Schiffbau
Als Schiffbau bezeichnet man die Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Entwicklung von Schiffen befasst, sowie den Industriezweig, der Schiffe fertigt und repariert.
Der Schiffbau findet in spezialisierten Betrieben, den Werften, statt. Dort werden die Einzelteile aus Stahl- bzw. Leichtmetallblech und Profilen ausgeschnitten. Im Stahlschiffbau sind Hollandprofile gebräuchlich, dies sind Rechteckprofile mit einem ähnlich großen Querschnitt wie eine Eisenbahnschiene und mit einer wulstförmigen Gurtung auf einer Seite, also in etwa ein abgerundetes L-Profil. Das Ausschneiden geschieht im Stahlschiffbau mit Schneidbrennanlagen. Die Einzelteile werden erforderlichenfalls gekrümmt, wenn sie zur Außenhaut gehören. Danach werden sie zu Sektionen zusammengeschweißt. Eine Sektion kann z.B. der Bugwulst, ein Teil des Vorstevens oder ein Teil des Bodens sein. Die Sektionen werden zur Endmontage ins Dock (früher auch auf den Helgen) gebracht. Dort werden sie miteinander verschweißt. Da sie i.a. leicht verzogen sind, besteht das besondere Können darin, sie durch geschickten Kraftaufwand zu verformen, um jeweils die beiden miteinander zu verschweißenden Blechkanten zur Deckung zu bringen. Deckshäuser, Schornsteine und ähnliche Decksaufbauten werden parallel dazu auf gleiche Weise gefertigt, oder man lässt sie gelegentlich auch von Zulieferbetrieben fertigen. Sie werden danach als ganzes aufgesetzt und verschweißt. Die Schweißnähte werden soweit machbar von Automaten gelegt, was in den stark gekrümmten Bereichen des Vor- und Hinterschiffs an seine Grenzen stößt.
Noch im Rohbauzustand wird das Schiff zu Wasser gelassen. Wenn es nicht im Dock, sondern auf dem Helgen gebaut wurde, nennt man diesen Vorgang Stapellauf. Anschließend erfolgt am Ausrüstungskai der Endausbau. Während die Grobblechkonstruktion von der Werft selbst gefertigt wird, werden alle sonstigen Komponenten von Zulieferern eingekauft, denn auch im Schiffbau ist eine möglichst geringe Produktionstiefe am wirtschaftlichsten. Nach Probefahrten, die u.a. dem Nachweis der vertraglich vereinbarten Geschwindigkeit dienen, wird das Schiff dem Eigner übergeben. Es ist nicht ungewöhnlich, dass aus terminlichen Gründen letzte Arbeiten an der Einrichtung und Ausrüstung während der Probefahrt stattfinden.
Der Fertigung eines Schiffes gehen Entwurf und Konstruktion voran. Während früher in erster Linie Erfahrungswerte und Handwerksregeln der Schiffbauer die Konstruktion bestimmten, traten in der Neuzeit die ersten genauen Planzeichnungen auf. Sie wurden bereits früh durch die Anfertigung von Schiffsmodellen, den so genannten Werftmodellen ergänzt. Seit dem 19. Jahrhundert werden Modelle auch eingesetzt, um die hydrodynamischen Eigenschaften durch Versuche in einer Schiffbau-Versuchsanstalt vorab zu bestimmen und zu verbessern. Heute werden Schiffskonstruktionen mit spezieller schiffbaulicher CAD-Software entwickelt.
Auch die Inder waren frühe Schiffbauer. Sie befuhren vornehmlich den Indus und den Ganges. Das Wort navigieren hat seinen Ursprung im Sanskritwort "navgathi".
Durch die Phönizier und Griechen wurde der Schiffbau weiter entwickelt. Die ersten Langschiffe, die für die Fahrt im Mittelmeer und im schwarzen Meer verwendet wurden, stellten erhöhte Anforderungen an die Seetüchtigkeit und Stabilität. Zugleich wurden dickbauchige Handelsschiffe entwickelt. Häufig mussten Reparaturen auf hoher See oder an entlegenen Stränden durchgeführt werden, so dass der Beruf des Schiffszimmermanns als Besatzungsmitglied erforderlich wurde. Die Typisierung der Schiffe schritt voran, Schiffstypen wie die Bireme oder Trireme wurden nach festen Regeln und Proportionen gebaut. In der Frühzeit des griechischen und phönizischen Schiffbaus wurden die Schiffe noch am Strand gebaut, später wurde die Werft als Spezialbetrieb entwickelt.
Im 3. Jahrhundert v. Chr war der Schiffbau in Karthago am höchsten entwickelt. Der Bau großer Schiffe wie der Quinquiremen der Karthager bedurfte einer ausgefeilten Logistik und des Zusammenspiels der einzelnen Gewerke. Im ersten punischen Krieg strandeten karthagische Kriegsschiffe an den Küsten Italiens. Dies war das Startsignal für den römischen Schiffbau. Die karthagischen Schiffe wurden als Muster für römische Schiffe benutzt. Die karthagische Schiffbautechnologie wurde kopiert und um den Corvus als römische Erfindung ergänzt. Innerhalb kurzer Zeit bauten die Römer eine leistungsfähige Werftindustrie auf und bauten eine Flotte, die es mit den Karthagern aufnehmen konnte. Nach der Eroberung Karthagos war der römische Schiffbau technologisch führend, allerdings bauten die Griechen in Ägypten noch größere Schiffe. Ein besonders bedeutender Werftstandort des Römischen Reiches war Misenum am Golf von Neapel, zugleich Flottenstützpunkt, Hafen, Marineschule (armaturarum schola) und Standort der prima adjutrix, einer Legion von Marineinfanteristen.
Die Wikinger entwickelten dies zu ihren Langschiffen weiter, die für weite Reisen nach Island, Grönland und Neufundland geeignet waren. Neben den Langschiffen für militärische
Zwecke bauten sie später bauchigere Handelsschiffe.
Die Wikinger verwendeten ein einziges Rahsegel. Dies galt auch noch für die Hansekogge, die
ebenfalls klinkerbeplankt war, aber schon ein deutlich abweichend geformtes Heck hatte, an dem auch das Ruder gefahren wurde.
Die Schiffbauer des Mittelmeeres verwendeten Kraweelbeplankung und deren Schiffe trugen dreieckige
Lateinersegel an ein oder zwei Masten.
Gegen Ende des Mittelalters, als Kaufleute und Piraten aus dem Norden in das Mittelmeer vordrangen,
kam es ab 1300 zur Vermischung der Traditionen. Die Bremer Kogge von 1380 war bereits am Boden kraweel beplankt.
Als Ergebnis der Vermischung entstand das Entdeckerschiff der frühen Neuzeit, die Karavelle.
Der Schiffbau fand in Europa bis in das 19. Jahrhundert hinein in erster Linie in Werften an Stränden statt. Meist wurden die Schiffe quer zur Fahrtrichtung am Strand aufgebaut. Der Kiel lag auf den so genannten Stapeln, an diese Art, Schiffe zu bauen, erinnert heute noch das Wort "Stapellauf" Auf hölzernen Gleitschienen wurden die Schiffe in das Wasser geschoben. Nur selten wurde auch die Längsrichtung benutzt. Diese Art des Schiffbaus in Strandwerften begrenzte die Größe der Schiffe.
Das erste Trockendock Europas entstand 1495 in Portsmouth (England). Es dauerte jedoch noch mehrere hundert Jahre, bis sich das Trockendock für den Schiffbau im 19. Jahrhundert allgemein durchsetzte.
Drei Jahrtausende war Holz das dominierende Baumaterial für Schiffe.
Zu Beginn der Industrialisierung begannen die Schiffbauer v.a. in Großbritannien verstärkt Eisen einzusetzen, um das rar gewordene Krummholz zu ersetzen. Damit entstand die Kompositbauweise mit Kielschwein und Spanten aus Eisenprofilen und Beplankung aus Holz. Das Unterwasserschiff wurde zum
Schutz gegen Bewuchs mit Kupferblech beschlagen.
Komplett aus Eisen gebaute Schiffe wurden lange gemieden, z.T. weil die Seeleute dies als Frevel empfanden, da Eisen im Gegensatz zu Holz nicht schwimmen konnte. Ein Sturm, den allein ein aus Eisen gebautes Schiff schadlos überstand, brachte die Wende. Damit wurde die Bauweise aus vernieteten Eisenplatten üblich, ab ca. 1890 ersetzte vernieteter Stahl das Eisen. Die erste deutsche Werft die den Ersten "Eisendampfer" baute, war die Neptunwerft in Rostock, welche in den 90er Jahren durch die Treuhandanstalt in verbrecherischer Weise abgewickelt wurde! Heute gibt es noch eine Neptun-Industrie GmbH die 150 Leute von vormals 6.500 beschäftigt!
Die Schweißtechnik im Schiffbau wurde erst nach 1920 eingesetzt, forciert durch die deutsche Marine, die mit der neuen Technik leichtere Schiffe bauen wollte, da der Versailler Vertrag diesbezüglich starke Beschränkungen auferlegte. Insbesondere bei den Panzerschiffen wurde dies konsequent angewendet.
Siehe auch: Wikingerlangschiff, Hansekogge, Karavelle, Heinrich der Seefahrer
Beim Schiffsentwurf wird zunächst die geometrische Form des Rumpfes entwickelt und in einem Linienriss dokumentiert. Der Linienriss enthält Linien (horizontale Schnitte), (Konstruktions-)spanten (vertikale Schnitte in Querrichtung), Schitte (vertikale Schnitte in Längsrichtung) und teilweise auch Senten (schräge Schnitte). Aus Symmetriegründen stellt ein Spantriss im allgemeinen nur eine Hälfte dar, das Hinterschiff links und das Vorschiff rechts. Die Konstruktionsspanten sind von 0 (Hinteres Lot) bis 20 (vorderes Lot) durchnummeriert. Ziel des Entwurfs ist, eine gegebene Verdrängung den unterschiedlichen hydrodynamischen, konstruktiven, fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Anforderungen anzupassen, so dass am Ende ein Schiff herauskommt, das als Investitionsgut das investierte Kapital optimal verzinst.
In der Regel wird ein vorhandener Linienriss als Vorlage genommen und geometrisch verzerrt.
Danach wird die Anordnung der Antriebsanlage, Tanks, Laderäume und Aufbauten entworfen und in einem Generalplan dokumentiert.
Mit empirischen Verfahren, beispielsweise dem Holtrop-Verfahren, mit Widerstands- und Propulsionsversuchen im Modellmaßstab und teilweise auch mit CFD-Berechnungen wird eine Prognose erstellt, wieviel Maschinenleistung das Schiff brauchen wird, um die vertraglich vereinbarte Geschwindigkeit zu erreichen. Die Genauigkeit, die dabei gefordert und auch erreicht wird, ist enorm. Diese Untersuchungen am Schiffsrumpf gehen Hand in Hand mit mindestens genauso aufwändigen hydrodynamischen Untersuchungen am Propeller. Weitere hydrodynamische Untersuchungen betreffen das Manövrier- und Seegangsverhalten und teilweise auch entsprechende Modellversuche in Eis.
Längsfestigkeit: Global und in allergröbster Näherung wird das Schiff als ein Biegebalken angesehen, dessen Schnittlasten sich aus der unterschiedlichen Verteilung von Gewicht, Ladung und Auftrieb ergeben.
Querfestigkeit: Eine in Gedanken herausgeschnittene Scheibe wird bei vernachlässigter Wechselwirkung mit dem weggeschnittenen restlichen Schiff als U-förmige Anordnung von Stahlträgern berechnet.
Siehe auch Balkentheorie.
Detailliertere Berechnungen mit FEM-Software berücksichtigen, dass das Schiff als Grobblechkonstruktion ein komplexes Gefüge aus Flächentragwerken darstellt.
Um immer wiederkehrende Berechnungen zu vermeiden dimensioniert man die Spanten, Rahmen, Träger, Lukensülle und dergleichen nach Bauvorschriften von Klassifikationsgesellschaften.Schiffbau heute
Geschichte des Schiffbaus
Antike
Die ersten Schiffe wurden von den Ägyptern gebaut, vornehmlich für das Fahrtrevier Nil. Hierfür wurde bereits Holz verwendet. Die ersten Berufe des Schiffbaus waren demgemäß Zimmermann und Segelmacher sowie Seiler. Die Seilmacherkunst beschränkte sich nicht nur auf die Takelage, auch für die Stabilität der Schiffe waren Tampen erforderlich, die zwischen Bug und Heck gespannt wurden, damit diese Endbereiche des Schiffs nicht durchhingen. Mittelalter
Im Mittelalter gab es in Europa jeweils im Mittelmeer und in Nord- und Ostsee zwei getrennte Entwicklungslinien des Schiffbaus.
Die mediterrane Linie setzte die römische Tradition fort, während der Norden Europas völlig anders konstruierte. Typisch für den Norden war das symmetrische Boot bzw. Schiff, Bug und Heck waren gleich gebaut und die Klinkerbeplankung, die nur schwache Spanten benötigte, die mit den Planken durch Schnüre verbunden waren.
Das Nydam-Schiff aus dem 4. Jahrhundert ist ein Beispiel aus dieser Tradition und hatte noch kein Segel. Neuzeit
Die ersten Trockendocks wurden vermutlich vom chinesischen Admiral Zheng He Anfang des 15. Jahrhunderts entwickelt und in Nanking gebaut. Auf ihnen fand der Bau für damalige Verhältnisse riesiger Schatzschiffe statt, die drei bis viermal länger waren als die längsten Karacken des späten Mittelalters in Europa. Ihre Ausmaße wurden in der übrigen Welt erst durch die Vollschiffe des 19. Jahrhunderts knapp erreicht. Noch heute ist ein solches Trockendock in Nanking erhalten.Fachliche Gliederung des Schiffbaus
Schiffsentwurf
Schiffshydrodynamik
Schiffsfestigkeit