Innovationsreport Binnenschifffahrt 2022

INNOVATIONSREPORT 2022 | BINNENSCHIFFFAHRT DER ZUKUNFT
Herausforderungen und Innovationen
© DST
Neue Designs sind gefragt: Schiffsumströmung eines kleinen, neu am
DST konzipierten Containerschiffes im Versuchskanal in Duisburg
Die Binnenschifffahrt steht durch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserstraßen,
die geforderte Umstellung auf klimaneutrale Antriebe und den drohenden Fachkräftemangel
vor großen Herausforderungen. Diesen muss sie mit innovativen Entwicklungen begegnen
Das vorrangige Ziel jeder Schiffsentwicklung
ist stets die Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit des Schiffstrans -
ports – allerdings unter bestimmten
Randbedingungen. Dazu gehören beispielsweise
die zu transportierenden Güterarten
und -mengen, die Gewässerbedingungen,
Schleusenabmessungen und
Besatzungsvorschriften.
In den letzten Jahrzehnten waren diese
Randbedingungen relativ konstant und
führten zu immer größeren Schiffseinheiten.
Mit der größeren Verdrängung
sinkt der spezifische Leistungsbedarf.
Gleichzeitig kann ein größerer Propeller
installiert werden, dessen Wirkungsgrad
mit dem Durchmesser zunimmt. Der
Wirkungsgrad des Dieselmotors konnte
in Laufe der Jahre ebenfalls verbessert
werden. So wurde das moderne Binnenschiff
zum energieeffizientesten Verkehrsträger.
Für die seltenen Niedrigwasserperioden
wurden Ergänzungen
wie der Flextunnel erfunden, die auch
den Betrieb bei mäßigem Niedrigwasser
erlauben.
In nur wenigen Jahren sind allerdings
viele Herausforderungen, unter anderem
durch stark veränderte Randbedingungen,
aufgetaucht, die neue Entwicklungen
erzwingen.
Die Klimaprognosen lassen ausge -
dehnte und häufigere Niedrigwasserperioden
in den nicht staugeregelten Flüssen
erwarten. Hiervon ist ganz besonders die
Rheinschifffahrt betroffen, weswegen
auch bereits im Jahr 2018 Entwicklungen
für flachgehende Binnenschiffe angestoßen
wurden. Wegen des im flachen
Wasser begrenzten Tiefgangs müssen die
Länge und Breite des Schiffes maximiert
werden, um eine ausreichende, wirtschaftlich
vertretbare Tragfähigkeit zu erreichen.
Gleichzeitig wird durch die geringe
Wassertiefe die Geschwindigkeit
begrenzt.
Leistungsbedarf ist entscheidend
Diese Grenze ist grundlegend strömungstechnisch
begründet und kann
durch keine konstruktive Maßnahme
überwunden werden: Ab einer Tiefen-
Froudezahl von 0,7 steigt der Leistungsbedarf
stark an, und das Schiff erfährt einen
starken Absunk und eine starke Vertrimmung,
die zur Grundberührung führen
kann. So ist zum Beispiel bei einer
Wassertiefe von 1,8 m die Schiffsgeschwindigkeit
auf 10,5 km/h begrenzt.
Bei einem kleinen Tiefgang muss auch
der Propellerdurchmesser entsprechend
verkleinert werden. Um die erforderliche
Antriebsleistung in das Wasser übertragen
zu können, werden dann zwei oder
mehr Propeller notwendig. Um den Wirkungsgrad
möglichst hoch zu halten, werden
diese in Tunneln angeordnet. Hier
besteht die Gefahr, dass bei Stoppmanövern
die Propeller von achtern Luft
ansaugen. Um dies zu verhindern, ist eine
entsprechende Gestaltung des Hinterschiffs
vorzunehmen oder eine Bugstrahlanlage
vorzusehen, die bei Stoppma -
növern ausreichend Schub erzeugt.
Es sind auch weitere Konzepte denkbar,
wie zum Beispiel externe Zusatzantriebe
mit kleinen Propellern, die bei
Bedarf – ähnlich einem Außenbordmotor
– am Heck angebracht werden und
bei extremem Niedrigwasser als Antrieb
dienen.
Eine weitere Alternative mit ebenfalls
sehr hohem Wirkungsgrad und uneingeschränkter
Flachwassertauglichkeit ist
das Schaufelrad bzw., in der modifizierten
Form, die Blattkette. Während die geringe
Drehzahl des Schaufelrads und die
Momentstöße in Kombination mit dem
Dieselmotor zu Schwierigkeiten führen,
ist ein elektrischer Antrieb hierfür ohne
weiteres geeignet.
Damit bei reduziertem Tiefgang und
entsprechend reduzierter Verdrängung
ausreichend Ladung transportiert werden
kann, ist es nötig, das Strukturgewicht
zu minimieren. Dies kann durch
eine Verringerung der Seitenhöhe und
andere Materialien erreicht werden. An-
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