Die „Oasis of the Sea“ ist ein Schiff der Superlative: Ab Anfang Dezember soll das 360 Meter lange, 64 Meter breite und 65 Meter hohe Kreuzfahrtschiff – das größte jemals gebaute – mehr als 6000 Gäste in den Urlaub geleiten. Betreut werden diese von einer 2165-köpfigen Crew, an Bord gibt es sogar einen Park mit ausgewachsenen Bäumen, einen Eislaufplatz und eine 692 Meter lange Joggingbahn.
Daran, dass das Schiff nicht das Schicksal seines berühmten Urahns „Titanic“ erleidet, haben auch Forscher aus Wien mitgewirkt: Die „Oasis“ wurde nämlich in der Schiffbautechnischen Versuchsanstalt (SVA) in Wien getestet. Konkret: Die Computer-Berechnungen, unter welchen Bedingungen das Schiff untergehen könnte, wurden in Wien in realen Versuchen an einem Modell validiert. Das Herzstück der SVA – eines langjährigen Mitglieds des Dachverbandes ACR (Austrian Cooperative Research) – ist ein 180 Meter langes, zehn Meter breites und fünf Meter tiefes Wasserbecken, ein sogenannter Schlepptank. Dort wird unter anderem die Leistung von Schiffsantrieben ermittelt, das Verhalten bei starkem Seegang erforscht oder eben die Sinkbarkeit von Schiffen getestet – etwa bei einer Leckage nach dem Zusammenstoß mit einem anderen Schiff.
Die Forscher fertigen dafür ein detailgetreues Modell an, mit allen relevanten Einbauten, Schotten, Türen oder Lüftungskanälen. In den Rumpf schneiden sie ein Loch und verschließen es mit einer dünnen Latexhaut. Nach dem Wassern wird die Membran mit einem spitzen Gegenstand zum Zerreißen gebracht, dann sieht man, ob die theoretischen Computersimulationen auch wirklich der Realität entsprechen. „Das Untergehen ist eine sehr komplexe Sache, die man kaum berechnen kann“, erläutert Gerhard Strasser, Leiter des SVA.
In einem von der EU und der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanzierten Eureka-Projekt („Safenvship“) wurde etwa ermittelt, dass ein 300 Meter langes Kreuzfahrtschiff innerhalb von zweieinhalb Minuten sinken kann. Wichtiger Schluss aus diesem Projekt: Die Sicherheit von Schiffen lässt sich oft durch sehr geringe Um- oder Einbauten erheblich steigern. Etwa durch das Anbringen zusätzlicher wasserdichter Türen. In einem neuen europäischen Forschungsprojekt, an dem die SVA ebenfalls beteiligt ist, sollen nun verbesserte Kriterien festgelegt werden.
Weltgrößter Schlepptank. Auf den ersten Blick mag es verwundern, dass solche Versuche in Österreich durchgeführt werden – die Alpenrepublik ist ja eines der wenigen Binnenländer Europas. Das erklärt sich zum Teil aus der Geschichte: Im Jahr 1912 beschloss die Habsburger-Monarchie die Einrichtung einer Versuchsanstalt für Schiffbau. Sie wurde aber nicht im damals österreichischen Hafen Triest, sondern in der Hauptstadt angesiedelt – so wollten es die Admiräle, die in Wien ihr Hauptquartier hatten. Bauplatz war ein kaiserlicher Reitplatz beim Brigittaspitz, damals war der Schlepptank der größte der Welt. Heute spielt der Schiffbau hierzulande keine große Rolle mehr: Die Kriegsmarine ist Geschichte, die meisten Werften haben zugesperrt, auch die DDSG ist nicht mehr das, was sie einmal war. Die SVA blieb aber technologisch an der Spitze. SVA-Chef Strasser ist unter anderem Vorsitzender des Weltverbandes der Schiffbau-Versuchsanstalten.
Warum benötigt man für die Tests ein so großes Wasserbecken? „Wir brauchen den großen Querschnitt des Schleppkanals, damit keine Blockage entsteht“, erläutert Strasser, der auch an der TU Wien lehrt. Um die Schiffsmodelle herum soll genügend Wasser sein, die Beckenwand darf nicht stören. Wichtig ist, dass die Strömung immer turbulent bleibt, erläutert Strasser. Und die Länge ist einfach der Messzeit geschuldet: Je länger das Becken, desto mehr Messdaten bekommt man.
Beim Entwickeln eines neuen Schiffstyps – die SVA ist spezialisiert auf Kreuzfahrtschiffe und Fähren – wird auf Basis der Pläne zuerst ein Holzmodell angefertigt. Dieses wird am Schleppwagen befestigt, der sich auf Schienen mit bis zu sieben Metern pro Sekunde entlang des Schleppkanals bewegt. Damit wird der Strömungswiderstand des Rumpfes ermittelt. Im nächsten Schritt baut man Motor und Propeller ein und führt einen „Freifahrtversuch“ durch. Mithilfe eines an der SVA entwickelten Messgerätes namens „Dynamometer“ werden Drehmoment, Schub und Drehzahl des Propellers gemessen – daraus ergibt sich die Leistung des Antriebs.
Der Wirkungsgrad soll möglichst hoch sein. Ist er niedrig, kann das drei Gründe haben: Erstens kann das Schiff schlecht sein, zweitens kann der Propeller schlecht sein, oder es passen – drittens – Rumpf und Propeller nicht zusammen. Der Propeller wird immer speziell an das Schiff angepasst – die SVA verfügt über eine Sammlung von 600 Propellern, weitere werden bei Bedarf maßgefertigt. „Oft wird aber auch das Schiff noch optimiert“, so Strasser.
Die Optimierung der Propeller selbst erfolgt in einer anderen Vorrichtung: dem sogenannten „Kavitations-Tunnel“, einem Umlaufkanal, in dem die Drücke um die rotierende Schiffsschraube genau vermessen werden. Unter Kavitation versteht man die Bildung von Gasbläschen hinter den Propellern – dort entsteht ein starker Unterdruck, in dem Wasser verdampfen kann. Diese Blasen machen sich in Form von Vibrationen, Ruckeln und verringertem Wirkungsgrad bemerkbar. Bei Kreuzfahrtschiffen und Fähren steht die Bekämpfung von Vibrationen im Vordergrund. Bei Frachtschiffen, wo es keine Fahrgäste gibt, die sich darüber beschweren würden, kann die Kavitation sogar zu Beschädigungen führen.
Optimierte Propeller. Schiffe werden immer größer: Früher waren sie schmäler als 33 Meter, seit dem Ausbau des Panamakanals gibt es nun mehr als 50 Meter breite Schiffe. Zudem sollen sie immer schneller werden. Daher muss die Antriebsstärke steigen. Nötig dafür sind kraftvollere Motoren und eine Vergrößerung der Propellerflächen: Je größer die Fläche ist, desto mehr Kraft wird übertragen. Die Schrauben selbst können nicht wachsen, ihr Durchmesser ist wegen der Tiefe der Hafenbecken auf maximal sieben Meter begrenzt. Möglich ist es aber, mehrere Schiffsschrauben nebeneinander zu betreiben. Dabei gibt es allerdings Probleme mit den Strömungsverhältnissen. Strasser: „Die Zuströmung von Wasser in der Mitte ist nicht am besten.“ Eine andere Variante nennt sich „Tandem-Propeller“ – ein Prinzip, an dem die SVA im Rahmen des Eureka-Projekts „Safepasea“ arbeitet: Dabei sind zwei Schiffsschrauben hintereinander auf derselben Welle angeordnet. Dadurch verdoppelt sich die Propellerfläche, man erspart sich aber den Einbau einer zweiten Welle, wodurch dieses System billiger ist.
Die 20 Experten der SVA interessieren sich allerdings nicht nur für Wasserströmungen, sondern auch für die Luft. In einem Windkanal wird etwa getestet, wie sich Rauch aus den Schornsteinen oder Gerüche aus Abluftrohren auf den Decks ausbreiten. Optimiert wird auch, wie man etwa eine Cafeteria bei einem Swimmingpool vor zu viel Wind schützt. Apropos Swimmingpool: In Versuchen mit einem Wellenerzeuger geht man an der SVA auch der Frage nach, wie sich etwa das Wasser in Pools bei Seegang verhält. Es kann nämlich in Resonanz mit den Schwingungen des Schiffs geraten – und ohne Dämpfungsmaßnahmen, etwa Einbauten in die Becken, kann passieren, dass sich ein Schwimmer unversehens am trockenen Deck wiederfindet.
Die SVA ist sehr international ausgerichtet: Mehr als 95 Prozent der Aufträge kommen aus aller Welt. Hierzulande ist das Know-how selten gefragt: wenn z. B. die Schiffswerft Linz einen Versuch macht oder neue Polizeiboote für die Donau getestet werden.