Schiffshebewerk

mini|Vertikal-Schiffshebewerk Niederfinow mini|Hebewerk Nr. 3, eines der vier alten hydraulischen Hebewerke im belgischen Canal du Centre, die 1998 in die UNESCO-Weltkulturerbeliste aufgenommen wurden mini|Modernes Gegengewichtshebewerk Strépy-Thieu im belgischen Canal du Centre

Ein Schiffshebewerk ist ein Ingenieurbauwerk im Verkehrswasserbau und bezeichnet ein Abstiegsbauwerk, mit dem Schiffe große Höhenunterschiede in Schifffahrtswegen überwinden können. Im Gegensatz zu einer Schleuse, in der die Fallhöhe über eine Änderung des Wasserspiegels in der Schleusenkammer erzeugt wird, wird in einem Hebewerk entweder das Schiff selbst oder ein beweglicher Trog mit dem Schiff gehoben bzw. gesenkt. Vorteilhaft ist daran, dass größere Höhenunterschiede in kurzer Zeit überwunden werden können und dass beim Hebe- oder Absenkvorgang in der oberen Haltung kein Schleusenverlust auftritt. Erkauft wird dies mit einem deutlich höheren baulichen und betrieblichen Aufwand.

Klassifikation Schiffshebewerke werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert, nämlich nach

der Methode der Förderung, der Richtung der Förderung sowie der Art des Antriebs und des Gewichtsausgleichs.

Bei Schiffshebewerken, die mehrere Schiffe gleichzeitig befördern können, unterscheidet man darüber hinaus noch Zwillings- von Doppelhebewerken.

Methode der Förderung Es gibt die Trocken- und die Nassförderung.

Trockenförderung mini|Trockenförderung: Schiffseisenbahn am Oberländischen Kanal

Bei der Trockenförderung wird das Schiff aus dem Wasser herausgehoben, über den zu überwindenden Höhenunterschied transportiert und anschließend wieder ins Wasser eingesetzt. Dies hat die Vorzüge, dass ohne zusätzliches Wasser allein die Masse von Schiff und Ladung bewegt werden muss und dass vom Oberwasser kein Volumen ans Unterwasser verloren geht. Nachteilig ist zumindest bei größeren so geförderten Schiffen, dass eine Beschädigung des Schiffsrumpfes droht, sofern dieser nicht speziell für die Trockenförderung ausgerüstet ist.

Im einfachsten Fall wird bei der Trockenförderung das Schiff auf einem Gleitweg über Land gezogen. Dies ist die älteste Form des Schiffshebewerkes, man spricht hier von einer Schleppbahn oder einer Bootsschleppe. Um den Reibungswiderstand zu mindern, können Holzbalken oder Rollen in die geneigte Ebene eingelassen sein. Bereits aus dem alten Ägypten ist überliefert, dass Stromschnellen des Nils auf solchen Schleppbahnen umgangen wurden. Stattdessen kann das Schiff auch mittels eines speziell konstruierten, auf Schienen laufenden Transportwagens aus dem Wasser gezogen und transportiert werden. Dieses auch Schiffseisenbahn genannte Verfahren wird beispielsweise bei den Geneigten Ebenen des Oberländischen Kanals Elbing-Osterode () in Ostpreußen und bei der Big Chute Marine Railway im Trent-Severn-Wasserweg in Kanada benutzt.

Nassförderung mini|Nassförderung: Wasserkeilhebewerk Montech

Bei einem Schiffshebewerk mit Nassförderung wird das Schiff schwimmend gehoben oder gesenkt.

Da es im Gegensatz zur Trockenförderung im Wasser bleibt, ist das Risiko von Beschädigungen des Rumpfes vermindert. Überdies ist die Nassförderung in der Regel schneller, denn das Schiff muss lediglich festgemacht werden, ähnlich wie in einer Schleuse. Ebenso wie bei einer Schleuse werden Tore verwendet, die im geöffneten Zustand die Durchfahrt der Schiffe erlauben, im geschlossenen Zustand die Kanalabschnitte (annähernd) wasserdicht verschließen.

Zwar ist bei dieser Methode von Nachteil, dass nicht nur die Masse des Schiffs gehoben werden muss, sondern auch die erheblich größere des Wassers, in dem es schwimmt – sowie gegebenenfalls zusätzlich die des Troges. Jedoch ist gemäß Archimedischem Prinzip die zu befördernde Masse unabhängig von der Masse des Schiffes, da dieses immer genau sein Eigengewicht an Wasser verdrängt. Folglich kann bei Verwendung eines Gegengewichts (z. B. auch gegenläufige Tröge) dieses so fein eingestellt werden, dass die Antriebsleistung im Verhältnis zur bewegten Masse sehr niedrig bleibt. So benötigt beispielsweise das Schiffshebewerk Scharnebeck bei Lüneburg nur vier Elektromotoren mit jeweils 160 kW Leistung, um den Trog mit etwa 5.800 t Masse zu heben.

Realisierungsmöglichkeiten sind das Troghebewerk (auch Trogbahn) und das Wasserkeilhebewerk.

Richtung der Förderung Bezüglich der Richtung der Förderung werden vier Varianten unterschieden, nämlich Längsförderung, Querförderung, vertikale Förderung und Rotationsförderung. Hauptsächlich frühe Schiffshebewerke des ersten und zweiten Typs werden auch Rollberg oder Rollbrücke genannt.

Längsförderung Bei der Längsförderung wird das Schiff im Hebewerk in Richtung seiner gewöhnlichen Fahrt über eine schiefe Ebene bewegt. Längsförderung ist die einfachste Art der Beförderung. Sie taugt aber nur für relativ geringe Steigungen. Beispiele dafür sind der Schrägaufzug von Ronquières, das Schiffshebewerk Krasnojarsk und das Wasserkeilhebewerk Montech.

Querförderung Hier wird das Schiff über eine quer zu seiner Einfahrtrichtung geneigte Ebene befördert. Mit Querförderung können wesentlich stärkere Steigungen überwunden werden als mit Längsförderung. Ein Beispiel für diese Bauart ist der Schrägaufzug von Saint-Louis/Arzviller.

Vertikale Förderung Vertikal-Schiffshebewerke befördern die Schiffe senkrecht nach oben oder unten. Bei einer Variante hängt der Trog dabei an Seilen und wird von Gegengewichten ausbalanciert, also nicht anders als bei einem gewöhnlichen Aufzug, jedoch mit erheblich höheren Seilkräften (siehe auch: Wandernde Seillast). Bei der anderen Variante ruht der Trog auf Schwimmern, die in tief in den Boden eingelassenen Wassertanks schwimmen, sogenannten Tauchschächten oder Brunnen. Eine dritte Variante ist das hydraulische Hebewerk (z. B. in Belgien oder in England), bei dem immer zwei Tröge durch Hydraulikleitungen miteinander verbunden sind.

Rotationsförderung In einem Rotations-Schiffshebewerk werden die Schiffe in Gondeln bewegt, die ähnlich wie bei einem Riesenrad um eine Mittelachse rotieren. Bisher wurde weltweit nur ein einziges solches Schiffshebewerk mit Rotationsförderung gebaut, das Falkirk Wheel in Schottland. Ursprünglich waren vier Gondeln geplant,Frühe Studie des Falkirk Wheel gebaut wurde es aber mit zwei Gondeln.

Art des Antriebs und des Gewichtsausgleichs mini|Zwillingshebewerk Les Fontinettes mini|Doppelhebewerk Scharnebeck

Bis zum Beginn des Industriezeitalters kam ausschließlich die Muskelkraft von Tieren oder Menschen zum Einsatz, um Schiffe über Land zu befördern. Diese wurden entweder direkt oder mit Hilfe von Seilwinden oder Flaschenzügen gezogen.

Wasserballastantrieb Einige Schiffshebewerke mit Gegengewicht kommen ganz ohne äußeren Antrieb aus, indem der obere Trog etwas höher befüllt wird als der untere und danach schwerer ist als sein Gegengewicht. Dazu fährt der Trog am oberen Schleusentor etwas tiefer an als der am unteren. Nach Hinunterfahrt und dem Niveauausgleich am unteren Schleusentor ist er dann wiederum leichter als sein Gegengewicht. Wie bei einer Wasserballastbahn bewegt sich hier der schwerere Trog aufgrund der Schwerkraft nach unten und befördert zugleich das Gegengewicht bzw. bei Zwillingshebewerken den gegenlaufenden Trog nach oben.

Hydraulischer Antrieb Beim hydraulischen Antrieb ruhen die Tröge auf Presskolben, die sich in unterirdischen Hydraulikzylindern bewegen. Der zum Heben des Troges notwendige Druck kann von einer Hydraulikpumpe geliefert werden. Meist werden hydraulische Hebewerke jedoch als Zwillingsanlagen konzipiert, bei denen der sich senkende Trog das Arbeitsmedium über eine Druckrohrleitung in den Zylinder des sich hebenden Troges drückt (Gegengewichtsprinzip). Der Wasserstand wird dazu im oberen Trog etwas höher als im unteren Trog eingestellt, so dass dieser schwerer wird. Fast alle hydraulischen Schiffshebewerke sind als Zwillingsanlagen mit Wasserballastantrieb konzipiert. Externe Hydraulikpumpen dienen hier nur zum Ausgleich von Wasserverlusten durch Leckage, zum Betrieb von Nebenaggregaten wie Torantrieben, und evtl. zum Notbetrieb mit nur einem Trog. Während man früher generell Wasser als Hydraulikflüssigkeit verwendet hat, kommt bei neueren Anlagen -wie dem wiedereröffneten Schiffshebewerk Anderton- wegen des besseren Korrosionsschutzes biologisch abbaubares Hydrauliköl zum Einsatz.

Elektrischer Antrieb Mit Ausnahme der beiden dieselmotorgetriebenen französischen Wasserkeilhebewerke werden alle nach 1917 neu eröffneten Schiffshebewerke von Elektromotoren angetrieben, häufig jedoch unterstützt durch Wasserballast.

Gegengewichte Nahezu alle neuzeitlichen Schiffshebewerke nutzen Gegengewichte, um das Gewicht des Troges einschließlich des Schiffes so weit wie möglich zu kompensieren, deshalb werden diese Gegengewichte in der Fachsprache auch Kompensatoren genannt. Gegengewichts-Schiffshebewerke arbeiten nach dem Prinzip der Atwoodschen Fallmaschine. Auch wenn das Gegengewicht nicht im eigentlichen Sinne als Antrieb bezeichnet werden kann, so erleichtert seine Verwendung den Hebevorgang, da abgesehen von der Massenträgheit am Anfang des Bewegungsvorgangs lediglich Reibungskräfte überwunden werden müssen. Vermutlich wurde das Prinzip des Gegengewichts beim Karren von Zafosina im späten Mittelalter erstmals genutzt, bei dem das Gewicht des hinabfahrenden Bootes das Hinaufziehen eines gleichzeitig auffahrenden Bootes unterstützte.

Zwillings- und Doppelhebewerke Tritt an die Stelle eines „toten“ Gegengewichts aus Beton o. ä. ein zweiter Trog, so spricht man von einem Zwillingshebewerk. Bei einem solchen fährt immer zugleich ein Trog nach unten und der andere nach oben. Ein Hebewerk mit zwei Trögen dagegen, die unabhängig voneinander fahren können, nennt man ein Doppelhebewerk.

Geschichte Seit die Menschheit Schifffahrt betrieb, wurden Schiffe gelegentlich auch – zumindest für kurze Distanzen – über Land gezogen. Um den dazu notwendigen Kraftaufwand zu vermindern, wurden zum Beispiel Bohlenlagen verwendet oder der Untergrund durch feuchten Ton schlüpfrig gemacht. Von einem Schiffshebewerk im Sinne dieses Artikels wird jedoch erst dann gesprochen, wenn mechanische Einrichtungen installiert sind, um den Schiffstransport möglich zu machen oder zu erleichtern.

Antike Bereits in der Antike existierte mit dem Diolkos eine Anlage zum Überlandtransport von Schiffen. Sie bestand aus einem ca. 8 km langen ausgebauten Weg mit Spurrillen zur Karrenführung. Er überquerte den Isthmus von Korinth auf 79 müdM und ersparte der Schifffahrt die Umschiffung des Peloponnes.

Vorläufer in den Niederlanden In den Niederlanden benutzte man einfache Holzrampen, über die Boote mit Hilfe einer Seilwinde gezogen werden konnten. Sie wurden Overtomen (Plural von Overtoom) genannt und vermutlich hat es Hunderte dieser Übergänge gegeben. Sie dienten ausschließlich dem Transport kleiner Boote, mit der Ausnahme des Overtooms bei Zaandam, der von 1609 bis 1718 in Betrieb war. Er konnte auch Seeschiffe damals üblicher Größe heben. Lediglich bei Venhuizen und Rijpwetering gibt es heute noch zwei Overtomen, sie wurden rekonstruiert, sind aber nicht mehr betriebsfähig.

Nach der Stilllegung der letzten Overtomen im frühen 20. Jahrhundert arbeiten in den Niederlanden keine Schiffshebewerke mehr.

Erste Hebewerke in Irland und Großbritannien Ducart’s Canal Die ersten echten Schiffshebewerke der Neuzeit wurden am Ducart’s Canal in Nordirland errichtet. Dieser 1777 vollendete Kanal sollte die Kohlengruben bei Drumglass mit dem River Blackwater verbinden. An drei Stellen mussten Höhenunterschiede zwischen 16 m und 21 m überwunden werden. Dafür wurden Rampen mit Holzrollen und für Zwillingsbetrieb ausgelegte Seilwinden angelegt. Doch die Konstruktion bewährte sich nicht und wurde bereits zehn Jahre später wieder stillgelegt.

Schiefe Ebene von Ketley