PetArt-Foundation - Seenotrettung und Katastrophenschutz

Die Antriebstechnik der Schiffe - konventionell

Das Auffälligste an der Stiftungsflotte sind neue Rümpfe und die weitgehende Verabschiedung der Dieselmotoren. Letzeres ist "politisch" besonders problematisch, da sich in den meisten Antrieben zu Lande wie auf See, dort besonders der Dieselmotor als leistungsstärkste und wirtschaftlichste Kraftmaschine durchgesetzt hat. Allerdings gilt auch hier wie überall: "alles was sicher funktioniert und Geld spart ist dann doch willkommen". Da muss dann auch die Tradition oder das wirtschaftliche Lobbyinteresse einzelner Anbieter weichen. Kosteneinsparungen von 5 % können bereits massive Schritte bewirken, ab 10 % werden sie als technologischer Quantensprung wirksam, wenn sie die wichtigste Voraussetzung erfüllen: ein sicherer Primärantrieb mit geringstmöglichen Risiken und Kosten. Alles andere hat nur als Nischenprodukt eine Chance oder verschwindet alsbald wieder vom Markt. Das PetArt-Design vetritt den gleichen Ansatz: ein sicherer und hocheffektiver Primärantrieb mit bereits bewährter und weiter durchoptimierter Technik ohne "Schnickschnack" sozusagen. Das allerdings zum jeweils aktuellsten Stand der Technik. Das bedeutet auch, durch die Rumpfveränderung wird eine Antriebskonfiguration möglich, die im konventionellen Verdrängerschiff nicht möglich oder zumindest nicht sinnvoll und effektiv wäre. Darum hat sie dort auch noch niemand ernsthaft angedacht und in die Diskussion gebracht. Man braucht beides, um hier einen Quantensprung zu generieren, der weit über der Marke von 10 % liegt und damit eine neue Generation darstellt.

Der letzte Stand der Entwicklung sind Motoren bis ca. 135.000 PS ( ca. 99.264 kW/h) mit 14 Zylindern und einem Stückgewicht bis ca. 2.800 t. Dazu kommen 4 - 5 Hilfsmotoren und Dieselgeneratoren zum Motorbetrieb. Ferner gehören dazu Getriebe, Wellenanlage und als Optimum angesehen ein Propeller von 10 Metern Durchmesser und 130 t. Gewicht als langsamlaufende Motoren mit Umdrehungen von 100 - 150 je Minute. Damit können die derzeit größten Containerschiffe bis ca. 26 Knoten laufen. Noch größere Tanker und Bulker entsprechend langsamer. Weitere Elemente folgen wie eine umfangreiche Anlass- und Spülluftanlage (Tank und Kompressoren), die Treibstoffaufbereitung (Separatoren, Abscheider und Reiniger, Heizung) und natürlich der Hilfskessel für die Hilfsdampferzeugung und die üblichen Sätze Pumpen, die Trinkwassererzeugung, die Abwasser- und Abfallsammelanlage sowie die Schaltanlagen für die Elektrik und Bordelektronik. Die Teilung der Motorenleistung in eine Doppelmotor- und Schraubenanlage ist möglich, wird aber als nicht so effektiv angesehen als der größere Single-Propeller. Über eine Doppelmotoranlage ließe sich die Leistung noch weiter nach oben anpassen ohne dem Motorblock zu vergößern. Die Motorblöcke beginnen ab dieser Größe auf die Torsionsbewegungen der Schiffe zu reagieren. Damit sind technisch umsetzbare Obergrenzen an Formaten und Gewichten erreicht, die jedoch als für die Zukunft der Leistungsprofile ausreichend angesehen werden. Der Wirkungsgrad wird auf bis 50 % angesetzt, damit incl. Abwärmenachnutzung ein Dieselverbrauch je kW/h von 0,170 - 0,152 kg. (letztere mit Abwärmenachnutzung).

Damit ist auch die Schiffsform und Seefähigkeit vorgegeben, das klassische Verdrängerschiff als Spitzgatt-Doppelenderschiff mit weiten Überhängen vorn und achtern. Andere Entwicklungen gibt es vor allem im Bereich Spezialschiffbau als Spezial- und Nischenlösungen, die keinen besonderen Einfuss auf den Handelsschiffsektor haben. Der Treibstoff ist in allen Fällen Schweröl, auch "Bunker-C" Öl genannt, dass es in verschiedenen Qualitäten gibt. Schweröl ist generell der Restrückstand des Raffinadeprozesses, der in den letzten Jahren immer tiefer ausraffiniert und "ausgelutscht" worden ist. Im Grunde ist es sonderentsorgungspflichtiger Giftmüllabfall. Inzwischen werden auch Zusatzstoffe zugemischt, auch Kunststoffreste. Es ist bekannt, dass diese Öle zu unrund laufenden Motoren mit Zündaussetzern führen, so dass in Revieren oft mit Normaldiesel gefahren werden muss um "Black-Outs" der Schiffe und Havarien in Häfen und Fluss- sowie Küstenrevieren zu vermeiden. Als Zukunftsentwicklung wird in einigen Jahren die Hinzunahme von Biodieselkraftstoffen und Wasserstoffgas erwartet. Schiffe sind langfristige Investitionsgüter, diese Prognose gilt also für mindestens die kommenden 20 - 30 Jahre. Der Bunker-C Preis lag zwischen 350 bis 700 Dollar die Tonne, teilweise steuerlich gefördert. Diese Großmotoren verbrauchen ohne Hilfsaggregate und Schmier- sowie Kühlöle bis um mind. 15 t/h am Tag. Bei einer durchschnittlichen Bunkervolumengröße von 4.500 bis jetzt 6.000 t. (kleine Tankerladung) reicht eine Bunkerfüllung für 12,5 bis 16,5 Seetage bei voller Fahrt. Andere sprechen von bis 4 Wochen, allerdings dann wohl bei reduzierter Fahrt. Die maximale Fahrt (schnelle Containerschiffe) liegt ab 25 - 29 Knoten (bei vollem Tagesverbrauch), die wirtschaftlichste Fahrt bei 23 Knoten.

Wir können wie die Beispiele RoRo-Schiff und Tanker zeigen ebenfalls Dieselmotoren verwenden, insoweit stellt das für uns kein Problem dar, allerdings um den Preis der Geschwindigkeit. Die Anlagen sind schlicht zu groß und zu schwer. Das hat mich veranlasst, nach anderen Lösungen zu suchen. Die Entwicklung geht ja auch andernorts weiter. Entscheidend, hier bin ich ganz bei den "Klassikern", ist ein leistungsstarker Primärantrieb ohne Hilfsmittel, der die ganze Fahrt in ökonomischer Auslastung durchleistet, der einfach, robust und verschleißarm ist und vor allem, der nicht notabschaltet, wenn das Schiff mit 45 Grad und mehr krängt und durch die Notrabschaltung wegen Überlauf der Ölwannen usw. in eine dann erst recht sehr bedrohliche bis extremste Lage gerät wegen Systemblackout.

Ein weiterer Punkt ist die Verfügbarkeit von Bunker-C auf Dauer. Bisher ist noch nicht von Verknappungen auszugehen. Dennoch wird es teurer durch die politischen Umweltauflagen und hohen Zusatzversicherungen für Havariefolgeschäden als Umlage-Pflichtversicherung. Dazu kommen höhere Hafengebühren und Auflagen für "schmutzige" Schiffe. Bei steigender Nachfrage wird das Öl, damit Bunker VC wieder teurer werden. Derzeit liegt krisenbedingt der Preis pro Barrel Öl bei um 65 Dollar, vor der Krise 2008 satand die Tonne bei um 150 Dollar, also eine Spanne bei Bunker C je Tonne zwischen um 300,- bis um 750 Dollar trotz poltischer Subvention. Auch wenn weitere (teure) Ölqreserven erschlossen werden in schwierigen, damit teuren Regionen sowie unter teils abgesenkter Qualität darf uns das nicht den Blick davor verstellen zu Lösungen zu kommen, die mit einem absoluten Minimum an Bunkerbedarf auskommen. Dier aktuelle Unfall vor Louisiana mit der bisher größten Ölpest überhaupt inzwischen zeigt das Risiko der Erschließung neuer Quellen auf. Daher ist es weiterhin erforderlich, und zwar zwingend und nachhaltig, den Primärenergieträger Öl durch etwas anderes weniger schadensreiches zu ersetzen. Das sinnvollste ist elektrischer Strom. Auch der muß erzeugt werden und kostet Energie sowie Verlustleistung, aber hier gibt es Reduktionsoptionen sowie Varianten, die unter Dieselkraftstoff nicht möglich sind, und neue Propulsionsformen, die eine Effizienzsteiegerung von Schiff und Antrieb erlauben, die mit der klassischen Schiffsform nicht möglich und umsetzbar sind. Man muss sich dazu auch vom klassischen Propeller und Ruder verabschieden. Der Ersatz ist der Waterjet, die Hochdruckpumpe also. Bisher wurde diese Technik nur als Propellerersatz bei wenigen Schiffsklassen konzipiert, doch man kann erheblich mehr daraus machen, begründet durch die Fortschritte der Elektromotortechnik als solcher. Interdisziplinäres Denken und Planen ist also angezeigt, der Blick übetr den eigenen Tellerrand. Das fällt der traditionsbewußten See- und Schiffbauwirtschaft eher schwer. Schon lange als es Dampfschiffe gab wurden noch die bis heute größten, schnellsten und perfektesten Segelschiffe gebaut, bis zum Ersten Weltkrieg, als deren wirtschaftliche Grundlagen vollends wegbrach. Die Einführung der Brasswinde, eine Revolution auf einem Segelschiff zur Bedienung der Takelage gerade bei schwerem Wetter, unter massiver Erhöhung der Sicherheit an Bord, brauchte 50 Jahre um bei allen Kapitänen und Reedern akzeptiert zu werden. Ob wir in 50 Jahren noch ausreichend Bunker-C Öl zu 350 - 700 $ je Tonne haben werden muss man heute offen lassen. Zweifel sind angebracht.

Es macht für uns daher keinen wirtschaftlichen Sinn, eine absehbar veraltete Flotte aufzubauen und nochmals massivst in eine neue Generation investieren zu müssen, das rechnet sich für uns schon heute nicht mehr.

Wir haben einmal nachgerechnet was für Einspaarpotentiale vorhanden sind. Die derzeit wichtigste nachhaltige Optimierungsmöglichkeit besteht im Antriebsbereich und Treibstoffverbrauch, untrennbar verbunden mit der Optimierung der Hydrodynamik und der reduktion der Fahrtwiderstrände. Je weniger Treibstoff als Resultat gekauft werden muss, je weniger Zusatzkosten damit verbunden anfallen (Bunker-C Havarieschutzversicherung, Tankreinigung und Sondermüllentsorgung, geringere Hafengebühren für "saubere" Schiffe usw.) je rentierlicher ist das System.

Betrachten wir kurz zum Systemvergleich die Geschichte der Antriebe nach der Segelschiffszeit:

Allen Anlagen bis heute ist gemein, dass sie auf Dampf- oder Gasdruck zur Energieerzeugung als Folge von Verbrennungsprozessen aufbauen. Den Anfang machte die Dampfmaschine, in der Endfassung als dreistufige Hochdruck-Heißdampfanlage. Sie war in der Schleppschiffahrt besonders beliebt und wurde lange gefahren, weil man die Fahrtstufe stufenlos mit dem Dampfventil regulieren kann. Das war bei der Arbeit mit dem Schleppgeschirr und mit Anhängen besonders wichtig. Außerdem war die Anlage gegenüber einem Dieselmotor relativ leise.

Die Anlage besteht aus einem Dampfkessel - oder mehreren -, der Dampfmaschine, meist dreistufig (Hoch-, Mittel- und Niederdruckzylinder) Mit Kondensator, sowie einem Wellengenerator zur Stromerzeugung. Die Kessel wurden mit Kohle, später mit Öl gefeuert.

Sehr bald gesellte sich die Dampfturbine dazu. Diese Anlage besteht ebenfalls aus Kesselanlage, Dampfturbine mit Kondensator und Wellengenerator. Aufgrund der hohen Drehzahl der Turbine wurde allerdings ein Untersetzungsgetriebe für Welle und Propeller erforderlich und zwingend. Dampfturbinenanlagen reagieren spröde bei schnellen Fahrstufenwechseln, da sie Gefahr laufen sich durch ungleichmäßiges abkühlen und heiß werden zu verziehen. Eine Feinregelung wie bei der Dampfmaschine wäre zwar mit der Turbine möglich, nicht aber mit einem Getriebe, das zumeist als Schaltgetriebe ausgelegt sein muss für abgestufte Drehzahlbereiche an der Propellerwelle. Dampfturbinen wurden daher bei Marineschiffen verwendet wie bei großen Schiffe, die weite Strecken mit annähernd konstanter Fahrtstufe fahren. Die Kesselanlage wurde mit Kohle, später Öl gefeuert.

Der Dampfturbine folgte der Dieselmotor, nachdem sich der Otto-Motor als nicht ausreichend geeignet für den Schiffsbetrieb herausgestellt hatte. Obwohl eigentlich nur ein Motor vorhanden ist stieg die Komplexität der Anlage wesentlich an. Sehr bald erhielten die Schiffsdiesel Turbolader zugeschaltet zur Leistungsoptimierung. Drüber hinaus benötigt ein Motor ebenfalls ein Schaltgetriebe, dazu einen Hilfsmotor für die Bord- und Motorelektrik, Wellengeneratoren sind zusätzlich möglich. Eine Hilfskesselanlage gehört mit dazu (hier nicht dargestellt) sowie eine goße Lade- und Spülluftanlage samt Konpressoren für die Drucklufterzeugung. Neben dem Kühlkreislauf Seewasser (mit Kondensator) gibt es je nach Motorgröße weitere Ölkühlkreisläufe sowie bei Großdieseln eine Motorblockheizanlage, damit sich der mächtige Motorblock nicht verzieht und reißt beim Abkühlen, wenn das Schiff z.B. im Hafen liegt.

Inzwischen beherrscht der Dieselmotor mit 98 % Anteil das Geschehen. Mit Abwärmenachnutzung liegt der Wirkungsgrad bei bis 50 %. Die Dampfmaschine brachte es auf 10 - 15 %, die Dampfturbine bis 25 %. Die Treibstoffkosten waren also der ausschlaggebende Punkt.

Verdrängt wurde auch die Gasturbine. Marine-Gasturbinen sind modifizierte Flugzeugtriebwerke. Die ersten Gasturbinenserien brauchten noch teures Kerosin, dann Normal-(Marine)- Dieselkraftstoff, was deutlich teurer war als der neue Treibstoff für Schiffsdieselmotoren, die von Normaldieselölbetrieb auf Schweröl umstellten, bekannt unter dem Namen "Bunker C-Öl". Inzwischen sind die Treibstoffverbäuche der Neuen Gasturbinengenerationan abgesenkt, sie sind inzwischen ebenfalls für Biokraftstoffe zertifiziert und neuerdings werden sich schwerölfähig. Damit können sie auch ungeeesterte Biokraftstoffe nutzen, deren Aufbereitung der des Schweröls analog ist mit Zusatzmaßnahmen (Antibakteriell, Antifungizid, Entschleimung). Gasturbinen können auch mit fast allen Brenngasen gefahren werden, sowie mit Wasserstoffgas. Bei Wasserstoffgas müssen sie allerdings an die höheren Brenngeschwindigkeiten und die höheren Brenntemperaturen angepasst werden. Der Wirkungsgrad der Gasturbinen liegt bei um 45 %. Er kann auf um 70 % und mehr gesteigert werden als Gas- und Dampfanlage (GuD), also mit Abwärmenachnutzung. Die Gasturbinenabgase sind 6 - 800 Grad C heiss, Dieselmotorabgase maximal um 350 Gard C. Die Arbeitsleistung des Gasturbinenabgases ist daher erheblich höher. Gasturbinen haben einen weiteren Nachteil: bei Unterlast bricht ab 50 % Nennlast der Wirkungsgrad zusammen. Man kann Gasturbinen also nicht sinnvoll "langsam laufen lassen". Daher werden Gasturbinen als Zusatzantriebe benutzt gerade im Marineschiffbau. Die Grundlast wird mit Dieselmotoren gefahren. Will man schneller fahren werden die Gasturbinen zugeschaltet. Der Vorteil der Gasturbinen sind ihre kurzen Start- und Kaltstartzeiten von wenigen Minuten gegenüber Stunden bei insbesondere großen Dieselmotoren, die langsam warmgefahren werden müssen, bevor man sie auf Vollast bringen darf. Alternativ nüssen die Motorblöcke mit einer Heizung auf Betriebstemperatur gehalten werden. Wasserstoffgas ist wegen seiner Energiedichte ein idealer Turbinentreibstoff. Angereichert mit reinem Sauerstoff bildet sich ebenfalls brennerfähiges Knallgas, das wegen seiner Explosivkraft jedoch nicht ungefährlich ist. Die Turbine muss an den Betrieb angepasst werden. Hier läuft kein linearer Brennprozess mehr ab sondern eine Explosionskettenreaktion. Das Problem des Wasserstoffgases ist seine geringe Volumendichte, mit der Folge sehr großen Speicherraumbedarfs gegenüber Öl selbst in verdichterer Form (das vierfache von Öl). Die Lagerung von ausreichenden Mengen Wasserstoff ist das aktuelle technische Hauptproblem.

Um das System besser zu verstehen ist das Verständnis der verschiedenen Propulsionssysteme im Vergleich wichtig. Hier zunächst der klassische Schiffspropeller, den jeder kennt. Und der Propeller mit Schubdüse (Kort-Düse). Diese gibt es in mehreren Varianten mit angehängtem Ruder (hier im Bild), selbst schwenkbar als Ruderdüse und als Z-Pellersystem, also mit Winkelwellenantrieb wie ein Außenbordmotor. Geschwindigkeit wird mit Propellern geringer Durchmesser gefahren, die hohe Tourenzahlen drehen. Es geht dabei um Beschleunigung. Schiffe mit hohen Gewichten und Zuglasten haben große langsmer drehende Propeller, die eine große Wassersäule als Schubsäule im Wasser erzeugen und auch deswegen nicht so schnell drehen können da sie gegen eine viel größere Rückstellkraft des Wassers anarbeiten müssen. Der Ansatz von Kort-Düsen erhöht diese Schubwirkung um 15 - 20 %. Hier wirkt der Staustrahldruck der Düse, der noch stärker bei Waterjets zur Wirkung kommt, weshalb diese einen höheren Wirkungsgrad als frei drehende oder Propeller in Düsen haben. Daher können Geschwindigkeitspropeller keine schweren und großen Lasten bewegen, und große langsam drehende Schubpropeller keine hohe Fahrt erzeugen. In der Praxis schafft man dann dle angepassten Kompromisse.

Hier ist das Z-Pellersystem gezeigt, dem das Azipod-System ähnlich ist. Z-Pellersysteme fahren vor allem Schlepper, aber auch Pontos und andere Arbeitsschiffe. Der Azipod wurde zuerst für Eisbrecher entwickelt, fand dann Eingang vor allen in den kreuzfahtschiffbau. Auch Spezialschiffe nutzen ihn. Es ist ein Elektroantrieb mit dem Fahrmotor in der frei drehbaren Gondel, der eine schwere Rudermaschine aufgesetzt ist als Drehelement. So ein Set kann bis 350 Tonnen wiegen. Da die Wellenführung im Motor auf Zehntelmillimeter eingemessen ist sind harte Aufsetzer und Anschläge gegen die Gondel nicht sehr günstig für das System. Bei der Wartung und Reparatur muss das Schiff ins Dock, auch zum Austausch eines verlorenen oder "verbogenen" Sets. Da diese für das einzelne Schiff maßgefertigt werden ist das eine langwierige und sehr teure Operation. Für uns also nicht brauchbar.

Davon völlig verschieden ist das Prinzip des Waterjets. Es besteht aus einem Wasserführenden Saug- und Druckrohr, das abgewinkelt ist zur Aufnahme der Antriebswelle, an der der Antriebsmotor hängt (Diesel oder Elektro). Im Zentum befindet sich der Impellertopf, der zwei Elemente aufnimmt: das Impellerrad als Propulsionselement und ein entgegengestelltes Leitsystem zur "Aufrichtung" des Wasserstroms, also der Entdrallung der durch das Impellerrad in heftige Rotation gesetzten Wassersäule im Rohr. Das Impellerad ist kein Schiffspropeller sondern ein Turbinenrad einer Hochdruck-Kreiselpumpe. Das ganze system ist also im Gegensatz zum freilaufenden Propeller im Wasser eine modifizierte hochverdichtente Kreiselpumpe. Der Wasserstrahl der Pumpe wird durch eine nachgeschaltete Düse weiter verdichtet und in der Druck- und Schubleistung erhöht. Das anschaulichste Vergleichsobjekt ist das Löschrohr der Feuerwehr oder die Düse am Gartenschlauch. Wird dieses System als ruderwirkungsfreies Boostersystem gefahren ist es damit komplett. Wird es als Antiebs- und Rudereinhait gefahren kommt ein Steuerkopf hinzu. Dieser ist ein kurzes Kastenrohr, das wie ein Ruder schwenkbar ist (30 - 45 Grad nach beiden Seiten) und am Ende verschieden ausgeforme Klappen tragen, die mit Umlenkung des Wasserstrome nach schräg-vorn unten oder den Seiten als Schubumkehrschaufeln wirken, mit denen das Schiff gestoppt werden kann als Wasserbremse. Deren Wirkung ist so stark, dass ein Schiff auch bei hoher Fahrt innerhalb von 1 - 2 Schiffslängen stoppen und auf Rückwärtsfahrt gehen kann. Das ist bei einem Propellerantrieb nicht möglich. Umgesteuert wird hier also nicht mit der Maschine wie beim Propellerantrieb, um die Drehrichtung der Welle und des Propellers umzukehren, sondern mit dem Umkehrschub der Anlage analog der Schubumkehr als Flugzeugbremse bei Flugzeugtriebwerken. Waterjets nimmt man daher für sehr schnelle Schiffe, vornehmlich Marineschiffe und Fast- sowie Superfast-Fährschiffe z.B., die bis 30 Knoten und mehr laufen. Sie kommen auch in anderen Schiffen wie Yachten, Powerbooten und anderen Spezialschiffen zum Einsatz..

Hydrodynamisch sind sie besonders vorteilhaft, weil sie einen Plattgat-Achterspiegel (Spiegelheck) benötigen, in den sie eingebaut werden. Damit entwickeln sie keinen Strömungswiderstand als An- und Unterhang am Schiffsrumpf. Dieser Unterhang von Ruder, Propellern und deren Lagerböcken bildet einen Strömungswiderstand am Rumpf (Hauptspant als Messpunkt) von je nach Anlage und Zahl der Propeller und Ruder um 15 - 25 %, der damit ersatzlos wegfällt.

Weiterhin hängt nichts am Rumpf was man sich beschädigen kann durch Trümmer im Wasser z.B., beim Durchsetzen auf dem Grund bei Grundsee in flacherem Wasser usw. Die gefürchteten Leinen in der Schraube bei Havarie-, Rettungs- und Bergungsmanövern, die ein Schiff selbst manövrierunfähig und zum Havariefall machen in der dann denkbar gefährlichsten Lage überhaupt entfallen ersatzlos insbesondere wenn man den Wassereintritt verlegt wie es unser Konzept vorsieht. Es kann dann auch nicht passieren, dass Trümmerteile, Schwimmer, Rettungsinseln und Rettungsboote unter das Heck gedrückt und in den Propellersog gezogen werden, der ja nach vorn wirkend ein saugendes Unterdruckfeld aufbaut, und dort vom Propeller getötet und in Stücke gehackt werden. Das bedeutet zugleich, dass das Rettungsschiff mit beigeholten Rettungsmitteln weiter geringe Fahrt machen und Steuerlast aufrecht erhalten kann statt gestoppt und dann quer zur See treibend zu liegen und dabei über die zu Rettenden getrieben zu werden, die man immer auf der windabgewandten Lee-Seite aufnimmt, um sie mit der Schiffsmasse gegen den sonst tödlichen Seeschlag an der Bordwand abzuschirmen ("Lee machen" nennt man das in der Fachsprache). Das Waterjetsystem ist also auch ein Teil des Rettungs- und Sicherheitssystems der Stiftungssysteme.

Es gibt noch eine Spezialversion, die als Tunnelturbine ausgebildet ist. Der Rohrverlauf ist dabei gerade, der Welleneintritt und Impellerstand angeschrägt und das ganze System hängt als Gondel unter dem Rumpf mit Wassereintritt vorn und Austritt hinten, analog einem Flugzeugtriebwerk. Damit entsteht ein den Tiefgang vergrößernder Unterhang, den wir nicht gebrauchen können.

Zusätzlich nehmen wir das Pumpjetsystem ins Programm auf. Pumpjets sind eine Variante des Waterjets. Es wird Wasser in einen Topf eingesagt und durch eine mit Austrittsdüsen versehene drehbare Bodenplatte wieder ausagetrieben mit einer Strömungsrichtung ca. 15 Grad schräg unter das Schiff. Es ist stufenlos 360 Grad drehbar. Sie schließen bündig mit dem Schiffsboden ab. Pumpjets können als Steueranlage eingesetzt werden, mit mehreren zusammen als 3D-Selfpositioning-Steuerung, als Manöver- Hilfsantriebe und als Ersatz für den "Solas-Diesel", also den Take me Home-Notantrieb. Die Anlagen stellen einen eigenen geschlossenen Antriebskreis dar unabhängig vom Hauptantrieb wie mit diesem zusammenschaltbar. Mit einem solchen Antreig kann ein Schiff z.B. bei gleichzeitiger Vorausfahrt diagonal traversieren, vorwärtsd wie rückwärts, es kann auf der Stelle drehen und frei in jede Richtung steuern. Es kann ohne Schlepperhilfe im Hafen manövrieren und extren feine Manöver in Rettungs-vund bergungsfall fahren wie bei der Herstellung von Schleppbverbindungen usw, une d können damit Versetzungen im Seegang ausgesteuert werden z.B. Es kann damit das Gieren bei Querströmung unterbunden werden und bei Revier- und Kanalfahrt z.B. der Stau-, Böschungs- Verdrängungswelleneffekt wie der Bodeneffekt abgefangen werden z.B. indem man die Pumpjets als Querstromanlage fährt nach beiden Seiten drückend und damit das Schiff in der Fahrrinne und Strommitte hält. Man kann damit auch den Drehpunkt der Ruderlage des Schiffs verlagern z.B. von achtern nach vorn. Damit hat ein Schiff Wassertecker-Eigenschaften der Hafenschlepper, so dass es unter Trossenzug steuern und "auf der Achterreling" schleppen kann. Das erlaubt wiederum die Aufstellung und Auslegung der Schleppanlage an Bord der Rettungsschiffe, die sonst so nicht möglich wäre. Das Schiff kann damit in der Anordnung wie für die Stiftungsschiff borgesehen nicht nur auf der Stelle drehen sondern um jeden beliebigen Punkt auf der Schiffslänge. z.B. um den Bug, eine Schiffsseite oder "klassisch" achtern. Man kann ach ohne Fahrtstufenänderung und Kurswechsel durch Ruderlegen das Schiff aus der laufenden Fahret rechtwinklig oder diagonal quer versetzen. Das ist eine Eigenschaft, die sonst schlicht unmöglich ist und die beim schnellen Fahren in schwerer See überlebensnotwendig ist. Einserseits um anrollenden schweren Brechern auszuweichen, andererseits um bei mitlaufendem Orbitalstrom sowie bei querlaufender See, Strömungen anderer Arten das Schiff auf Kurs und steuerstabil zu halten.

Es ist vorgesehen diese Fähigkeiten mit dem Seegangsradar, dem Radar, dem Autopilot und anderen Sensorsystemen zu verknüpfen, so dass sich das Schiff mit dem Autopilot selbst manövrieren kann nach GPS, Radarpeilung, Lasermessanlage usw. auch bei kritischen Annäherungen unter Kollisionsgefahr. Das Schiff kann dann auch durch einen mobilen Fahrstand als "Bauchladen" per Joystick und Schubhebel gefahren werden z.B. vom Schleppdeck achtern bei der Herstellung einer Schleppverbindung, beim Heranmanövrieren im Rettungsfall von der Bergestelle aus usw. Auch diese besonderen Fähigkeiten sind Teil des Rettungs- und Bergungssystems sowie des Systems zum Fahren und Manövrieren in schwerer See bis zu besonderen extrem schwierigen Lagen.

Beide Waterjet-Systeme und die damit verbundene Schiffsform erlauben auch das Trockenfallen auf fast jedem Grund ohne das Schiff zu beschädigen, sowie das Baggern am Havaristen. Es kann sinnvoll sein, sich beim Havaristen trocken fallen zu lassen in einigen Situationen um weiter arbeiten zu können. Beim Baggern liegt man vor dem Havaristen, wird von der Schlepptrosse an diesen gehalten und lenkt den Schraubenstrom zum Havaristen, um ihn freizuspülen. Ein Standardverfahren bei Strandungen auf Sand, wenn der Havarist eingespült wird als Folge der Sand- und Sediment verfrachtenden Strömung um ihn herum, die diese Fracht an ihm als Störung ablagert. "Der Havarist gräbt sich ein und verschwindet im Sand" sozusagen. Dann wird gebaggert. Mit den Waterjets kann man auch sehr nahe am Havaristen mit hoher Leistung baggern um ihn freizuspülen. Man kann zugleich während der Ebbe am Havaristen trocken fallen und bei steigendem Wasser ohne zeitverschwendende Neuanbindung und risikoreichen neuen Anlauf weiterbaggern z.B. Man hat auch in solcher Lage bei einem "kippsicher" aufgesetztem Schiff bei aufkommendem schlechter werdendem Wetter das Schiff unter Kontrolle und kann sofort loswerfen, vom Havaristen abhalten und ablaufen wenn es die Lage erfordert.

Schauen wir einmal auf das Konzept der Antriebssysteme:

Hier zum Vergleich noch einmal die konventionellen Systeme, die bis heute zu 98 % den Schiffbau bestimmen.

Diese Konfiguration gilt für alle klassischen Antriebsarten im Grundsatz. Sie gibt es in etlichen Varianten.

Die Maschinenanlage befand sich lange Zeit mittschiffs, im Bereich des Hauptspants mit der größten Schiffsbreite und im Gewichtszentrum des Schiffs. Das war bei der kleinteiligen Stückgutladung keine Behinderung des Lagebetriebs und des Ladevolumens. Die Wellenanlage war allerdings recht lang und verbrauchte einiges an Raumvolumen in den achteren Laderäumen. Vorteil. Die Hauptgewichte liegen im Zentrum, damit im Bereich der geringsten Bewegungen und Beschleinigungskräfte im Seegang. Das Schiff ist gut ausgewogen und nicht vertrimmt.

Schon zu Beginn der Dampfschiffahrt gab es Schiffe mit der Maschine achtern, vor allem im Bereich Massengut- und Kohlefahrt sowie bei der Küstenfahrt. Dann wie in der Tankschiffahrt zunächst mit getrennten Aufbauten, wobei die Brücke mit dem nautisachen Personal mittschiffs oder etwas davor stand wie bisher, während die Maschinengang achtern über der Maschine wohnte. In dieser Zeit waren die Bereiche Naurik und Technik noch streng getrennte soziale Welten, und die Technik hatte den schnellsten Weg zur Maschine im Stör- und Manöverfall. Die Tanker hatten fast alle ihre Maschinen achtern aus Brand- und Explosionsschutzgründen wegen des Funkenflugs aus dem Schornsteinen und der strikten Abschottung der Maschinenräume von den Ladetanks und deren Expansionsräumen. Später beginnend vor allem im Tankerbau setzte man alle Aufbauten nach achtern. Nicht nur um das Ladedeck besser nutzen zu können. Grund war auch das Zusammenwachsen der technischen und nautischen Bereiche zum Schiffsmechaniker mit Arbeitsbereich sowohl an Deck wie in der Maschine. In Zuge der beschleunigten Handhabung der komplexer werdenden Systeme fasste man die Wohn- und Wirtschaftsbereiche wie den Komplex Maschine engstmöglich zusammen, zumal zunehmend die Maschine im wachfreien Betrieb des Maschinenraums von der Brücke gefahren wurde und der Wachingenieur bei Störungen auf dem schnellsten Weg in den Maschinenraum gelangen muß. Bei kleineren Schiffen - vor allem Containmerschiffen - reicht der Maschinenraum bis vor das Deckshaus, das so weit als möglich zurückgesetzt wird. Das macht wegen der Auslenkungen und Beschleunungen des schwingenden Schiffs bei Seegang die Wohn- und Lebensqualität dort nicht unbedingt sehr angenehm, aber das spielt beim Schiffbau keine Rolle. Erst kommt die Wirtschaftlichkeit, dann die Besatzung. Das war noch nie anders. Die daraus resultierende starke Vertrimmung des Schiffs nach achtern gerade bei Leerfahrt muss durch Ballast ausgeglichen werden zur Entlastung der Struktur von den besonderen Biegekräften der Vertrimmung.

Bei vielen Containerschiffen insbesondere setzte man wegen des Raumbedarfs der Großmotorenanlagen in Richtung Mitte zurück, an den Anfang des letzten Drittels, bei den neuen PostPanamax-Schiffen stehen sie noch etwas weiter vorn wegen der Schärfe des Achterschiffs. Nachteil dieser Anordnung ist wieder der Raumverbrauch der Wellenanlage im Bereich Laderaum.

Mehrwellenanlagen sind in der Cargo-Fahrt die Ausnahme. Sie sind vor allem im Bereich der Passagier- und Kreuzfahrtschiffe, der Fähren, der Spezial- und Marineschiffe zu finden und neu im Bereich der Redundanztechnik nach SOLAS. Hier dann als "taktische Reserve" im Havariefall. wobei das bedeutet, normal fährt man mit beiden Anlagen symmetrisch, im Havariefall noch mit einer. Auch Drei- und Vierwellenanlagen waren bei den schnellen Passagierschiffen üblich. Ebenso bei den Marineschiffen.

Eine typische Marinekonfiguration ist eine Zweiwellenanlage mit Dieselmotoren und einer Gastubine mit Waterjet als Booster, der für Höchstfahrt zugeschaltet wird.

Bereits mit Waterjets, wahlweise Propellerantrieb ist diese Konfiguration bestückt, übliche Anlageform für Fastspeed- Katamarane (Fähren) und auch Monohull-Fastspeed-Schiffe. Antrieb Diesel oder wahlweise Gasturbine möglich.Typisch und allen gemeinsam ist der Direktantrieb der Welle mittels Untersetzungsgetriebe. Der Wirkungsgrad dieser Anlagen liegt bei maximal 45 % ohne Abwärmenachnutzung. Leistungsvernichter sind neben den Spezifikationen in den Antriebssystemen die Wellen und Getriebe. Sie sind neben den Motor-Kurbelwellen die Hauptverursacher für Vibrationen im Schiff. Dazu kommen niederfrequente Infraschallemissionen der Anlagen, die zu den Vibrationen und allgemeinen Belastungen beitragen. Um diese Negativerscheinungen etwas zu reduzieren stellt man die Deckshäuser auf Schwingungsdämpfer und entkoppelt sie schwingungstechnisch und akustisch vom Restschiff.

Ein anderes Konzept, ebenfalls nicht neu, verfolgt das Dieselelektroschiff, das in die modernen Fassungen der Full-Elektroschiffe eingemündet ist. Dieselelektroschiffe waren im Bereich Marineschiffbau und der Schleppschiffahrt besonders präsent, auch der Fischerei, weil der Elektroantrieb als Fahrmotor den Nachteil des Stufenschaltung des Motorgetriebes ausglich und ein stufenloses Durchfahren der Geschwindigkeiten und Schleppleistungen wie mit der Dampfmaschine erlaubte. Das ist besonders wichtig, da ruckartige Fahrtstufensprünge durch Getriebeschaltung die Schlepptrossen und das netzgeschirr unter Last zum brechen binden können. Stufenlos regelbares "Eindampfen in die Trossen" ist essenziell. Allerdings war der Wirkungsgrad der alten Anlagen nicht besonders gut, der Treibstoffverbrauch hoch, so dass diese Antriebe nicht ausreichend wirtschaftlich waren und Marine- wie Spezialschiffen vorbehalten blieben. Feiner abstufbare Mehrganggetriebe glichen den Nachteil etwas aus. Wirkliche stufenlose Drehzahländerungen auf Last sind nach wie vor nur mit einerm Dampfventil oder einem Elektromotor möglich. Stufenloses Fahren ist ebenso entscheidend sowie ein sehr schnelles Hochfahren wie Aufstoppen, wenn man sich an einen Havaristen zur Leinenübergabe heranmanövriert und das Schleppgeschrr übergibt, bei der Brandbekämpfung sowie beim Last- und Personentrafsfer von Schiff zu Schiff bei der versorgung in See oder bei Sondertransporten, die nicht geflogen werden. Neben dem metergenauen Distanzhalten so nahe wie möglich beim Leinenschuss der Holleine mit dem Leinengewehr oder der Wurfleine ist die Winddrift wie die Versetzung durch den Seegang auszugleichen. Ein Schiff kann bei schwerer See leicht um mehrere Meter versetzen, was abgefangen werden muss um Kollisionen zu vermeiden. Der normale Minimalabstand beträgt um 50 Meter, die nur mit dem Leinengewehr zu überbrücken sind. Dabei muss nicht selten mehrfach geschossen werden wenn der Wind die Leine abtreibt. Sicherer ist statt sich heransacken zu lassen nach Lage das Vorbeischeeren in langsamer Fahrt, weil man dann bei einem Propellerantrieb noch Ruderwirkung im Schiff hat. Üblicherweise versucht man dann von achtern an der Luvseite anzulaufen damit man lange Höhe halten und mit dem Wind schießen kann. Geht der Schuss fehl muss ein kompletter neuer Anlauf gefahren werden wobei das Rettungsschiff durch Wind und See einen vollen Kreis fahren muss um wieder in die achterliche Anlaufposition zu gelangen. Ob es dabei einen Bogen nach Luv dreht mit den Bug durch die See oder um den Havaristen einen größeren Kreis fahren muss mit dem Heck vor der See hängt von den gegebenen Umständen ab. Beides sind in solcher Lage sehr kritische Manöver für den Havaristen wie das Rettungsschiff. Dabei hat die Annäherung zum Festmachen des Schleppgeschirrs noch gar nicht begonnen. Im ungünstigsten Fall muss eine treibende Leine auf eine Boje gelegt, langsam ausgesteckt und so gesteuert werden, dass sie an den Havaristen treibt und von diesem gefischt werden kann z.B. mit einem Wurfdraggen. Das sind sehr schwierige Manöver insbesondere, wenn das Schleppdeck bis übwer Relingshöhe überflutet wird und voller Wasser steht, wenn die Seen ungebremst über das Deck rollen mit voller Wucht und dennoch auf dem Deck mit schweren Leinen, Vorläufern, Drähten und Schäkeln gearbeitet werden muss. Das ist nicht nur lebensgefährlich für die Männer auf dem Deck, es erfordert auch maximale Fahrkunst. Der Wachhabende, dann meist der Kapitän selbst, muss "mit dem Schiff schreiben können", während der Erste Offizier auf einem Schlepper die Leinenarbeiten achtern auf dem Schleppdeck leitet und die Holleine schießt. Sonst wird nichts draus.

Um wieviel sicherer ist eine gut regelbare Full-Elektroanlage mit 3-D Selfpositioning, sensorgesteuert und mit GPS-Kontrolle samt einem geschützten Arbeits- und Schleppdeck, von dem über die Heckbeeting geschleppt werden kann statt von der Winde oder dem Haken mittschiffs weil das Schiff unter der Trosse steuerfähig bleibt auch wenn sie achtern festgekniffen wird? Wenn das Rettungsschiff deshalb nicht vor Wind und See bei einem treibenden Anhang als "Segelscheune" von ihm und der Trosse gezogen und mit querab stehender Trosse umgerissen werden kann? Etliche Schlepper sind dabei gekentert und teils mit der ganzen Besatzung gesunken, weil man dann in der Regel die Trosse nicht mehr abbrennen kann wenn sie auf der Winde steht oder nichtt mehr frei vom Haken bekommt wegen der übergroß gewordenen Zuglast und dem sich beschleunigenden Kentern. Bricht eine Schlepptrosse dabei schlägt sie mit voller Wucht über das Deck, zerschlägt selbst Stahlplatten und wer im Wege steht ist tot. Um wieviel sicherer ist dann ein seeschlaggeschützes Arbeitsdeck mit Trossenstoppern zum Sperren einer frei schlagenden Trosse und deren Führung in einem gesicherten Panzerschachtt anstelle des freien Decks? Das alles hängt von der Antriebs- und Steueranlage ab.

Vor allem im Kreuzfahrtmarkt hat sich die folgende Konfiguration eingeführt. Sie benutzt in der Regel Azipod-Propulsion oder Schraubenantriebe. Sie besteht aus mehreren Diesel-Generatorsets und elektrischen Fahrmotoren (heute zumeist Azipods) als Hauptelemente. Abgaswärmenachnutzung tritt hinzu. Ein Azipod wiegt als drehendes Element bis um 350 Tonnen, grosse Schiffe haben bis 4 davon. Es hängen dann also bis 1.400 Tonnen drehende hoch stoß- und schlagempfindliche Masse unter dem Heck ohne eigenen Auftrieb zu produzieren als weitgehende Vollmetallsysteme. Rammt man damit einen Stein im Hafen oder ein anderes Hindernis ist ein Dockaufenthalt unausweichlich samt Neujustierung der Lager und Wellen günstigstenfalls. Ein Risiko dass wir auf keinen Fall eingehen können.

Soweit die klassischen und marktüblichen Antriebssysteme.

Rev. 001.00 - 24.05.2010

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