Wie funktionieren die Wasserschleusen des Panamakanals?

Der Panamakanal ist eine der wichtigsten künstlichen Wasserstraßen der Welt und verbindet den Atlantik mit dem Pazifik, indem er den Isthmus von Panama durchschneidet – einen schmalen Streifen, der die Karibik vom Pazifik trennt.

Der 77 km lange Panamakanal wurde im August 1914 fertiggestellt und hilft Schiffen, die zwischen der Ost- und Westküste der USA verkehren, ihre Reise um 15.000 km zu verkürzen. Ebenso spart der Kanal bis zu 3.700 km für Schiffe im Transit zwischen Europa und Ostasien.

Der Panamakanal spielt derzeit eine wichtige Rolle für die US-Wirtschaft, da ein erheblicher Teil des US-Schiffsverkehrs über ihn abgewickelt wird. Im Steuerjahr 2017 passierten den Kanal insgesamt 13.548 Schiffe, die 403,8 Millionen Panamakanal-Tonnen Fracht transportierten.

Kennen Sie diese interessanten Fakten über den Panamakanal?

Geografisch gesehen liegen die Ozeane, mit denen der Panamakanal verbunden ist, nicht auf demselben Niveau; der Pazifische Ozean liegt etwas höher als der Atlantische Ozean.

Dieser Unterschied im Meeresspiegel macht es erforderlich, dass die Schiffe das Gelände Panamas – bis zu 26 Meter über dem Meeresspiegel – überqueren müssen, um das andere Ende des Kanals zu erreichen.

Mit Hilfe von Schleusentoren werden die in den Kanal einfahrenden Schiffe auf das höhere Niveau gehoben und später am anderen Ende des Kanals wieder auf den Meeresspiegel abgelassen.

Das Panama-Wasserschleusensystem gilt als eine der größten Ingenieurleistungen, die zu dieser Zeit unternommen wurden, um den Bedürfnissen der Schiffe nach Zeitersparnis gerecht zu werden.

Entwurf der Schleusen des Panamakanals

Das Panama-Wasser-Schleusensystem besteht aus insgesamt drei Schleusensätzen – 12 Schleusen -, die den Schiffen die Durchfahrt zwischen dem Atlantik und dem Pazifik über künstliche Seen und Kanäle ermöglichen.

Vor der Kanalerweiterung, die 2016 abgeschlossen wurde, verfügte der Kanal über zwei Fahrspuren mit zwei Schleusensätzen an beiden Enden des Kanals.

Die Erweiterung des Kanals führte zu einer dritten Fahrspur und dem dritten Schleusensatz, der die Einfahrt größerer Schiffe ermöglicht.

Die Schleusen, die sich auf der Atlantik- und der Pazifikseite befinden, heben und senken die Schiffe in den bzw. aus dem Panamakanal, der 26 Meter über dem Meeresspiegel liegt.

Auf der Pazifikseite umfasst das Schleusensystem die Miraflores-Schleusen mit zwei Kammern und die Pedro-Miguel-Schleusen mit einer Kammer, während sich auf der Atlantikseite des Panamakanals die Gatun-Schleusen mit drei Kammern befinden.

Da diese drei Schleusensätze paarweise angeordnet sind, befinden sich an jedem der drei Schleusenstandorte zwei parallele Schleusengänge, die die gleichzeitige Bewegung von Schiffen in entgegengesetzter Richtung ermöglichen.

In der Praxis werden jedoch nur sechs massive Schleusenpaare von Schiffen für die Durchfahrt genutzt, und die Schiffe bewegen sich aufgrund von Sicherheitseinschränkungen jeweils in eine Richtung, um den Culebra Cut zu durchqueren.

Das bedeutet auch, dass die Schiffe derzeit beide Schleusenspuren nutzen, um sich jeweils nur in eine Richtung zu bewegen.

Die ursprünglichen Schleusen des Panamakanals sind 33,53 Meter breit, während jede Schleuse eine Länge von 320 Metern aufweist. Die Wände jeder Schleuse sind zwischen 15 Metern (unten) und 3 Metern (oben) dick.

Die Abmessungen der Schleuse bestimmen die Größe eines Schiffes, das auch als Panamax-Schiff bezeichnet wird und den Kanal passieren kann. Der dritte Satz von Schleusen, der nach dem Ausbauprojekt eröffnet wurde, ermöglicht es größeren Schiffen, den Kanal zu durchqueren.

Die neue Panamax-Metrik mit den neuen Schleusen erlaubt Schiffen mit einer Gesamtlänge von 366 Metern, einer Breite von 49 Metern und einem Tiefgang von 15,2 Metern. Der Gesamthub, d.h. die Kapazität, ein Schiff zu heben oder zu senken, der Schleusen beträgt: Gatun-Schleusen – 85 Fuß, Pedro-Miguel-Schleusen – 54 Fuß und Miraflores – zwischen 64,5 Fuß und 43 Fuß aufgrund der extremen Gezeiten.

Die Schleusentore des Panamakanals trennen die Schiffe und sind stark genug, um Tausende von Litern Wasser zu halten. Die Wasserschleusen werden in weniger als 10 Minuten gefüllt oder geleert, und jedes Paar Schleusentore braucht zwei Minuten, um sich zu öffnen.

Die Größe der Schleusentore des Panamakanals reicht von 14,33 bis 24,99 Meter und ist 2,13 Meter dick. Jedes Tor verfügt über zwei 19,81 Meter breite Flügel, die sich mit der Spitze stromaufwärts zu einem „V“ schließen, so dass die Tore die Kraft des Wassers aufnehmen können.

Die Tore werden nur geöffnet, wenn der Wasserstand auf beiden Seiten gleich ist. Eine rund 30.000 Pfund schwere Fenderkette am Ende jeder Schleuse verhindert, dass Schiffe die Tore rammen, bevor sie sich öffnen.

Damit die Schiffe die Schleuse passieren können, muss jede Kammer mit 26.700.000 US-Gallonen Wasser gefüllt werden. Die Schleusen werden mit Hilfe der Schwerkraft von Wasser aus Seen wie Gatún, Alajuela und Miraflores betrieben. Das Schleusensystem umfasst 18 Fuß breite Wasserdurchlässe, die die Aufgabe haben, das Wasser aus diesen Seen in die Kammern zu leiten, um die Schiffe anzuheben, und von den Kammern zur nächsten Schleuse oder zum Meer zu leiten, um die Schiffe abzusenken.

Der gesamte Prozess des Schleusensystems wird von einem Kontrollraum aus gesteuert, der sich an der Mittelwand der oberen Schleusenreihe befindet.

Die Kontrollräume leiten die Schiffe mit Hilfe elektrischer Schlepplokomotiven durch die Schleusenkammern. Die Schiffe werden mit Hilfe dieser Maschinen, die „Maultiere“ genannt werden, an einem Kabel durch die Schleusen gezogen.

Im Durchschnitt benötigen die Schiffe sechs solcher Maultiere, drei auf jeder Seite, wenn sie die Schleusen benutzen, um in den Kanal ein- oder auszufahren.

Betrieb der Schleusen des Panamakanals

Der gesamte Betrieb des Panama-Wasserschleusensystems lässt sich in wenigen Schritten beschreiben:

1. Das Schiff nähert sich der unteren Kammer der Kanalschleusen;

2. das Ventil der ersten Kammer öffnet sich und das Wasser fließt durch die Schwerkraft von der oberen Kammer in die untere, wodurch der Wasserstand auf Meereshöhe gebracht wird;

3. das Schleusentor öffnet sich, um das Schiff in die Kammer zu lassen, und das Tor schließt sich hinter ihm;

4. das Ventil der nächsten Kammer wird geöffnet, um den Wasserstand auf den der ersten Kammer anzuheben;

5. Das Schleusentor wird geöffnet, und das Schiff fährt in die nächste Kammer ein;

6. Der Wasserstand wird wieder ausgeglichen, und das Schiff verlässt schließlich die Schleuse und fährt in den 77 km langen Kanal ein.

Am anderen Ende des Kanals wird ein ähnlicher Vorgang durchgeführt, um das Schiff auf das Meeresniveau abzusenken.

Im Einzelnen:

Für ein Schiff, das vom atlantischen Ende aus in südöstlicher Richtung in den Kanal einfährt, erfolgt die erste Einfahrt in die erste Schleusenkammer (auf Meereshöhe) an den Gatun-Schleusen.

Nachdem die Schiffe in die Kammer eingefahren sind, werden die wasserdichten Schleusentüren vom Schleusenwärter geschlossen und das Ventil geöffnet, um den Durchfluss von Wasser aus der benachbarten zweiten Schleusenkammer, die 28 Fuß über dem Meeresspiegel liegt, zu ermöglichen.

Wasser fließt durch unterirdische Rohre in die erste Kammer, bis die Wasserstände gleich sind.

Allerdings werden hier keine Pumpen verwendet; der gesamte Vorgang des Ausgleichs der Wasserstände zwischen den Schleusenkammern des Panamakanals hängt von den Prinzipien der Schwerkraft ab, um das Wasser zu bewegen, und von der Tatsache, dass das Wasser seinen eigenen Stand sucht.

Wenn die Wasserstände zweier benachbarter Kammern gleich sind, hört das Wasser auf, aus den Wasserdurchlässen zu fließen.

Wenn die Wasserstände zwischen der ersten und der zweiten Kammer gleich sind, wird das Ventil vom Schleusenmeister geschlossen und die wasserdichten Schleusentüren zwischen der ersten Schleusenkammer und der zweiten Schleusenkammer werden anschließend geöffnet.

Durch diesen Vorgang kann das Schiff in die zweite Schleusenkammer fahren. Der erste Vorgang wiederholt sich dann zwischen der zweiten Schleusenkammer und der dritten Schleusenkammer, wodurch das Schiff auf das Niveau des Gatun-Sees angehoben wird.

Nach dem Schließen des letzten Ventils und dem Öffnen der wasserdichten Schleusentür ist das Schiff 85 Fuß über dem Meeresspiegel angehoben und kann seine Reise zum Pazifik fortsetzen.

Der gleiche Vorgang wird in umgekehrter Weise durchgeführt, um das Schiff wieder auf Meereshöhe zu bringen. Bei den Pedro-Miguel-Schleusen am pazifischen Ende des Kanals werden bei der Einfahrt des Schiffes in die erste Kammer die wasserdichten Türen geschlossen und das Ventil dieser Schleusenkammer geöffnet, so dass das Wasser aus der ersten Schleusenkammer in die relativ niedrigere zweite Schleusenkammer abfließen kann.

Nachdem der Wasserstand zwischen den beiden Kammern gleich hoch ist, werden die wasserdichten Türen geöffnet, so dass das Schiff weiter durch den Gaillard Cut zu den Miraflores-Schleusen fahren kann, wo die Absenkung des Schiffes auf Meereshöhe abgeschlossen ist.

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