STORY Naval Solutions

Unter Wasser

Veröffentlicht am 17 Dezember 2014 von Marcel Rothmund, Bilder von ThyssenKrupp Marine Systems / Robert Hack

Wie bekommt ein U-Boot Luft? Wie lange kann es tauchen? Und was muss ein Dieselmotor können, der Schiffe unter Wasser antreibt?

Der Traum des Menschen, länger zu tauchen als es die menschliche Lunge ermöglicht, ist mindestens genauso alt wie der Traum vom Fliegen. In einer Kapsel wie ein Fisch im Meer zu schwimmen – das versuchten die Menschen schon in der Antike und im Mittelalter. Der Italiener Roberto Valturio zeichnete im Jahr 1472 eine U-Boot-Skizze, die der äußeren Form heutiger U-Boote schon sehr nahekommt. Im Jahr 1851 startete der deutsche Erfinder Wilhelm Bauer einen Tauchversuch mit seinem Brandtaucher. Es ist das erste moderne U-Boot, das der Erfinder nach seinen Plänen bei der Maschinenfabrik und Eisengießerei Schwefel & Howaldt in Kiel bauen ließ. Seit 1959 baut mtu Motoren für U-Boote, die in allen Meeren der Welt auf Tauchkurs gehen. Doch wie bewegt sich ein U-Boot? Wie wird ein U-Boot gebaut und wie funktioniert ein Dieselmotor unter Wasser? MTU-U-Boot-Experte Arndt von Drathen und Dr. Ute Arriens von Thyssen-Krupp Marine Systems geben Antworten darauf.

Woher bekommt der Motor Luft und wo gehen die Abgase hin?


Das Ladeaggregat des U-Boots kann nur bei Schnorchelfahrt betrieben werden, denn der Motor braucht Luft für die Verbrennung des Kraftstoffs. Das U-Boot fährt dazu wenige Meter unter der Wasseroberfläche. Die Luft für den Dieselmotor wird über den sogenannten Schnorchel angesaugt und gelangt so in den Maschinenraum zum Motor. Damit das U-Boot unentdeckt bleibt, sollte die Schnorchelfahrt jedoch so kurz wie möglich sein. Die Abgase werden unterhalb der Wasseroberfläche vom Motor ins Wasser gedrückt. Pro Meter Wassersäule oberhalb des Abgasaustritts muss ein zusätzlicher Abgasdruck von 100 Millibar vom Motor erzeugt werden, damit kein Wasser in den Motor laufen kann. Das funktioniert nur mit einem speziellen von mtu entwickelten Ladeluftsystem.

Wie wird ein U-Boot angetrieben?


Bei U-Booten mit diesel-elektrischem Antrieb treibt ein Dieselmotor ein Ladeaggregat an. Das Aggregat funktioniert dann wie ein Ladegerät und lädt die Batterien mit elektrischem Strom. Mit diesem Strom wird der Propellermotor angetrieben, der wiederum den Propeller rotieren lässt. Neben U-Booten mit Dieselmotoren oder Brennstoffzellen gibt es auch Atom-U-Boote mit einem Nuklearreaktor zur Stromerzeugung.

Wie funktioniert ein Brennstoffzellen-System für U-Boote?


ThyssenKrupp Marine Systems hat als einziger Anbieter eines außenluftunabhängigen Brennstoffzellen-Antriebs schon zahlreiche Anlagen erfolgreich in Betrieb genommen. Für einen solchen zusätzlichen Energieerzeuger benötigt das U-Boot flüssigen Sauerstoff und Wasserstoff an Bord. Beides wird den Brennstoffzellen zugeführt, die daraus elektrischen Strom produzieren. Das ist wie die Elektrolyse, die man aus dem Schulunterricht kennt – nur umgekehrt. Neben dem erzeugten elektrischen Strom bleibt als Abfallprodukt reines Wasser übrig.

Wie lange kann ein U-Boot auf Tauchfahrt bleiben?


U-Boote mit diesel-elektrischem Antrieb müssen in der Regel alle paar Tage auftauchen, damit das Ladeaggregat betrieben und die Batterien wieder geladen werden können. Doch mit einem speziellen Brennstoffzellen-System können U-Boote auch länger auf Tauchkurs bleiben. Der Rekord – durch ein U-Boot der HDW Klasse 212A aufgestellt – liegt bisher bei 14 Tagen. Falls ein U-Boot nicht mehr auftauchen kann, muss die Überlebenszeit für die Besatzung aufgrund einer Vorschrift mindestens sechs Tage betragen.

Wie funktioniert der Schnorchel bei starkem Seegang?


Bei starkem Wellengang schließt ein Deckel kurzzeitig die Schnorchelöffnung, damit kein Wasser über den Schnorchel in das U-Boot läuft. In dieser kurzen Zeit dient das Luftvolumen im U-Boot als Puffer zur Luftversorgung des Motors.

Wie lange dauert der Bau eines U-Bootes?


Im Gegensatz zu Überwasserschiffen bewegen sich U-Boote dreidimensional im Raum und im Vergleich zu Flugzeugen müssen sie auch ohne Antrieb im Wasser schweben können. Neben dieser technischen Herausforderung kommen noch eine Vielzahl von Lebenserhaltungs-, Kommunikations-, und Navigationssystemen beim Bau mit dazu. Alles muss auf engstem Raum integriert werden. Jeder U-Boot-Typ muss daher sehr sorgfältig konstruiert und geplant werden. Die Abstimmungsarbeit zwischen Kunde, Werft und Lieferanten kann Jahre in Anspruch nehmen, bevor die Werft mit dem ebenfalls einige Jahre dauernden Bau der Boote beginnen kann. Die Vorbereitung für die Entwicklung des 4000er-U-Bootaggregates von mtu hat zwei Jahre in Anspruch genommen und die Entwicklung bis zur ersten Auslieferung an den Kunden wird nach fünf Jahren abgeschlossen sein.

U-Boote der Klasse 212 A (oben Stapellauf und unten auf Probefahrt) von ThyssenKrupp Marine Systems fahren dieselelektrisch mit Ladeaggregaten von mtu.

Wie schnell kann ein U-Boot fahren?


Im Durchschnitt können U-Boote mit diesel-elektrischem Antrieb getaucht 20 Knoten (37 Stundenkilometer) und aufgetaucht etwa halb so schnell fahren.

Wie könnten U-Boote in Zukunft aussehen?


Einer der nächsten Technologiesprünge für die Anwendung „U-Boot” wird

sicherlich die Umstellung der Batterietechnologie auf Lithium-basierte Batterien sein. Im Vergleich zur heute üblichen Blei-Säure-Batterie ist der Wartungsaufwand einer Lithium-Batterie minimiert. Außerdem kann man in einer Lithium-Batterie ein Vielfaches an Leistung speichern und die Batterie jederzeit mit maximaler Leistung laden. So lässt sich die Sichtbarkeit von U-Booten mit langen Tauchfahrten im konventionellen dieselelektrischen Modus deutlich reduzieren. MTU Friedrichshafen hat diese Möglichkeit bereits berücksichtigt und sein neues Ladeaggregat so ausgelegt, dass es mit Blei- oder Lithium-Batterien optimal genutzt werden kann.

Wie wird die Mannschaft versorgt?


Zu Beginn einer Fahrt wird jeder freie Platz im U-Boot für das Verstauen von Nahrungsmitteln genutzt. Die Kombüse im U-Boot ist sehr klein. Hier kann sich der diensthabende Koch gerade einmal um seine eigene Achse drehen. Er arbeitet rund um die Uhr, um die Besatzung durchgehend mit Mahlzeiten zu versorgen.

Wie wird ein U-Boot gebaut?


Ein U-Boot wird – wie im Schiffbau üblich – in Sektionen gefertigt. Mit fortlaufendem Baufortschritt schweißen die Werftmitarbeiter diese Sektionen wie einzelne Scheiben zu einem ganzen U-Boot zusammen. Dabei ist es faszinierend zu sehen, dass alle Wände, Fußböden und vor allem Leitungen der einzelnen Sektionen millimetergenau zusammenpassen. Ein U-Boot hat aufgrund des Betriebs unter Wasser nur sehr wenige und kleine Öffnungen. Daher muss schon vor dem Zusammenbau der Sektionen vom Motor bis zur Waschmaschine alles in den einzelnen Scheiben installiert werden, was nicht durch die Luken eines U-Boots passt. Diese spezielle Situation muss auch für die Wartung und Reparatur aller an Bord installierten Geräte berücksichtigt werden. Alle Ersatzteile müssen so beschaffen sein, dass sie durch die Luke transportiert werden können. Für mtu ist es daher umso wichtiger, ein besonders zuverlässiges und wartungsarmes Ladeaggregat zu liefern.

Wie muss man sich den Alltag auf einem U-Boot vorstellen?


Ein U-Boot ist 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche in Betrieb. Der Arbeitsplatz ist auch gleichzeitig Wohn- und Freizeitbereich. Viele Menschen leben hier auf engstem Raum zusammen und atmen eine künstliche Atmosphäre. Wochenlang sehen sie kein Tageslicht und einen Tag-Nacht-Rhythmus gibt es nicht, sondern einen Vier-Stunden-Rhythmus. Vier Stunden lang Wache, gefolgt von vier Stunden Zeit zum Essen, Schlafen, Duschen oder für Freizeit. Bei Störungen werden die Besatzungsmitglieder jedoch auch in der wachfreien Zeit sofort wieder in den Dienst versetzt.

Wie ist die Besatzung untergebracht?


Bis vor einigen Jahren mussten sich die Besatzungsmitglieder noch oft die Betten teilen. Heute besitzt meist jedes Besatzungsmitglied seine eigene Koje. Diese ist nicht viel breiter als ein Durchschnittsmensch und bietet auch nach oben hin nicht einmal Platz um die Arme auszustrecken. So können mehrere Personen übereinander untergebracht werden und allein ein Vorhang schirmt die Schlafenden in ihren Kojen vom Arbeitsalltag im U-Boot ab. Durch den Schichtbetrieb wird es aber nie ruhig in einem U-Boot. Nur der Kapitän besitzt eine eigene kleine Kammer, damit er dort ungestört mit vertraulichen Unterlagen arbeiten kann.

Neuer U-Boot-Motor Der auf der Baureihe 4000 basierende U-Boot-Motor wird zurzeit auf dem Prüfstand qualifiziert. Das 4000er Batterieladeaggregat ist für die Anforderungen moderner U-Boote ausgelegt. Im Vergleich zu seinen Vorgängermodellen bietet es mehr Leistung auf gleichem Bauraum, verbraucht weniger Kraftstoff und seine Abgaswerte erfüllen die aktuelle Emissionsgesetzgebung.

 

Kontakt

Arndt von Drathen
Tel.:
+49 7541 90 3350
E-mail::