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Innovative
Containerschiffe - eine Herausforderung an die Klassifikation
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Dipl-Ing. L. Müller,
Germanischer Lloyd, Hamburg
Vorgetragen von Herrn John
Holland, Germanischer Lloyd, Hamburg |
Als in den 50er Jahren die ersten Container als logistische
Neuerung in der Schifffahrt auftauchten, hatte niemand die heutige Bedeutung der
Containerschifffahrt erahnt. Bereits Mitte der 60er Jahre tauchten die ersten
Vollcontainerschiffe auf, es handelte sich hier um umgebaute Stückgutfrachter oder auch
Tanker (Bild 1).
Bild 1
1968 wurden in Deutschland die ersten
Containerschiffsneubauten in Dienst gestellt, die sogenannte 1. Generation mit etwa 700
TEU (Bild 2).
Bild 2
Der zweiten Generation mit 1500 TEU und
Dampfturbinenantrieb folgten dann sehr schnell in 1972 die Containerschiffe der 3.
Generation, die ersten Panamax-Schiffe mit 3000 TEU und einer außerordentlichen
Geschwindigkeit von 28 Knoten (Bild 3).
Bild 3
Diese Schiffe hatten einen sehr hohen
Freibord, einerseits um möglichst viele Container unter Deck zu stauen, andererseits um
auf aufwendige Lukendeckeldichtungen verzichten zu können. Dieser Vorstoß wurde damals
von den Behörden als Ausnahme akzeptiert. Damit waren diese Schiffe in vieler Hinsicht
innovativ und ein Meisterwerk der Technik, sie waren für die weitere Entwicklung der
Containerschiffe wegweisend. Aufgrund des hohen Wertes und der damit verbundenen
Verzinsung der Ladung sollen Containerschiffe möglichst schnell sein. Einen Extrementwurf
in diese Richtung stellt der amerikanische Typ SL 7 dar (Bild 4).
Bild 4
Dieses Schiff erreichte mit einer
dampfgetriebenen Doppelschraubenanlage von 120000 PS eine Geschwindigkeit von 33 Knoten.
Der extreme Anstieg des Ölpreises zu dieser Zeit ließ diese Schiffe schnell
unwirtschaftlich werden, auch die brennstofffressenden Containerschiffe der 3. Generation
wurden für eine niedrige Geschwindigkeit umgebaut. Einen Extrementwurf in die
entgegengesetzte Richtung stellte der sog. Eco-Liner dar (Bild 5).
Bild 5
Eine Reihe dieser Schiffe sollte 1984 mit nur
18 kn Dienstgeschwindigkeit einen Round-the-world Service durchführen. Die
Stellplatzkapazität betrug bereits 2200 TEU oder 4400 TEU, damals eine große Anzahl für
ein Panamaxschiff. Die notwendigen Festigkeitsberechnungen hatte der Germanische Lloyd im
Auftrag der amerikanischen Reederei mit großem Erfolg durchgeführt, Resultat der
Berechnung war eine höhere Containerkapazität als ursprünglich vorgesehen.
Der Ölpreis blieb nicht so hoch wie zu der
Zeit der Ölkrisen, damit wurden auch diese Schiffe wegen nun zu niedriger Geschwindigkeit
unwirtschaftlich. Diese Reederei war mit ihrem Konzept der Zeit voraus und fuhr mit diesen
Schiffen in die Pleite. Jahre später führte die taiwanesische Evergreen-Linie wieder
einen Round-the-world Service ein, diesmal mit großem Erfolg. Allerdings waren diese
Schiffe mit 22 kn deutlich schneller und wurden bald durch schnellere und größere
Schiffe ersetzt. Die Tendenz zu höheren Schiffsgeschwindigkeiten hält bis heute
kontinuierlich an.
Erst etwa 15 Jahre nach dem Containerschiff
der 3. Generation sah die Schifffahrtswelt das maximale Panamax-Schiff mit einer
Stellplatzkapazität von 4800 TEU (Bild 6).
Bild 6
Möglich geworden ist dieser
Entwicklungssprung durch die Entwicklung und Verwendung moderner, computergestützter
Rechen- und Analysemethoden (Bild 7). Hier spielt der Germanische Lloyd bis heute die
Vorreiterrolle.
Bild 7
Neu bei diesem Schiffstyp ist der Wegfall der
Längsherfte bei Panamax-Breite, die bisher bei Containerschiffen zur Sicherstellung der
globalen Längsfestigkeit als auch zur Stützung der Lukendeckel üblich waren. Die
diesbezügliche Entwicklung ist in Bild 8 dargestellt.
Bild 8
Vorteil der neuen Bauweise ist das größere
Laderaumvolumen und geringere Baukosten. Das erste Schiff in dieser Bauweise ist die
"Hannover Express" von Hapag-Lloyd, natürlich mit GL-Klasse. Sie ist heute
Standard für alle Panamax-Schiffe, inzwischen werden auch überbreite Post-Panamaxschiffe
nach diesem Konzept entworfen und gebaut. Heute bietet ein modernes Panamaxschiff 4800
Stellplätze, der Anteil der Container auf den Lukendeckeln ist damit von 30 % bei den
Schiffen der 3. Generation auf über 50 % angestiegen. Hierbei werden mit zunehmenden
Containerdurchschnittsgewichten hohe Anforderungen an die Laschung der Container auf den
Deckeln sowie an die Lukendeckelfestigkeit selbst gestellt. Die Deckel sind damit heute
festigkeitsmäßig ausgereizte Konstruktionen, da das Deckelgewicht durch die
Tragkapazität der Containerbrücken beschränkt ist. Ein weiteres Problem sind die
Reibkräfte infolge höherer Vertikalkräfte in den Lukendeckelauflagern. Das
Lastkollektiv bezüglich der Betriebsfestigkeit ist hier besonders ungünstig, da bereits
bei den kleinsten Torsionsverformungen des Schiffskörpers aufgrund physikalischer
Gesetzmäßigkeiten die volle Reibkraft anzusetzen ist. Hier sind in der Vergangenheit
eine große Anzahl von Schäden aufgetreten (Bild 9), durch spezielle Behandlung dieser
containerschiffsspezifischen Details in den Bauvorschriften unserer Gesellschaft sowie der
Entwicklung von reibungsarmen Auflagerwerkstoffen ist das Problem heute im Griff (Bild
10).
Bild 9
Bild 10
Nicht ganz so positiv stellt es sich mit der
Zurrung der Container auf den Lukendeckeln dar, wie einige spektakuläre Vorfälle belegen
(Bild 11).
Bild 11
Der Germanische Lloyd hat schon sehr früh
begonnen, im Rahmen der Seegangsbelastungs-berechnungen für globale Analysen von
Containerschiffen auch die Rollbeschleunigungen sozusagen als Nebenprodukt auszuweisen und
zur Dimensionierung von Laschmaterial und später auch Laschbrücken auf
Großcontainerschiffen zu verwenden. Aufgrund dieser Aktivitäten haben wir eine nur
kleine Anzahl von Schäden infolge nichtausreichender Laschung zu verzeichnen. Trotzdem
stellt sich die Frage, ob nicht hochbordige Containerschiffe mit einem geringen
Ladungsanteil an Deck sicherer sind. Diese rein retorische Frage kann nur mit 'ja'
beantwortet werden. Das Bild 12 ist selbsterklärend.
Bild 12
Der höhere Freibord bietet sowohl
hinsichtlich des Schwimmstabilitätsumfangs als auch der Festigkeit Vorteile. Nachteil
sind unter Umständen höhere Baukosten und vor allem Vermessungsgründe mit wesentlichem
Einfluss auf die Betriebskosten. Besonders im Bereich der Feederschiffe sind zur
Minimierung der Raumvermessung Schiffe mit extrem wenig Ladung unter Deck und entsprechend
hoher Kapazität an Deck konstruiert worden (Bild 13).
Bild 13
Es stellt sich damit die Frage, ob es nicht sinnvoll ist,
die Schiffsvermessung auf die Verdrängung des Schiffes weitgehend ungeachtet des Volumens
über Wasser aufzubauen. Die Kosten der Hafenverwaltungen sind eigentlich direkt mit der
Größe der Schiffe unter Wasser verbunden, wie Hafenbau, Baggerkosten usw.. Durch
Einführung von schiffsspezifischen Korrekturfaktoren würde das System perfektioniert und
vielleicht gerecht. Zumindest wäre es ein großer Schritt zur Erhöhung der Sicherheit
auf See.
Heute ist eine deutliche Tendenz zu überbreiten
Postpanamax-Containerschiffen zu erkennen. Inzwischen ist seit in Fahrt kommen der
Containerschiffe der 3. Generation der Welthandel und damit Containerverkehr dramatisch
angestiegen, so dass es die Reeder getrost das Risiko eingehen können, Schiffe größer
als das universell einsehbare Panamakanal-geeignete Containerschiff zu betreiben. Die
Entwicklung der Postpananamx-Schiffe ist in Bild 14 dargestellt.
Bild 14
Der Vorteil der Postpanamax-Schiffe liegt in der Economy of
scale einerseits und im höheren spezifischen Deadweight andererseits, da aufgrund der
größeren Schiffsbreite und damit Schwimmstabilität auf merkantil unerwünschtes
Ballastwasser weitgehend verzichtet werden kann.
Die erste Generation der Postpanamax-Schiffe war der Typ C10 von HDW Kiel gebaut für die
American President Lines (APL) (Bild 15).
Bild 15
Die notwendigen Festigkeits- und Schwingungsanalysen
inklusive Bemessung der Laschkomponenten wurden vom Germanischen Lloyd durchgeführt.
Diese Schiffe besitzen noch die Anordnung von zusätzlichen Längsherften, wie eingangs
erwähnt (Bild 14).
Bei späteren Schiffen entfielen diese und werden heute
auch bei Schiffen mit einer Kapazität von 6700 TEU (P&O-Nedlloyd-Southampton Klasse)
(Bild 16) nicht mehr eingebaut.
Bild 16
Eine Ausnahme bilden hier die Schiffe der K und S-Klasse
von AP-Møller, die bei einer Kapazität von 6600 TEU bzw. etwa 8700 TEU etwas konservativ
an dem Konzept mit zusätzlichen Längsherften festhalten (Bild 17).
Bild 17
Nachteil dieser Bauweise aus stahlschiffbaulicher Sicht ist
die Einbindung der Längsherfte in die Schiffskörperkonstruktion unter Berücksichtigung
des komplexen Tragverhaltens bezüglich der Längsfestigkeit. Allein die Anzahl der
Lukenradien ist hier dreimal so groß als bei einem modernen herftlosen Containerschiff.
Es sind schiffbaulich gesehen sicherlich eindrucksvolle aber aufgrund ihres Konzepts
vermutlich auch schwere Schiffe. Von den Investment- und Betriebskosten ist dieses Konzept
damit weniger günstig, da der Raum unter Deck nicht voll genutzt wird und das Raster der
Container unter und auf den Lukendeckeln nicht übereinstimmt. Dies führt zu Nachteilen
beim Laden und Löschen. Trotzdem stellen die Schiffe der S-Klasse wie einst die Schiffe
der 3. Generation einen Meilenstein in der Entwicklung der Großcontainerschiffe dar.
Wenn man bei der Konstruktion von Jumbo-Containerschiffen
auf Längsherfte verzichtet, kann man das Material zur Erreichen der erforderlichen
Längsfestigkeit nur außen anordnen. So besitzen die 6700 TEU-Schiffe der
Southampton-Klasse Längssülle aus 70 mm dicken Schiffbaustahl der Qualität HT 40. Der
Einsatz solcher Stähle stellt erwartungsgemäß sehr hohe Anforderungen an Konstruktion
und Fertigung (Bild 19).
Bild 19
Bisher haben sich unsere Kunden als auch der Germanische
Lloyd selbst an solche Abmessungen nicht herangetraut, die größten Blechdicken von
Containerschiffen mit GL-Klasse liegen derzeit bei 60 mm HT 36 für Einsatzplatten und 50
mm HT 36 für durchlaufende Strukturelemente. Die Betriebsfestigkeitsprobleme extrem
hochfester Stähle sind hinreichend bekannt. Trotzdem wird sich der Germanische Lloyd
dieser Herausforderung stellen müssen hinsichtlich Bemessung und Fertigung. Die (aus
welchen Gründen auch immer) durchgebrochene "MSC-Carla" hat bei uns allen einen
tiefen Eindruck hinterlassen (Bild 20).
Bild 20
Die hohen Anforderungen an die Festigkeit werden den
Entwurf großer Containerschiffe sicherlich stark beeinflussen. Angestrebt werden
durchlaufende Lukensülle ohne Unterbrechungen und Unstetigkeitsstellen (Bild 21), auch
das Deckshaus sollte dann in den globalen Schiffskörperfestigkeitsverband integriert
werden.
Bild 21
Unnötige Ausrüstungsteile werden von der oberen Gurtung
verbannt werden, die Lukenbänke müssen aufgrund der Verwendung extrem hochfester und
dicker Stähle glatt und schier ohne Unstetigkeitsstellen, Löcher und aufgeschweißte
Fittings sein. Ein Negativbeispiel ist in Bild 22 gezeigt. Dieses Bild bedarf keine
weiteren Erklärungen.
Bild 22
Die zukünftigen Megacarrier mit mehr als 10000 TEU werden
aufgrund des leider konstanten E-Moduls von Stahl relativ flexibler sein als heute
übliche Containerschiffe und damit große Verformungen aufweisen. Dies wird Einfluß auf
die Lukendeckelkonstruktion haben, vielleicht wird dann das Open Top Konzept trotz der
bisherigen Vermessungsnachteile wieder Vorteile bieten. Bild 23 zeigt eine holländische
Studie für ein 15000 TEU Open Top Suezmax Containerschiff.
Bild 23
Zur Zeit wird zur Vermeidung von den oben genannten
wirtschaftlichen Nachteilen der Open Top Schiffe bisher leider nur für Schiffe bis 30000
BRZ, eine Reduktion der Vermessung gewährt. Man ist der Meinung, dass bei größeren
Containerschiffen die Stellplatzkapazität von Open Top Schiffen sich nicht wesentlich von
der konventioneller Containerschiffe unterscheidet. Dies stimmt nur hinsichtlich der
Tragfähigkeit jedoch nicht für die Anzahl der Stellplätze, denn die Höhe der
Containerstapel ist durch die Festigkeit der Container selbst limitiert. Damit stellen die
Lukendeckel de facto nicht wie einst eine Abdichtung der Luken dar sondern dienen heute
vorwiegend als Lagerplatz für Deckscontainer.
Auf den heutigen Großcontainerschiffen werden 9 Lagen von
Containern im Raum gestapelt. Mit Hilfe einer ausgeklügelten computergestützten Logistik
will man versuchen, wesentlich mehr Container bei Einhaltung der maximal zulässigen
Belastung auf den unteren Container zu stapeln. Detaillierte Seegangsberechnungen zur
Berechnung der aktuellen Beschleunigungen ist dazu Vorausseztung. Mit dem bei unserer
Gesellschaft vorhandenen Technologie-know-how ist der Germanische Lloyd gerüstet, die
Herausforderung der Klassifikation von Jumbo-Containerschiffen anzunehmen.
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© Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV), Berlin 1999- |
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