Korkenzieher und Bananen verhindern: komplexe Vermessungstechnik bei der Meyer Werft

[WERBUNG] Ein Puzzle wird als Ganzes hergestellt und anschließend zerschnitten, damit die einzelnen Teile perfekt zusammenpassen. Bei einem Kreuzfahrtschiff ist es genau anders herum: Die Einzelteile werden separat gefertigt und dann schrittweise zusammengefügt. Wie passen die Stahlschnitt-Teile, Baublöcke und Segmente da millimetergenau zusammen? Und was würde passieren, wenn nicht?

300 Meter lang, 20 Decks hoch, mehr als 15.000.000 Einzelteile – das sind ungefähr die Dimensionen eines großen Kreuzfahrtschiff-Neubaus. Cruisetricks.de hat Vermessungs- und Maschinenbau-Ingenieure der Meyer Werft Papenburg gefragt, wie man die Produktion eines so komplexen Puzzles steuert, damit letztlich alles perfekt passt.

Segmente und Blöcke aus unterschiedlicher Produktion

Die erste Herausforderung: Segmente und Blöcke kommen aus verschiedenen Produktionsstraßen und sogar von externen Zulieferern.

Die komplette Maschinenraum-Sektion baut inzwischen die zur Meyer Gruppe gehörende Neptun Werft in Rostock. Einige Segmente und Blöcke werden bei weiteren Werften gefertigt. Und selbst in der Papenburger Werft gibt es zwei verschiedene Baumethoden.

In den Bauhallen 5 und 6 arbeitet die Meyer Werft mit statischer Blockfertigung. Vermessungsingenieur Florian Jansen erklärt: „Da wird ein Block direkt neben dem Dock auf der Zulage gebaut. Der Block steht sein ganzes Blockbauleben auf dieser Position, alle Gewerke kommen zum Block und da wird er auch ausgerüstet.“

In Bauhalle 4 dagegen findet Fließfertigung statt. Die Blöcke stehen nicht statisch an einem Platz, sondern „fließen zu ihrem Material“, wie Florian Jansen es formuliert. Das heißt, die Blöcke werden mit Schwerlast-Transportern immer weiter transportiert, ähnlich wie an einem Fließband. Für die Vermesser ist das ein gewisser Aufwand. Denn jedes Mal, wenn ein Block bewegt wurde, muss neu vermessen und justiert werden.

Aufbau von den Stahlplatten bis zum fertigen Schiff

Die Vermesser sind während der gesamten Produktionskette immer dabei – vom Zusammenbau einzelner Stahlplatten über einzelne Decks hin zu Sektionen und Blöcken bis hin zum Zusammenfügen der Blöcke zum kompletten Kreuzfahrtschiff. Über die Jahre haben sie ihre Methoden verfeinert und immer effizienter gestaltet.

Die Brennschneidemaschinen im Laserzentrum beispielsweise haben sich bei umfangreichen Messungen als so präzise erwiesen, dass nur noch stichprobenartige Prüfungen nötig sind, sagt Florian Jansen. Das spart viel Zeit und Aufwand. „Wir prüfen die Anlagen tachymetrisch oder mit dem Laser-Tracker, ob sie parallel beziehungsweise rechtwinklig laufen.“

Sektionen oder Decksebenen werden dann in andere Bauhallen transportiert. Dort nehmen die Schiffbauer sie in Empfang. Florian Jansen erklärt: „Ein Block besteht aus zwei bis acht Decks. Was aus dem Laserzentrum kommt, ist zum Beispiel eine Sektion beziehungsweise ein Deck. Da führen wir an jedem einzelnen Stück einen Soll-Ist-Vergleich durch und schauen, wie das erste Deck aussieht. Daraus ergibt sich eine gewisse Bautoleranz. Das messen wir auf und stecken mit dem Tachymeter Punkte auf dem Boden ab, die bestimmte Sollpositionen festlegen, damit ein lotrechtes Bauen möglich ist. Mit Hilfe dieser Punkte kann dann eine weitere Decksebene für diesen Block oben aufgestapelt werden.“

Ein Tachymeter ist übrigens das Vermessungsinstrument, das man auch von Vermessern aus dem Katasteramt oder Straßenbau kennt.

Wie „Bananen“ und „Korkenzieher“ vermieden werden

Im cruisetricks.de-Interview kommen Wörter wie „Banane“ oder „Korkenzieher“ vor – eine sehr plastische, aber auch übertriebene Formulierung für Ungenauigkeiten, die eigentlich auch gar nicht auftreten sollten. Ein Schiff muss gerade und nicht gebogen wie eine Banane sein. Und die Decks dürfen nicht verdreht, quasi in Korkenzieher-Form übereinander sitzen. Die Toleranzen sind dabei extrem gering.

Vermessungsingenieur Florian Jansen versucht, anhand eines Beispiels konkreter zu werden. Er zeigt mir einen Bauplan – den ich aufgrund von Geheimhaltung hier nicht abbilden kann und trotz Foto-Genehmigung der Meyer Werft nicht einmal als Gedächtnisstütze fotografieren durfte. Manche Dinge sind eben essenzielle Betriebsgeheimnisse …

Aber auch ohne Plan versteht man, was Jansen zeigen will: „Erkennt man beispielsweise hier (er deutet auf eine Stelle am Plan) eine Abweichung, dann ist das alles noch nicht ausschlaggebend. Die Bauteile sind nicht immer bis zum Ende geschweißt und deshalb etwas korrigierbar. Diese Abweichungen zeigen den Schiffbauern erst einmal nur, wie es aktuell aussieht, wenn sie an der Stelle weiterbauen. Dieses Teil hier hinten (er zeigt erneut auf eine Stelle am Plan) würde dann hier so herangefahren. Wir messen die Kontrollpunkte an beiden Teilen und vergleichen mit dem Soll-Wert. Gegebenenfalls fragen wir bei den Schiffbauern nach. Denn wir als Vermesser können natürlich nicht alleine entscheiden, ob das fürs Schiff insgesamt gut ist.“

Ein paar Zentimeter Extra-Material …

Für den Laien überraschend, auf den zweiten Blick aber höchst sinnvoll: Die Bauteile werden sicherheitshalber mit „Extra-Material“ gebaut, Stahlplatten also an den Verbindungstellen zu anderen Bauteilen etwas länger gelassen, als eigentlich nötig.

Beim Zusammenfügen der Teile wird dieses Material dann zum Ausgleich von Toleranzen „abgebrannt“. Deshalb werden diese Teile auch zunächst nicht direkt am Ende verschweißt, sondern geben Spielraum beim Zusammenfügen.

Maschinenbauingenieur Andre Schreiber erklärt: „Jeder Block hat 40 Millimeter Extra-Material. Das heißt, auf einer Seite habe ich eine Zugabe, die immer wieder korrigiert werden kann.“ An den fertigen Segmenten oder Blöcken nehmen die Vermesser dann „Punkt-zu-Punkt-Vergleiche vor, um festzustellen: An dieser Stelle des Blocks muss soundso viel abgebrannt werden, damit es das Grundraster des Schiffs trifft.“

Florian Jansen ergänzt: „Das wird dann von uns angezeichnet. Nach der Analyse zeigen Abweichungs-Vektoren an, dass wir zum Beispiel hier 40 Millimeter Extra-Material und an dieser Stelle 30 Millimeter zu viel haben. Dann wird das angezeichnet, von den Schiffbauern markiert und danach mit Maschinen sauber an dieser Kante entlang abgebrannt, damit sie nachher optimal zur anderen Kante passt.“

Beim Zusammenfügen sieht man im Stoßbereich oft deutlich Wellen oder Biegungen im Stahl. Das liege daran, so Jansen, dass „die Bauteile da noch nicht final verheftet sind. Nach dem Verschweißen der Blockstöße wird in der Regel auch nochmal mit Induktionshitze gerichtet. Da kann man schiffbaulich noch einiges machen. Das wundert mich auch immer wieder, wieviel Energie man da nochmal reinbringen kann.“

Ein paar Zentimeter Ausdehnung, je nach Temperatur

Apropos Temperatur: 30 Grad im Sommer oder auch mal unter Null im Winter – wie stark wirken sich Temperaturschwankungen eigentlich auf die Ausdehnung des Stahls und damit auf die Genauigkeit bei der Vermessung und beim Bau aus?

Florian Jansen: „Da sind wir durchaus im Zentimeterbereich. Aber Stahl nimmt Lufttemperaturschwankungen nicht sehr schnell auf, das ist sehr zeitverzögert. Tageszeitliche Schwankungen sind da so gering, dass wir es fast vernachlässigen können. Der größte Temperatureinfluss kommt von Heißarbeiten, also die Energie, die künstlich eingebracht wird. Das ist die größte Energiequelle, die auf den Stahl einwirkt und auch den Soll-Zustand so weit verändert, dass man das berücksichtigen muss.“

Und wie genau lassen sich solche Unwägbarkeiten berücksichtigen, damit am Ende dennoch alle Bauteile zusammenpassen? „Die Herausforderung für uns ist eigentlich die geometrische Vermessung, Umwelteinflüsse allgemein, die Temperatur, die Bauhalle“, sagt Jansen. Und da wird es für den Laien richtig kompliziert, wie ich feststelle.

Die Umgebungstemperatur wird beispielsweise mit einem Temperaturkoeffizienten in der Messung selbst berücksichtigt, erklärt Jansen. „Schon im Messgerät oder in der Software ist vorgegeben, bei welcher Umgebungstemperatur ich eine Messung mache. Und wir haben immer kleine Thermometer dabei. Damit ist man dann schon relativ sauber.“

Ausgeglichen werden unterschiedliche Temperaturen bei den Berechnungen. Jansen: „Das ist sehr relevant beispielsweise beim Bau der FERUs (Anm.: die Maschinenraum-Schiffssegmente), die in Rostock gebaut und dann nach Papenburg und Turku geliefert werden. Da ist das ein ganz großes Thema und es ist viel Abstimmung zwischen Konstruktion und Laserzentrum nötig.“

Von Festpunkten, Baufeldern und Referenzpunkten

Um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich ein Kreuzfahrtschiff aus Einzelteilen zusammenfügt, hilft eine ganz vereinfachte Vorstellung eines dreidimensionalen Gitternetzes. Man stelle sich vor, das Schiff wird als 3D-Modell in dieses Gitter eingefügt und anschließend jedes dieser 3D-Segment separat betrachtet. Solange jedes Segment bestimmte Bautoleranzen einhält, fügt sich am Ende alles wieder zu einem großen Ganzen zusammen.

Dieses Zerlegen in Teilbereiche macht den Stahlbau wesentlich unkomplizierter. Denn man muss nicht alles, was man tut, an globalen Fixpunkten ausrichten, sondern sich lediglich an definierten Punkten innerhalb des jeweiligen Bauteils orientieren. Werden diese Punkte nach einheitlichen Kriterien festgelegt, helfen Sie später sogar beim Zusammenfügen mit anderen Bauteilen, selbst wenn die mit einer anderen Fertigungsmethode oder gar an einem anderen Standort wie Danzig entstanden sind.

Für die Vermesser ein weiterer, großer Effizienz-Vorteil: Durch entsprechende Standardisierung können in vielen Fällen Teile der Vermessungsarbeit von den Schiffbauer ohne Mithilfe der Vermesser ausgeführt werden.

Mit Laser-Technik und Sensoren statt klassischem Schnurlot

Neben enormem Knowhow hilft auch moderne Technik, die Arbeit der Vermesser zu erleichtern und den Schiffsbau sowohl präziser als auch effizienter zu machen. Nach dem Aufschwimmen eines Kreuzfahrtschiffs helfen Sensoren dabei, die genaue Lage des Schiffs zu bestimmen.

Maschinenbauingenieur Andre Schreiber erzählt: „Früher haben wir das einmal am Tag tachymetrisch kontrolliert. Mittlerweile nutzen wir Neigungssensorik. Denn wir wollen in Echtzeit wissen, was da passiert. Dazu werden Neigungssensoren auf den Schwimmteilen angebracht. Über entsprechende Visualisierungs-Software können wir die Informationen dann auch unseren Partnern zur Verfügung stellen.“ Unternehmen, die beispielsweise mit dem Innenausbau des Schiffs beschäftigt sind, können so auf diese Daten zurückgreifen.

Eine große Erleichterung und Verbesserung sind auch Laserlote, wie Florian Jansen erklärt: „Das lotrechte Bauen wird neuerdings bei uns softwaregestützt mit Laserloten durchgeführt. Statt Schnurlote, die über Lotpunkten pendeln und man optisch schauen muss, ob es passt, bekommt man mit den Laserloten zusätzlich in Echtzeit  Informationen zur Korrektur der Bauteilposition sowie eine digitale Aufzeichnung der Ergebnisse.“

 „Bierdeckelgenauigkeit“ und Zollstock

Weil diese Technik recht unkompliziert ist, entlastet das die Vermesser und schafft Freiraum für andere Aufgaben, wie Florian Jansen erläutert: „Wir von der Vermessung stecken mittlerweile nur noch die Lotpunkte ab. Die Schiffbauer können dann die Installation der Sensorik selbst vornehmen und mit ihren Tablets direkt auslesen. Früher haben wir das in der Vermessung komplett operativ betreut. Der Prozess ist jetzt direkt an die Schiffbauer übergeben.“

Der Stahlbau ist mit dieser Methode außerdem genauer geworden. Jansen: „Weil man immer wieder vom Soll-Zustand ausgeht, nach oben hin baut und immer über die Lotpunkte geht, ist das viel präziser. Das nächste Deck ist nicht mehr von einem potenziellen Aufbaufehler am Deck darunter betroffen, sodass sich das auch nicht aufsummieren kann. Wenn man dagegen nur von Deck zu Deck bauen würde, würde man vielleicht etwas bauen, das die Form eines leichten Korkenziehers hätte.“

Aber nicht immer muss Vermessung mit teuren Geräten passieren, nicht immer ist kompliziertes Knowhow nötig. Beim Innenausbau beispielsweise, sagt Jansen, komme es oft nicht so darauf an. Da reiche „Bierdeckel-Genauigkeit“ vollkommen aus. Und „Wir wollen es ja auch kostenmäßig nicht immer auf die Spitze treiben.“ Manchmal sei der beste Tipp: „Zollstock reicht auch“.