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Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V.

Abgeschlossene Forschungsvorhaben

 

Verbundvorhaben BiWi – Binnenschiffsanbindung von Seehäfen ohne Binnenwasserstraßenanschluss am Beispiel des Hafenstandortes Wilhelmshaven einschließlich Jade-Weser-Port (Fkz 03SX359); Teilvorhaben BiWi-Entwicklung – Entwicklung und Optimierung eines seegehenden Binnenschiffleichters

Bei der angestrebten Emissionsreduktion zur Verzögerung des Klimawandels liegen große Hoffnungen auf dem verstärkten Einsatz von LNG. Der Ausstoß von Feinstaub, Schwefel- und Stickoxiden durch LNG-Motoren ist deutlich geringer als bei herkömmlichen Kraftstoffen.

Die aktuellen Herausforderungen der Binnenschifffahrt sind durch einen hohen Wettbewerbsdruck sowohl in Bezug auf die Kostenstrukturen als auch in Bezug auf die ökologischen Anforderungen gekennzeichnet. Vor diesem Hintergrund besteht die Notwendigkeit zu Effizienzsteigerungen und einer Verbesserung des ökologischen Profils. Der Brennstoffverbrauch der Schiffe ist dabei ein wichtiger Parameter, beide Aspekte zu behandeln. Hierfür kommen im Grundsatz sowohl technische als auch verhaltensorientierte Ansätze in Frage.

PIV-Messungen im Forschungsprojekt Wake

Aufgrund des inhomogenen Zustroms durchlaufen Propellerblätter innerhalb jeder Umdrehung veränderliche Bedingungen, die zu Schwingungen, Einbußen im Komfort und einer reduzierten Energieeffizienz führen. Bekannte Ansätze zur Vergleichmäßigung sind statisch und zielen auf Verbesserungen bei Entwurfsbedingungen ab. Das Zustromfeld ist jedoch empfindlich gegenüber Veränderungen des Fahrtzustands und besonders der Wassertiefe.

PIV-Versuch im Forschungsprojekt Einlasss

Binnenschiffe haben vom Tag ihrer Inbetriebnahme an eine sehr lange Dienstzeit. Durchschnittlich wird ein Binnenschiff erst nach etwa 40 Jahren durch einen Neubau ersetzt. Während dieser langen Dienstzeit können sich die wirtschaftlichen und gesetzlichen Rahmenbedingungen erheblich verändern. Ebenso tritt eine Alterung der technischen Einrichtungen auf. Auf Basis dieser sich ständig ändernden Bedingungen werden gegebenenfalls Modernisierungsmaßnahmen notwendig, welche entweder wirtschaftlich oder durch geänderte Gesetzgebungen motiviert sind.

Während verschiedene Varianten des sogenannten Wulstbugs seit Jahrzehnten bei Seeschiffen erfolgreich zur Verringerung des Widerstands eingesetzt werden, konnte bei Binnenschiffen bis heute keine Entsprechung etabliert werden. Die Funktionsweise eines Wulstbugs kann aufgrund der im Verhältnis zum Tiefgang großen Schiffsbreite, der geringen Geschwindigkeit, der durch Schleusen limitierten Gesamtlänge und der Abhängigkeit der Umströmung von der Wassertiefe nicht übertragen werden.

Bereits seit Jahren kommt es bei der Abfertigung von Container-Binnenschiffen in den Seehäfen, vor allem in den ARA-Häfen, zu erheblichen Zeit- und damit Effizienzverlusten für die betroffenen Binnenschiffe insbesondere dann, wenn jeweils kleine Containermengen an einer Vielzahl von See-Terminals umgeschlagen werden.

Kompetenznetz für den Einsatz der Computergrafik in der maritimen Wirtschaft Das Netzwerk 3D maritim ist ein einzigartiger Zusammenschluss von spezialisierten IT-Firmen, Forschungseinrichtungen und Anwendern, die den Einsatz von 3D in der maritimen Bra …

In response to the call’s demand for cost effective modernisation of the inland fleet for freight transport, MoVe IT! develops a suite of options for the modernisation of inland ships that meet the challenges of over-aging of the fleet, climate change and stronger environmental objectives and provides decision support regarding the application of these options.

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, über eine veränderte, an die Topografie der Wasserstraße angepasste Fahrweise der Schiffsführer den Brennstoffverbrauch zu reduzieren.

Die Propulsionsanlage spielt eine entscheidende Rolle, wenn ein Schiffsentwurf oder ein bereits existierendes Schiff in Bezug auf die Energie- und Kosteneffizienz optimiert werden soll. Insbesondere im Bereich der Binnenschiffe liegt der energetische Wirkungsgrad der Propulsionsanlage relativ niedrig, weil die Propeller im Durchmesser eingeschränkt sind. Es ist deshalb besonders wichtig, für das Schiff und seinen Einsatzfall eine optimal ausgelegte Anlage zu entwerfen.

Schubboot mit Blattkettenantrieb im Modellversuch

Trotz langjähriger Forschungsarbeit sind die Propellerantriebe von Binnenschiffen bei Fahrt auf extrem flachem Wasser sehr ineffizient. Die für Europa prognostizierten Klimaveränderungen lassen in naher Zukunft regelmäßige Trockenperioden mit extremen Niedrigwasserverhältnissen erwarten. Auf anderen unregulierten Flussläufen, wie z. B. der Elbe, treten Niedrigwasserperioden schon lange auf.

Auch in der Binnenschifffahrt werden Fahrsimulatoren zukünftig an Bedeutung gewinnen. Welche Anforderungen an solche Simulatoren zu stellen sind, um für den Schulungs- und Trainingsbetrieb geeignet zu sein, wurde seinerzeit in diesem Forschungsvorhaben untersucht.

Innerhalb des Forschungsvorhabens konnte ein Verfahren zur energetischen Beurteilung von Binnenschiffen erarbeitet werden.

Increasing environmental concerns and soaring oil prices are creating a new focus on fuel efficiency for the marine industry. Combining low emissions with demands for more advanced vessels than ever before, drives the need for radically new propulsion concepts delivering a step-change in efficiency.

Entwicklung eines Konzepts, welches die technischen Möglichkeiten moderner Binnenschiffe nutzt, um den Bedarf an Wasserflächen im Hafen zugunsten neuer Logistikflächen an Land zu reduzieren. Nutzung des Hafens Duisburg als Hub in das Ruhrgebiet mit möglichen Anlaufpunkten in weiteren Häfen (z.B. Essen und Dortmund).

Entwicklung eines Verfahrens zur Bewertung des technischen Alters modernisierter Binnenschiffe aus sicherheitstechnischer Sicht Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem es möglich wird, das von einem älteren modernisierten Schiff ausgehende Risiko mit dem Risiko vergleichbar zu machen, das von einem jüngeren aber nicht modernisierten Schiff ausgeht. Mit dem dem Verfahren zugrunde liegenden Berechnungsmodell können die schiffsspezifischen Risiken ermittelt werden; diese wiederum können in ein sicherheitstechnisches Alter transferiert werden.

In flachem und seitlich begrenztem Fahrwasser werden die meisten Kollisionen zwischen Schiffen durch die komplexe Interaktion bei Überholmanövern verursacht. Diese Unfälle ereignen sich besonders häufig im Zu- und Ablauf von Seehäfen und führen neben hohem Sachschaden auch zu großen volkswirtschaftlichen Verlusten durch die Beeinträchtigung des Verkehrs. Untersuchungen von Unfällen und Erfahrungen aus der Schiffsführung belegen den großen Bedarf an eingehenden Untersuchungen und der Entwicklung fundierter Richtlinien für den sicheren Passierabstand und Geschwindigkeitsbeschränkungen.

Die heutige wirtschaftliche Situation der deutschen Partikuliere ist gekennzeichnet durch eine schwierige Ertragslage. Dies wird u.a. durch die überproportional abnehmenden Anteile der deutschen Flotte an Transportmengen und Transportleistungen gegenüber ausländischen Wettbewerbern deutlich.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines telematikgestützten Informationssystems für intermodale Transporte im Güterverkehr und die Implementierung in einen Software-Prototypen. Dabei sollte im Rahmen dieses Projektes eine Basisanwendung mit vereinfachten Strukturen entwickelt werden.

Das Hauptforschungsziel ist es, fundierte Planungsgrundlagen für Konstruktion, Bau und Betrieb kombinierter Offshore Windenergie- und Tideströmungsanlagen zu erstellen. Dabei sollen geeignete Methoden für die Fragestellungen im Zusammenhang mit der geeigneten Standortwahl, zuverlässigen Lastannahme, sicheren Gründungsbemessung sowie optimierten Strukturauslegung solcher Anlagen entwickelt werden.

Um die Simulatortechnik für eine effiziente Ausbildung der Schiffsführer und die Weiterbildung bereits ausgebildeter Schiffsführer in der Binnenschifffahrt einzusetzen, müssen die Qualität und Echtheit der Schiffsbewegungen auf flachen Gewässern erheblich verbessert werden. Ziel des Forschungsvorhabens war deshalb die Entwicklung eines neuen, umfassenden Simulationsmodells, das eine realitätsnahe Beschreibung und Darstellung der Schiffsbewegungen in unterschiedlichen Fahrtumgebungen und Verkehrssituationen ermöglicht.

Beim fahrenden Personal in der Binnenschifffahrt sind in der Vergangenheit zunehmend Personalengpässe aufgetreten. Aufgrund der Altersstruktur des Personals, vor allem in der deutschen Binnenschifffahrt, und der in der Vergangenheit über etliche Jahre niedrigen Ausbildungszahlen ist in den kommenden Jahren eher noch mit einer Verschärfung der Situation zu rechnen.

Das Ziel der Untersuchung bestand darin, ein Transportkonzept für innereuropäische Stückgut- und RoRo-Verkehre zu entwickeln, welches eine verstärkte Einbindung der Binnenschifffahrt in diesen Transportmarkt ermöglicht. Hierdurch sollen die Binnenschifffahrtsunternehmen in die Lage versetzt werden, in einen dynamisch wachsenden, heute aber kaum bedienten Marktbereich vorzudringen.

Fluss-See-Schiffahrt mit seegehenden Binnenschiffen konventioneller Form hat sich unter anderem für Containerverkehre Duisburg – Großbritannien bewährt und hier eine gute Wettbewerbsposition errungen, denn sowohl konkurrierender landgebundener Verkehr aufgrund der notwendigen Überquerung des Ärmelkanals als auch gebrochener Land-See-Verkehr aufgrund der Brechung im Seehafen sind mit erheblichen Zusatzkosten/-zeiten gegenüber dem direkten Fluss-See-Verkehr verbunden.

Die lange Lebensdauer und daraus resultierend das hohe Durchschnittsalter der im Einsatz befindlichen Binnenschiffe (rund 50 Jahre bei den Trockengüterschiffen, rund 30 Jahre bei den Tankschiffen) verhindert eine schnelle und marktgerechte Anpassung der Flotte und führt zu relativen Wettbewerbsnachteilen gegenüber der Konkurrenz.

Angeregt durch Betreiber von Fahrgastschiffen sollten durch geeignete technische und konstruktive Maßnahmen, die innerhalb dieses Vorhabens entwickelt, untersucht und bewertet wurden, eine Verbesserung des Stoppvermögens sowie der Manövrierbarkeit von schnelleren Fahrgastschiffen erreicht werden.

Zur Verbesserung der Sicherheit und Leichtigkeit der Binnenschifffahrt zur Bewälti­gung des zunehmenden Verkehrsaufkommens wurde die Wechselwirkung zwischen Schiffen beim Begegnen und Überholen im Flachwasser systematisch untersucht.

Einen zentralen Ansatzpunkt für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Effizienz der Binnenschifffahrt bilden die zum Transport eingesetzten Fahrzeuge. Neben der Größe der eingesetzten Schiffseinheiten entscheiden vor allem die verwendeten Technologien über die Transportkosten und damit die kostenmäßige Wettbewerbsfähigkeit.

Simulationssoftware für hydrodynamische Probleme – Schiff und Antrieb in begrenzten Gewässern – Viele Wechselwirkungen zwischen hydrodynamischen Vorgängen einerseits und festen Strukturen andererseits sind heute nur ansatzweise bekannt und kaum zuverlässig prognostizierbar. Benötigt werden derartige Kenntnisse unter anderem in der Schifffahrt, insbesondere in flachen Gewässern, worauf sich das hier vorgestellte Forschungsvorhaben vorrangig bezieht. Die Ergebnisse sind jedoch auf andere Bereiche, wie zum Beispiel Wasserbauten und Strömungskraftwerke, übertragbar.

Numerische und experimentelle Untersuchungen der Wirkung der Strömung auf das fahrende Schiff unter Berücksichtigung von Buhnen, Gewässerquerschnitten und Sohlbeschaffenheiten Buhneneinfluss – Experimentelle und numerische Bestimmung der Wirkung von Buhnen auf das Fahrverhalten von Schiffen Buhnen als wasserbauliche Maßnahmen zur Regulierung der Strömung auf den Flüssen beeinflussen durch die sich in den Buhnenfeldern bildenden Wirbel und durch die erhöhten Strömungen an den Buhnenköpfen die Fahrt der Schiffe.

Der Semikatamaran als Grundlage eines neuen Behälter-Transportsystems für Binnenwasserstraßen Der Semikatamaran ist ein hervorragendes Flachwasserfahrzeug, das konventionelle Einrumpfschiffe in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Fahrleistung deutlich übertrifft. Wegen seiner großen Breite (hohe Stabilität) ist er besonders für die Beförderung von Containern und anderen Behältern (Trailer, Wechselbehälter) geeignet.

Numerische, experimentelle und technisch-wirtschaftliche Untersuchungen zur Entwurfsoptimierung und Wettbewerbssteigerung von Binnenschiffen Teilprojekt: Entwicklung von Gangbordalternativen zur Vergrößerung der Laderaumbreite In diesem Vorhaben ging es darum zu erarbeiten, ob und in welcher Größenordnung durch alternative konstruktive Gestaltungen der Gangborde die Laderaumbreite bei Beibehaltung der Schiffsbreite vergrößert werden kann.

Untersuchung einer Serie von Düsen-Skew-Propellern Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden 32 Propeller, die sich aus Variationen der Flügelzahl, Steigung und Flächenverhältnis ergaben, untersucht. Alle Propeller wurden in Düse Wageningen 19 a untersucht und die Kennwerte für die Freifahrt ermittelt.

Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Übertragung des Stoppmanövers in Stillwasser für den Fall „Stoppen zu Tal“ Sicheres Stoppen auf strömenden Gewässern ist ein wesentlicher Bestandteil der Verkehrssicherheit von Binnenschiffen. In den Abnahmebedingungen zur Rhein-Schiffs-Untersuchungsordnung sind u.a. Vorschriften über zulässige Stoppwege in Talfahrt enthalten.

Verminderung des Antriebsleistungsbedarfs eines Koppelverbandes, bestehend aus schiebendem Motorschiff und Schubleichter, durch Auffüllen der Koppelstelle mit flexiblen Elementen Der Betrieb eines Schubverbandes, bestehend aus schiebendem Gütermotorschiff und einem Standardschubleichter, auch Koppelverband genannt, ist eine wirtschaftliche Alternative zum klassischen Schubverkehr.

Untersuchung der Umströmung eines flachgehenden, getunnelten Binnenschiffes einschließlich des Nachstromfeldes Die Projektierung der Antriebsanlage eines Binnenschiffes ist immer noch problematisch, weil verlässliche Methoden zur Berechnung von Sog und Nachstrom fehlen.

Untersuchung der Maßstabseffekte kleiner Modellpropeller zur Verbesserung der Prognosegenauigkeit Bei sehr kleinen Modellpropellern, die sich insbesondere bei Versuchen für Binnenschiffe häufig nicht vermeiden lassen, treten Strömungen im laminar-turbulenten Übergangsbereich und damit sehr große, durch das Verfahren von Meyne nicht zu erfassende Maßstabseffekte auf.

Technische Entwicklung von Bodeneffektfahrzeugen, Phase 3 (TEBEF 3) – Das DST als Partner von Fischer Flugmechanik im „Hoverwing-Team“. Im Rahmen der verschiedenen Teilprojekte zum BMBF-Vorhaben TEBEF wurden an mehreren Modellen des HOVERWING Kraft- und Bewegungsmessungen durchge­führt, wobei der Schwerpunkt der Untersuchungen schließlich auf Freiflugversuche gelegt wurde, die im großen Schlepptank ded DST durchgeführt wurden.

Technische und wirtschaftliche Voraussetzungen für einen optimalen Transport von Containern und anderen Normbehältern in Binnenschiffen auf der Strecke Antwerpen/Rotterdam nach Straßburg In der Binnenschiffahrt werden heutzutage große Fahrzeugzusammenstellungen sicher bewegt. Im Hinblick auf den kombinierten Verkehr mit Containern und anderen Normbehältern kann die Vergrößerung des Einzelfahrzeuges auf mehr als 110 m Länge und mehr als 11,4 m Breite auf den dafür zugelassenen Flüssen deutliche Vorteile hervorrufen. Hierbei ist einerseits an die Tragfähigkeit bzw. Stellfläche, andererseits an den Energiebedarf und damit an die Transportkosten gedacht.

 

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