzeugen“, sagt Braun. Das Schiff bleibt daher auch bei größerem Seegang ruhig im Wasser liegen. „Die ,Planet‘ ist so konstruiert, dass die Wissenschaftler noch bei Wellengang von dreieinhalb Metern Höhe ruhig an Deck arbeiten können.“

Doch das Prinzip hat seine Grenzen: Ein SWATH-Schiff hat weniger Auftrieb als ein konventionelles. Trägt es zu viel Last, nähert sich das Deck gefährlich der Wasserlinie. Zu wenig Last – und die Schwimmer nähern sich der Wasseroberfläche von unten. „Die Nutzladung sollte also immer ungefähr gleich groß sein“, sagt Braun. Idealer Einsatzzweck sind daher Forschungsschiffe oder Lotsenboote.

Sie tragen fast immer das gleiche Gewicht: Menschen, Ausrüstung und Vorräte. Nur der Treibstoff wird mit der Zeit weniger, „doch den kann man leicht durch Ballast ersetzen“, so Braun. Inzwischen interessiert sich auch der bundesdeutsche Zoll für diese Technik. Denn bei rauer See mit hoher Geschwindigkeit durch die Wellen zu pflügen, ist für die Besatzung nicht nur anstrengend, sondern auch gefährlich.

Komfortabel und teuer

Für Passagierschiffe ist die Technik ebenfalls gut geeignet. Mit ihr könnte das Problem der Seekrankheit – dank der ruhigeren Wasserlage – der Vergangenheit angehören. Doch bis jetzt gibt es weltweit nur wenige SWATH-Ausflugs- oder -Kreuzfahrtschiffe – etwa die hawaiianische Navatek 1 und 2 sowie die in Finnland gebaute Radisson Diamond. Das könnte daran liegen, dass der spezifische Verbrauch pro Fahrgast im Prinzip höher liegt als bei einem konventionellen Schiff: Weil der Auftrieb niedriger ist, können weniger Menschen mitfahren, weil aber der Verbrauch nicht so stark sinkt wie die Nutzlast, verbraucht das Schiff am Ende mehr pro Fahrgast als ein konventionelles Schiff.

Schwere Frachter werden also weiterhin mit konventionellem Rumpf gebaut werden. Aber auch für Frachtschiffe haben die Ingenieure neue Ideen. Eine davon ist, den großen Schiffsmotor durch kleinere zu ersetzen, um mehr Platz für die Ladung zu gewinnen. So will ein Kreis aus 18 Unternehmen und Forschungsinstituten, unter anderem aus Deutschland, die wohl kleinste, aber auch am dichtesten beladene Ro-Ro-Fähre bauen. Ro-Ro steht für Roll On – Roll Off, und das bedeutet: Die Ladung rollt in Form von Lkw selbsttätig aufs Schiff und nach dem Transport wieder herunter. Einsatzgebiet des Intermodeship, so der Projektname, ist der Vänernsee in Mittelschweden, den es nur erreichen kann, wenn es durch den Göta-Kanal fährt – einen schmalen, romantischen Kanal mit vielen Schleusen und Brücken.

Das setzt der Schiffsgröße enge Grenzen: Ganze 88,5 Meter lang darf es sein und nur 13,35 Meter breit. Trotzdem haben die Konstrukteure Platz für 48 Sattelauflieger geschaffen. Dafür haben sie den großen Schiffsdiesel aus dem Heck verbannt und durch vier kleinere im Bug ersetzt. „Dort läuft die Außenhaut spitz zu, da passen keine Trailer mehr hinein“, erklärt Andreas Gronarz, Ingenieur und Mitentwickler vom Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme DST in Duisburg.

Der ganze Antrieb ist jetzt dieselelektrisch. Die Diesel treiben Generatoren an, die die Elektromotoren im Heck mit Strom versorgen Auch die Ingenieure der Firma New Logistics in Kiel wollen mehr Ladung auf ein Binnenschiff verfrachten. Dafür machten sich Udo Wulf und sein Team bei der Konstruktion ihres Futura Carrier zuallererst ans Abspecken des Schiffs. Denn je leichter ein Binnenschiff ist, desto mehr Fracht kann es bei gleichem Tiefgang laden.

Blasen gegen Reibung

Auch Wulf verzichtete auf den großen, schweren Dieselmotor und setzt stattdessen vier kleine Motoren ein. Die verrichten allerdings in allen vier Ecken des Schiffs ihren Dienst, nicht nur vorn wie beim Intermodeship. Und sie treiben das Schiff nicht elektrisch, sondern mechanisch an. Direkt unter den Motoren haben die Ingenieure drehbare Gondeln anbringen lassen. Die haben den zusätzlichen Charme, dass das Schiff auf eine schwere Ruderanlage samt Ruderblatt und Bugstrahlruder verzichten kann. So kann es auf der Stelle drehen und durch flachere Flüsse mit wenig Wasser unter dem Kiel schneller fahren, weil die Schrauben nicht unter dem Kiel hinausragen.

„Wir mussten allerdings den Bug umkonstruieren, um den Wirkungsgrad der vorderen Schrauben zu verbessern“, sagt Wulf. Der Bug ist daher ähnlich wie ein Katamaran aufgebaut: Links und rechts ragen zwei Steven ins Wasser. Dazwischen befindet sich der Rumpf, der allerdings – das ist anders als bei einem Katamaran – ebenfalls ins Wasser taucht. Diese Bugform treibt einen großen Teil des Wassers an den Propeller-Gondeln vorbei und reduziert dabei auch die kraftzehrende Bugwelle.

Der restliche Teil des Wassers wird unter das Schiff gedrückt und trifft hier auf eine weitere Idee des Ingenieurs: Luftschmierung. „Sie soll den Energieverbrauch des Schiffs reduzieren“, erklärt Wulf. Dazu presst ein Kompressor während der Fahrt Luft unter das Schiff; die winzigen Bläschen sollen sich zwischen Rumpf und Wasser legen und so die Reibung des Schiffs reduzieren. Theoretisch sind 80 Prozent Einsparung möglich, aber Wulf bleibt bescheiden: „Wenn wir 10 Prozent erreichen, sind wir glücklich.“ Der Praxistest wird es bald zeigen – von Dezember an wird der erste Futura Carrier zwischen dem Oberrhein und Großbritannien Container und Papier befördern. (nbo)