Wenn ein gigantisches Rad aus Stahl Schiffe in den Himmel hievt, dann sind Sie ganz sicher in Falkirk, Schottland. Auf einer meiner Urlaubsreisen kam ich in Südschottland an einem wahrlich futuristischen Bauwerk vorbei. Das außergewöhnlichste Schiffshebewerk, welches ich je gesehen habe – das Falkirk-Wheel.
Schottland war Ende des 18. Jahrhunderts als Teil eines Inselreichs völlig abhängig vom Wasser. Die Meere dienten als Schutz vor kriegerischen Eindringlingen und als scheinbar unerschöpfliche Nahrungsquelle. Die Flüsse im Landesinneren mit ihrer starken Strömung hielten die Maschinerie der Eisenwerke und Textilfabriken in Gang, die im Zuge der Industriellen Revolution entstanden waren.
Es dürfte also kaum überraschen, dass Wasser auch in einem anderen Zusammenhang eine wesentliche Rolle spielte, nämlich in dem Netzwerk von Kanälen, deren Ursprung auf das 18. Jahrhundert zurückgeht. Diese Kanäle schufen neue Möglichkeiten für den Waren- und Personentransport.
Zu Beginn der Industriellen Revolution hatten die meisten Schotten, die im Landesinneren wohnten, die umliegenden Meere noch nie zu Gesicht bekommen, geschweige denn, je eines der großen Seeschiffe bestiegen. Für diese Leute bedeuteten Reisen durch das Land stunden- oder sogar tagelange Strapazen auf holprigen lehmigen Feldwegen.
Ein wenig Kanalhistorie
Welche enormen Verbesserungen der Forth and Clyde Kanal gegen Ende des 18. Jahrhunderts darstellte, wird unter diesem Aspekt deutlich. Schließlich war es der erste Kanal der Welt, der zwei Meere miteinander verband. Die Idee zu solch einer Kanalverbindung stammt aus dem Jahre 1763 zur Zeit Charles II. Haupt-ziel war die Nutzung des Wasserweges als Passage für Kriegsschiffe. Der Ingenieur John Smeaton, zuständig für die Planung des Kanals, arbeitete zwei Routen aus. Im Endeffekt wurde dann die Idee eines „Grand Canal“ in die Tat umgesetzt der 1768 etwa 100 000 Pfund kostete.
Am 10. Juni 1768 begannen dann die Bauarbeiten am Ostende des Kanals. Mit einer Schiffsfahrt von Glasgow nach Bowling wurde der Forth & Clyde Canal dann im Juli 1790 offiziell eröffnet.
Im nächsten Monat dann befuhr die Agnes, ein Fischereischiff, als erstes Schiff den Kanal von Ozean zu Ozean, von Leith nach Greenock. Ironischerweise, das letzte kommerzielle Schiff, das den Kanal 1950 befuhr, war auch ein Fischerboot. Damals hatten Passagiere drei Möglichkeiten, den Kanal zu befahren. Wenn Geschwindigkeit nicht wichtig war, konnte man eines der Lastschiffe benutzen und die Fahrt betrug dabei rund einen Tag. Passagierschiffe brauchten in etwa drei bis sechs Stunden. Ein Über-Nacht-Service war auch möglich. Die Ära des Forth & Clyde Canal war dann am 1. Januar 1963 entgültig vorbei.
Die Wiedergeburt
Die glorreichen Tage der künstlichen Wasserwege von Zentralschottland sind längst vorbei. Nun aber wurden die beiden Hauptkanäle der Region, der Forth & Clyde und der Union Kanal, 40 Jahre nach Einstellung des Schiffsverkehrs reaktiviert. Mit einem Kostenaufwand von 78 Millionen Britischen Pfund (rund 127 Millionen Euro) wurden sie im Rahmen einer Kampagne dem „Millennium Link“ vor dem Verfall gerettet. So sollten die beiden Wasserstraßen aus dem 18. und 19. Jahrhundert, die früher einmal über elf Schleusen miteinander verbunden waren, wieder zusammengefügt werden, und zwar mittels einer einzigartigen technischen Lösung des 21. Jahrhundert, einer Riesenradkonstruktion für Schiffe, genannt Falkirk Wheel.
Das Konzept des Falkirk Wheel (British Waterways) war überaus ambitiös. Jeder Trog ist für eine maximale Nutzlast von 300 Tonnen auslegt, die sich aus dem Gewicht von 250.000 Litern Wasser und bis zu vier Booten zusammensetzt. Gehalten werden die Caissons von riesigen 500 Tonnen schweren Trägern, deren Form an die keltische Doppelaxt oder an ein
Claymore-Schwert erinnert. Die Träger rotieren in regelmäßigen Abständen um jeweils 180 Grad. Die elf Schleusen, welche die beiden Kanäle früher einmal miteinander verbanden, fielen schon vor über 70 Jahren der Expansion der Städte zum Opfer. Deshalb musste sich British Waterways für eine neue Verbindungsstelle zwischen den Kanälen entscheiden, die zudem anders aussehen sollte als die frühere Lösung.
Der Union Kanal wurde um 1,3 Kilometer in westliche Richtung verlängert und dann mittels zwei herkömmlicher Schleusen abgesenkt. Von dort aus sollte er unterirdisch verlaufen, nicht nur unterhalb eines Wohngebiets, einer stark befahrenen Straße und der Haupteisenbahnverbindung zwischen Edinburgh und Glasgow, sondern auch unterhalb des historisch wertvollen Antoniuswalls aus der Römerzeit.
Das Projekt ist das Ergebnis von Entschlossenheit und einer Zusammenarbeit von unterschiedlichen lokalen und nationalen Organisationen. Nicht weniger als 15 Finanzierungsinstitutionen beteiligten sich an dem gewaltigen Etat und eine Vielzahl von Experten trieben das Projekt voran.
Unter der Leitung von British Waterways wurden die Bauarbeiten von dem Gemeinschaftsunternehmen Morrison-Bachy-Soletanche mit Unterstützung der Beratungsfirmen Ove Arup Consultants und Butterley Engineering aus Derbyshire (England) durchgeführt. Das vorgefertigte Rad wurde in 20 Teilen nach Falkirk transportiert und vor Ort unter Verwendung von über 20.000 Schrauben zusammengebaut.
In Zusammenarbeit…
SKF hatte nach den Wünschen des Kunden Lager mit einem Durchmesser von vier Metern konstruiert, die den speziellen Anforderungen des gewaltigen Rades Rechnung tragen. Das bauliche Konzept stammt von dem schottischen Architekturbüro RMJM, wobei die ursprünglichen Entwürfe von Nicoll Russell Studios sowie von dem Ingenieurbüro Binnie, Black & Veatch geliefert wurden.
Das Falkirk Wheel…
Bei dieser imposanten Hubvorrichtung handelt es sich um ein im Durchmesser 35 m großes Rad mit einer axialen Länge von 28 m, das die Boote auf eine Querverbindung zwischen den beiden Kanälen hebt und dabei den existierenden Höhenunterschied überwindet, der in etwa der Höhe von acht Doppeldeckerbussen entspricht.
Das in Form von zwei axtähnlichen Armen gestaltete Rad dreht sich dabei nur in einer Richtung, wobei gleichzeitig stets bei jeder Drehung um 180° der eine Arm vollständig hebt und der andere vollständig senkt und dabei 22 m lange, mit Wasser gefüllte Hubtröge von rund 300 Tonnen jeweiliger Nutzlast einschließlich des Bootes befördert. Synchron zur Drehbewegung der beiden Arme werden dabei auch die Hubtröge stets in horizontaler Lage automatisch positioniert.
…und der Entwurf
Als Butterley Engineering aus dem englischen Derbyshire den Auftrag erhielt, das Falkirk Wheel zu konstruieren, wandte sich das beauftragte Konstruktionsbüro, Bennet Associates, an SKF mit der Bitte, Lösungsvorschläge für die extremen Lageranforderungen des Rades zu unterbreiten.
In Zusammenarbeit mit Bennet Associates schlug SKF als Hauptlager zwei dreireihige Zylinderrollenlager vor, die in der Horizontalachse eingebaut werden sollten, und zwar ein Lager an jedem Ende. Die in SKFs Schwenklagerfabrik im französischen Avallon gefertigten Lager mit einem Durchmesser von vier Metern sind in der Lage, 1.800 Tonnen zu tragen. Jedes Hauptlager ist durch entsprechend große, schleifende Dichtungen des SKF Unternehmens Chicago Rawhide gegen äußere Einflüsse geschützt.
Hauptantrieb aus Deutschland
Ein weiterer Auftrag für ein deutsches Unternehmen erfolgte Ende 2000. Der deutsche Getriebehersteller Zollern erhielt von der britischen Firma Butterley den Auftrag über die Lieferung von zehn Drehwerksgetrieben der Größe ZHP 3.26 KS.
Um das bei voller Nutzlast bis zu 1800 t schwere 35-m-Rad zuverlässig anzutreiben, griff Butterley auf hydraulisch angetriebene Planetenradgetriebe von Zollern zurück. So lieferte das deutsche Unternehmen ein Kernstück der Schiffshebeanlage, den Antrieb, der aus zehn horizontal angeordneten Drehwerksgetrieben der Größe ZHP 3.26 KS besteht, die über einen innen verzahnten Drehkranz von SKF das 35-m-Rad mittig mit einer Drehzahl von 0,12 min-1 antreiben, um eine Hubgeschwindigkeit von 4 m/min zu erzielen.
Besonderheiten, wie Zusatzbelastungen durch unterschiedliche Wasserstände in den Hubtrögen als auch die mit dem SKF-Drehkranzhersteller abgestimmten Breitenballigkeiten von Drehkranz- und Drehwerksritzelverzahnung zum Ausgleich der Durchbiegung im Zahneingriff flossen hierbei in die Auswahl und Kons- truktion der Getriebe ein.
Damit erfüllten Getriebe auch die Qualitätsansprüche des Kunden, die sich in einer Betriebslebensdauer von 20 Jahren für die Antriebe sowie geplante 120 Jahre Gesamtlebensdauer der Schiffshebeanlage ausdrücken.
Im Falkirk Wheel sind 2 Topflager mit einer Auflast von 250 To und 2 Topflager mit einer Auflast von 300 To von der Sollinger Hütte eingebaut. Beide Lagertypen können Verschiebungen von bis zu 100 mm ausgleichen. Im Teil 2 sind zudem 10 Topflager Type 21K00507100 und 10 Topflager Type 30K0050 eingebaut.
Entwickeln mit FEM
LUSAS Bridge Analyse-Software wurde bei der Detailentwicklungsarbeit am Falkirk Wheel als primäres Analyse-Tool eingesetzt. Das untersuchende Unternehmen Tony Gee und Partners (TGP) nutze ein 1:50-Modell im Windkanal, um die aerodynamischen Möglichkeiten zu testen. Für detaillierte Analyseuntersuchungen wurden drei spezielle LUSAS-Modelle genutzt. Ein 3D-Linear-Elastic-Shell-Element-Model erlaubte die Analyse der Achse und der Arme der Hauptkonstruktion. Ein weiteres Tool half bei der Untersuchung von Teilen und Elementen der Gondeln. Ein 3D-Nonlinear-Solid-Model benutzte man als Analysemodul für sehr schmale Teile an der Achse und an den Armen.
Ein Fazit
Das „Falkirk Wheel“ ist das welterste und einzige rotierende Schiffshebewerk. Es verbindet den Atlantik mit der Nordsee über den Forth & Clyde sowie den Union Canal in Zentralschottland. Ein Boottransfer dauert etwa 15 Minuten.
So ein einzigartiges Bauwerk zieht natürlich Schaulustige an. Inzwischen ist das Falkirk Wheel auch für nicht selbst bootfahrende Touristen von nah und fern zu einem beliebten Ausflugsziel geworden. Neben einer Touristen-Info ist eine landestypische Restauration vorhanden und ein kleiner Vergnügungspark im unmittelbaren Umfeld des Vorhafenbeckens entstanden. Seitlich vom Falkirk Wheel liegt eine großes silbernes Gebäude, dessen Form Ähnlichkeit mit einem Achtelstück Zitrone hat. Darin befindet sich das Visitor Centre und ein Cafè – beide mit bestem Ausblick auf das Rad. Von dort aus starten auch die blauen Ausflugsboote Richtung Union Canal. Direkt nach dem Ablegen fahren sie in die untere Gondel des Rades ein. Vier Minuten dauert dann die halbe Runde, ehe das Boot oben wieder ausfahren darf.
Doch es muss gar keine Bootsfahrt sein, damit man das Falkirk Wheel und seine Umgebung genießen kann. Mehrere Wege führen rund um das Gelände und laden ein, sich hier die Füße ein wenig zu vertreten, ehe man sich auf Kaffee und Kuchen auf einen der vielen Plätze setzt und dem Rad bei seiner schweren Arbeit zusieht. Offen ist das Schiffshebewerk ab dem 19. 3 Montags bis Sonntags von 10 Uhr bis 17:30 Uhr. Eine Fahrt mit dem Boot über das Wheel kostet für Erwachsene 12.50 Pfund.
Die Kanäle
Der Forth & Clyde Canal – Sea-to-Sea-Schiffskanal – Baubeginn 1768/Fertig 1790 – 39 Schleusen mit einer Länge von 20,12 m. Der Kanal hat eine Länge von 35 Meilen mit einem 3,5 Meilen langen Teil innerhalb Glasgow. Er ist 60 Fuß breit und 6 Fuß tief, dabei liegt er 156 Fuß oberhalb Sea-Level.
Der Union Canal: Baubeginn 1818/Fertigstellung 1822. Der einzige Kanaltunnel in Schottland. Der Union Canal hat eine Länge von 32 Meilen und ist 5 Fuß tief. Er liegt 73,14 m über Sea-Level und besitzt elf Schleusen.
Ein paar blanke Zahlen.
Das Falkirk-Wheel ist insgesamt 35 Meter hoch. Niemand hat das gesamte Konstrukt bisher gewogen, doch man weiß, dass 1.200 Tonnen Stahl verbraucht wurden. Auf 35 Lastwägen verteilt wurden die Einzelteile dann aus Derbyshire nahe Manchester in den Norden transportiert. Zusammengehalten wird alles von 15.000 Nieten.
Die Idee für ein Rad als Bootslift wurde bereits 1994 zum ersten Mal ins Auge gefasst. Acht Jahre später weihte schließlich Queen Elisabeth das fertige Falkirk- Wheel ein. Die beiden Gondeln wiegen zusammen 600 Tonnen und fassen zusammen 500.000 Liter Wasser; das entspricht etwa dem Inhalt eines Schwimmbecken bei den olympischen Spielen.
Angetrieben wird der Lift von zehn Hydraulikmotoren, die pro Runde gerade mal 1,5 Kilowattstunden Energie verbrauchen. Das entspricht etwa eineinhalb Waschmaschinengänge – nur dass hier mit sehr viel mehr Wasser hantiert wird und es hoffentlich keinen Schleudergang gibt. Das verarbeitete Material umfasste komplette 7000 m³ Zement, runde 2200 t Stahl und vieles mehr. Konstruiert wurde das Rad für eine Lebensdauer von rund 120 Jahren.
Das erste Schiffshebewerk, was auf einem Rad beruhte, wurde entwickelt von einem deutschen Ingenieur zu Beginn dieses Jahrhunderts. Es wurde nur nie gebaut. Doch warum wurde überhaupt so ein Aufwand betrieben für einen alten Kanal? Nicht umsonst hatte man 1933 die elf Schleusen abgerissen und nach 111 Jahren die Verbindung stillgelegt. Die Antwort lautet in Schottland wie so oft: Tourismus. Der Union Canal wird heutzutage als Ausflugsziel mit Erholungswert von Schotten wie auch Ausländern geschätzt.
Lift für Lastkähne – Schräg in die Höhe: das Schiffshebewerk Ronquières
Nahe der belgischen Ortschaft Ronquières am Canal Charlerois a Bruxelles überwindet ein außergewöhnliches Schiffshebewerk den Höhenunterschied von 68 Metern. Die bis zu 1.350 Tonnen schweren Schiffe fahren in zwei mit Wasser gefüllte Tröge, die unabhängig voneinander arbeiten. Bis zu 5.700 Tonnen wiegt ein Trog, wenn er ein Schiff über die 1.432 Meter lange Schienenstrecke transportiert. Die Last wird auf 236 Rollen verteilt, die die Reibungskräfte auf der schiefen Bahn möglichst gering halten. 5.200 Tonnen schwere Gegengewichte sorgen dafür, dass die Zugmotoren so wenig Kraft wie möglich aufwenden müssen. Da bei einem solchen Hebewerk mit Schrägförderung nicht so viel Bausubstanz verwendet werden muss wie bei einem Senkrecht-Hebewerk, dauerte der Bau nur sechs Jahre, von 1962 bis 1968, Auch die Kosten waren vergleichbar.
Mehr Infos gibt es über diese Links:
Infos zur Software
http://www.lusas.com/case/bridge/falkirk.html
Alles zum Falkirk Wheel
https://www.scottishcanals.co.uk/falkirk-wheel/
(Bilder von: Stephan Goldmann/myhighlands; Höltkemeier; Lusas.com; falkirklocalhistorysociety.co.uk)
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