Baggerschiffe und Baggertechnologien

Über das Thema Nassbaggertechnik mit Darstellung der Hersteller und Betreiber berichtet Karl-Heinz Hochhaus, geht auf einige spezifische technische Details ein und  beschreibt  neue Baggerschiffe.

1. Einführung

Bei Schichau in Elbing entstand um 1841 der erste deutsche Dampfbagger und 1883 einer der ersten Schneidkopf-Saugbagger, da die bisher gebauten Eimerkettenbagger inzwischen zur Fahrwasservertiefung für die größeren Schiffe nicht mehr ausreichten [1]. Dieser Saugbagger war für das Wasserbauamt Marienwerder bestimmt. Fahrrinnenvertiefungen (Abb. 1), Hafenneubauten, Hafenerweiterungen [2], wachsende Küstenstädte und Erhöhung der Deiche aufgrund des Meeresspiegelanstiegs verursachen auch heute noch einen steigenden Bedarf an Baggerarbeiten. Der Küstenschutz erfordert regelmäßige Sandaufspülungen und die größten Schwimmbagger der Welt waren mit der Schaffung künstlicher Inseln vor Dubai und dem Bau des neuen Panama-Kanals beschäftigt. Für die Offshore- Öl- und Gasindustrie und auch die Offshore-Windenergie sind Grabungen und Verfüllungen mit Sand, Kies und Felsen für Rohrleitungen und Kabel notwendig. Der weltweite Bedarf der maritimen Bauleistungen ist deutlich gestiegen, in den letzten 12 Jahren hat sich der weltweite Umsatz im Naßbaggermarkt fast verdreifacht und betrug 2012 etwa11,4 Mrd. € (Abb. 2).

2. Nassbaggerkonzerne

Vier große in den Niederlanden und Belgien beheimatete Nassbaggerkonzerne sind im internationalen Geschäft besonders aktiv und verfügen über große Flotten von Baggerschiffen. In Deutschland sind es vorwiegend regionale Firmen oder Tochterunternehmen der internationalen Konzerne oder Baugesellschaften, die Nassbagger betreiben (s. a. Tabelle 1).

2.1 Royal Boskalis Westminster (Niederlande)

Die 1910 gegründete niederländische Aktiengesellschaft Royal Boskalis Westminster, abgekürzt Boskalis, arbeitet neben dem Seebaggergeschäft auch im Hafenbau. Außerdem werden Erdarbeiten im Tiefwasser für Offshoreanlagen zur Erdöl- beziehungsweise Erdgasgewinnung ausgeführt. Boskalis verfügt über eine Flotte von rund 300 Baggerschiffen aller Größen, die vielfach als eigene Entwicklungen entstanden sind. In Dubai z.B. beteiligte sich Boskalis mit dem Schaufelbaggerschiff „Colbar“ und den Schneidkopfsaugbaggern „Taurus II“ sowie „Urs“ an der Aufschüttung und Sicherung von Palm Island I. Für diese Arbeiten mit einer Küstenlänge von 120 km wurden ca. 200 Millionen Kubikmeter Sand und Steine bewegt. In Deutschland ist Boskalis mit seinem Tochterunternehmen Heinrich Hirdes GmbH vertreten.

2.2 Jan De Nul Gruppe (Belgien, Luxemburg)

Die Jan de Nul Gruppe wurde 1938 von dem Belgier Jan de Nul gegründet. Der traditionelle Schwerpunkt ist das Nassbaggergeschäft und die Landgewinnung. Die Flotte von rund 75 Baggerschiffen umfasst mit der "JFJ De Nul" (Abb. 3) sowohl den mächtigsten selbstfahrenden Schneidkopfsaugbagger und mit der "Cristóbal Colón" und "Leiv Eiriksson" die weltweit größten selbstfahrenden Hopperbagger der Welt. Mit diesen Riesen können Baggerarbeiten bis zu einer Tiefe von 155 m durchgeführt werden.

2.3 Dredging, Environmental and Marine Engineering (DEME, Belgien)

Die weltweit tätige Unternehmensgruppe DEME entstand in den Jahren 1974 und 1991 durch Fusionen von mehreren Nassbaggerfirmen und ist mit den Baggern in der Landgewinnung, im Offshore-, Wasser- und Küstenbau sowie Meerestechnik tätig. DEME hat seinen Sitz in Zwijndrecht bei Antwerpen und besitzt mit der deutschen Tochter Nordsee Nassbagger- und Tiefbau auch einen Standort in Bremen. Als Reederei betreibt DEME Insgesamt rund 300 Schiffe, davon  etwa 80 Baggerschiffe sowie etwa 200 weitere Arbeits- und Hilfsschiffe.

2.4 Van Oord Dredging and Marine Contractors  (Niederlande)

Van Oord Dredging and Marine Contractors, abgekürzt Van Oord, ist auf den Gebieten Nassbaggern, Landgewinnung, Wasserbau und Küsteningenieurwesen weltweit tätig. Van Oord betreibt als maritimes Unternehmen eine Flotte von rund 100 Arbeitsschiffen, darunter etwa 70 verschiedene Baggerschiffe. Außer dem Nassbaggergeschäft ist Van Oord zunehmend an der Errichtung von Offshorebauwerken für die Öl- und Gasindustrie sowie von Offshore-Windparks beteiligt.

3. Bauarten der Bagger

In der Nassbaggertechnik werden als Bauarten vorwiegend kontinuierlich arbeitende Hopperbagger, Schneidkopf- und Schneidradsaugbagger aber auch Eimerkettenbagger unterschieden. Letztere werden vorwiegend auf Flüssen, Kanälen und in Häfen eingesetzt. Intermittierend arbeitende Bauarten sind Löffelbagger, Greifbagger sowie Seilbagger. Weltweit sind rund 1200 dieser Schwimmbagger im Einsatz, sie teilen sich überschlägig auf in 40% Hopperbagger, 30% Schneidkopf- sowie Schneidradsaugbagger, 20% Löffelbagger und auf die restlichen Bauarten entfallen etwa 10%.

3.1 Laderaumsaugbagger (Hopperbagger)

Fast alle als Hopperbagger bezeichneten größeren Laderaumsaugbagger (Abb. 1) sind seetüchtige, selbstfahrende Baggerschiffe. Sie lösen den Boden mit Hilfe von Wasser durch einen oder zwei Saugköpfe, die sich unten an seitlichen mit dem Laderaum verbundenen Saugrohren befinden. Das Boden-Wasser-Gemisch wird von den im Pumpenraum befindlichen Baggerpumpen durch die Saugrohre in die als Hoppertanks bezeichneten Laderäume gefördert. Das Baggergut verbleibt im Laderaum und das Wasser fließt im Überlauf nach außenbords. Je nach Baggerprojekt kann das Baggergut an anderer Stelle verklappt werden, durch Druckrohre in seitlich anlegende Schuten gefördert oder durch schwimmende Rohrleitungen als Wasser-Sand-Gemisch zum Küstenschutz oder zur Landgewinnung an Land gepumpt werden. Hopperbagger dienen vorwiegend zur Fahrrinnenvertiefung, zur Sandaufspülung beim Küstenschutz oder bei der Neulandgewinnung.

3.2 Schneidkopfsaugbagger (Cutterbagger)

Wenn der Boden sehr fest ist oder sogar aus Fels besteht, werden Schneidkopf- oder Schneidradsaugbagger eingesetzt, deren rotierender Saugkopf (bzw. Schneidrad) mit speziellen Schneidwerkzeugen ausgestattet ist. Dieser Saugbaggertyp, entweder große seetüchtige und selbstfahrende oder kleinere stationäre Schneidkopfsaugbagger ohne eigenen Antrieb werden vor allem für den Bau und Ausbau von Häfen, von Fahrrinnen sowie für Pipeline-Grabungen in den Meeresboden genutzt. Außerdem werden sie bei der Offshore- Sand- und Kiesförderung und bei der Gewinnung von Diamanten sowie von Schwermineralen eingesetzt. Die Besonderheit ist der mit einem Antrieb versehene in axialer Richtung drehbare Schneidkopf (Abb. 7), der für das Schneiden des harten Bodens  verantwortlich ist. Er wird mit einer großen Anzahl von auswechselbaren bis 20 kg schweren Schneidzähnen ausgestattet. Das damit gelöste und mit Wasser transportierte Baggergut wird vorwiegend für die Landgewinnung verwendet. Je nach  Entfernung wird es durch Rohrleitung an Land gepumpt oder mit Schuten abtransportiert.

Im Oktober 2013 erfolgte auf der ASL-Werft in Singapur der Stapellauf vom Schneidkopfbagger „Cassiopeia V“. Der Stapellauf wurde mit Hilfe von zehn als „Airbag“ bezeichneten Luftsäcken aus zugfestem Elastomer-Textil-Verbundmaterial durchgeführt (Abb. 8, Tab. 5). Die zylindrischen Airbags haben am spitzen Ende einen axial angeordneten Füllanschluss mit Manometer. Sie liegen auf einer flachen Rampe oder einem Strand quer unter dem Rumpf und arbeiten beim Ablauf wie ein riesiges Wälzlager. Der Bagger wird von einer dieselelektrischen Anlage mit 16.580 kW mit Strom versorgt. Je nach Bedarf werden damit die zwei Azimut-Propeller und/oder die drei Baggerpumpen versorgt. Die Saugleitungen haben einen Durchmesser von 900 mm und die Rohrleitungen zum Beladen haben einen Durchmesser von 850 mm. Für die Lieferung der technischen Konstruktionspläne und der Baggerausrüstung ist Vosta LMG, ein Tochterunternehmen von ASL, verantwortlich. Der Schneidkopfbagger „‘Al Bahar’ C/D Huta 12“ (Abb. 9, Tab. 6). wurde 2014 an Saudi Arabien abgeliefert. Er wurde von ICH Merwede konstruiert und entstand auf der „IHC Dredgers shipyard“ in Kinderdijk (NL).

Der Hopperbagger „Eke Möbius“ (Abb. 4, Tab. 2), 2013 von der Sietas Schiffswerft an Josef Möbius Bau abgeliefert, führte Anfang 2014 Baggerarbeiten vor Odessa im Schwarzen Meer durch. Der Bagger entstand als Basiskonstruktion und mit baggertechnischen Zulieferungen von VOSTA LMG, hat ein Laderaumvolumen von 7.350 cbm und wurde in [3] ausführlich beschrieben. Etwas kleiner ist der indische Hopperbagger DCI Dredge XXI (Abb. 5, Tab. 3), der 2014 von HCI Merwede abgeliefert wurde. Der Hopperbagger „Chang Jiang KOU 02“, gebaut nach den Konstruktionsplänen von IHC Merwede, entstand 2013 auf der Werft Daoda Heavy Industry Werft in Qidong (China) und wurde an die Yangtze Estuary Waterway Administration Bureau (YEWAB) abgeliefert. Der Bagger (Abb. 6, Tab. 4) ist ein Nachbau von IHC Merwede, der 2012 als „Chang Jiang KOU 01“ abgeliefert wurde. Er hat 12.000 cbm Laderaum und wurde wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Jangtsekiangs mit dem  patentierte IHC Merwede Wild Dragon Schleppkopf eingesetzt.

3.2 Schneidkopfsaugbagger (Cutterbagger)

Wenn der Boden sehr fest ist oder sogar aus Fels besteht, werden Schneidkopf- oder Schneidradsaugbagger eingesetzt, deren rotierender Saugkopf (bzw. Schneidrad) mit speziellen Schneidwerkzeugen ausgestattet ist. Dieser Saugbaggertyp, entweder große seetüchtige und selbstfahrende oder kleinere stationäre Schneidkopfsaugbagger ohne eigenen Antrieb werden vor allem für den Bau und Ausbau von Häfen, von Fahrrinnen sowie für Pipeline-Grabungen in den Meeresboden genutzt. Außerdem werden sie bei der Offshore- Sand- und Kiesförderung und bei der Gewinnung von Diamanten sowie von Schwermineralen eingesetzt. Die Besonderheit ist der mit einem Antrieb versehene in axialer Richtung drehbare Schneidkopf (Abb. 7), der für das Schneiden des harten Bodens  verantwortlich ist. Er wird mit einer großen Anzahl von auswechselbaren bis 20 kg schweren Schneidzähnen ausgestattet. Das damit gelöste und mit Wasser transportierte Baggergut wird vorwiegend für die Landgewinnung verwendet. Je nach  Entfernung wird es durch Rohrleitung an Land gepumpt oder mit Schuten abtransportiert.

Im Oktober 2013 erfolgte auf der ASL-Werft in Singapur der Stapellauf vom Schneidkopfbagger „Cassiopeia V“. Der Stapellauf wurde mit Hilfe von zehn als „Airbag“ bezeichneten Luftsäcken aus zugfestem Elastomer-Textil-Verbundmaterial durchgeführt (Abb. 8, Tab. 5). Die zylindrischen Airbags haben am spitzen Ende einen axial angeordneten Füllanschluss mit Manometer. Sie liegen auf einer flachen Rampe oder einem Strand quer unter dem Rumpf und arbeiten beim Ablauf wie ein riesiges Wälzlager. Der Bagger wird von einer dieselelektrischen Anlage mit 16.580 kW mit Strom versorgt. Je nach Bedarf werden damit die zwei Azimut-Propeller und/oder die drei Baggerpumpen versorgt. Die Saugleitungen haben einen Durchmesser von 900 mm und die Rohrleitungen zum Beladen haben einen Durchmesser von 850 mm. Für die Lieferung der technischen Konstruktionspläne und der Baggerausrüstung ist Vosta LMG, ein Tochterunternehmen von ASL, verantwortlich. Der Schneidkopfbagger „‘Al Bahar’ C/D Huta 12“ (Abb. 9, Tab. 6). wurde 2014 an Saudi Arabien abgeliefert. Er wurde von ICH Merwede konstruiert und entstand auf der „IHC Dredgers shipyard“ in Kinderdijk (NL).

4. Werften und Baggerzubehör

Der Entwurf und die Konstruktion von Schwimmbaggern ist eine extrem anspruchsvolle Nische im globalen Schiffbau. Wenige Firmen, die bedeutendsten sind IHC Merwede und Vosta LMG, verfügen über die besonderen Technologien dieser Spezialschiffe und liefern den Bauwerften neben den technischen Planungs- und Entwurfsunterlagen auch die notwendigen spezifischen Ausrüstungen (Abb. 10, 11) und technische Unterstützung vor Ort.

4. 1 IHC Merwede

Die niederländische Gesellschaft Industriele Handels Combinatie Merwede BV, kurz IHC Merwede mit Sitz in Sliedrecht, ist in den vier Bereichen Schiffbau, Offshore, Bergbau und Gründungen aktiv. Es werden rund 3.000 Mitarbeiter beschäftigt. Im Bereich Schiffbau ist die Gesellschaft Weltmarktführer für die Planung, Entwicklung und Konstruktion von Baggerschiffen sowie Ausrüstungen für Schwimmbagger. Auf den eigenen Werften in den Niederlanden und besonders auf den weltweit verteilten Partnerwerften entstehen die verschiedenen Schiffstypen der Nassbaggertechnik. Dafür unterhält das Unternehmen Niederlassungen in China, Dubai, Singapur und den Vereinigten Staaten.

4.2 Vosta LMG

Das Beispiel der Lübecker Maschinenbau Gesellschaft (LMG), die 1875 den ersten Auftrag für einen Eimerketten-Schwimmbagger erhielt, zeigt eine typische Entwicklung vom Maschinenbau zu einer Werft für den Spezialschiffbau. Etwa 800 Schiffe, davon rund 400 Schwimmbagger wurden bis Mitte 1990 abgeliefert. 1986 erfolgte mit der „Bilberg 1“ der Bau des seinerzeit größten Schneidkopfbaggers der Welt. 1987 wurde der Werftbetrieb eingestellt. 1995, inzwischen als Krupp Fördertechnik, wurde die niederländische Firma Vosta BV übernommen und 1999 entstand bei den Nordseewerken in Emden mit der „Vasco da Gama“ der größte Hopperbagger dieser Zeit. Das Schiff hatte die Jan de Nul Gruppe bestellt, die Projektierung, Basiskonstruktion und baggertechnischen Ausrüstungen kamen von der LMG. Seit 2002 firmiert das Unternehmen als Vosta LMG. Heute ist es eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von ASL Marine Holding, Singapur mit Hauptquartieren in Amsterdam und Lübeck. Vosta LMG liefert komplette Schwimmbaggerkonzepte wie Hopperbagger, Schneidkopfbagger und Standard Schneidkopfbagger von der Projektierung über das Basic Engineering des Schiffes mit  Schiffsantrieb, allen Systemen und die Konstruktion der gesamten Baggerausrüstung sowie deren Lieferung. Darüber hinaus ist VOSTALMG führend im Schneidkopfbereich, den dazugehörigen Zahnsystemen und anderen Baggerkomponenten. Vosta LMG ist weltweit der zweitgrößte Konstrukteur von Schwimmbaggern  und hat zahlreiche Vertretungen in aller Welt.

Literatur

[1] von Marnitz, F.: Schiffbauliche und maschinenbauliche Fragen bei Hopperbaggern in Amerika und Europa, STG-Jahrbuch 1957, Springer -Verlag Berlin, Göttingen Heidelberg

[2] Wägener, T.: Europäische Nassbaggerprojekte, Hansa 2013, Heft Nr. 5

[3] Hochhaus, K.-H.: „Eke Möbius“, ein umweltfreundlicher Saugbagger von der Sietas Werft; Hansa 2013 , Heft Nr. 5