Aluminiumschaum in der Binnenschifffahrt: Leichtbau bei Niedrigwasser

Warum hilft Leichtbau bei Niedrigwasser?

Der Tiefgang eines Schiffs folgt aus seiner Verdrängung, und die verteilt sich auf Eigengewicht und Ladung. Wird die Struktur leichter, lässt sich dieselbe Verdrängung entweder für mehr Ladung nutzen oder in einen geringeren Tiefgang umsetzen – bei niedrigen Pegelständen ist beides derselbe Vorteil. Aluminiumschaum-Sandwiches sparen im Schiffbau 20 – 30 % Gewicht gegenüber der Stahlbauweise. Havel metal foam nennt als Wirkung dieser Bauweise ausdrücklich geringeren Tiefgang und mehr Zuladung, dazu Schwingungsdämpfung und weniger Einzelteile in der Konstruktion.

Welche Nachweise gibt es aus einem Binnenschiff-Projekt?

Havel metal foam hat die Bauweise im Förderprojekt ULIVES / MARTEC ERA-NET am Rumpf eines Binnenschiffs erprobt, mit gebauten Demonstratoren statt Rechnungen. Am Schiffsruder wurde ein 1:1-Demonstrator gefertigt: Der Ruderkörper ging von 1176 kg auf 912 kg zurück, also um 22 %, bei Abmessungen von 2,6 × 1,4 × 0,5 m und laut Projektbericht einfacherer Fertigung. Am Rumpf eines eisgängigen Schubleichters wurde ein 1:4-Demonstrator gebaut, bei dem Längs- und Querträger durch SAS-Sandwiches mit 2 mm Stahldecklagen und 30 mm Schaumkern ersetzt wurden; die üblichen Verstärkungen konnten entfallen und das Gesamtgewicht des Schiffs sank gegenüber dem Ausgangsentwurf um 25 %. Eine Getriebefundamentierung wurde bei einem Ausgangsgewicht von 4,7 t um 20 % leichter.

Schiffsruder, 1:1-Demonstrator

Ruderkörper von 1176 kg auf 912 kg, also 22 % leichter, bei 2,6 × 1,4 × 0,5 m.

Eisgängiger Schubleichter, 1:4-Demonstrator

Längs- und Querträger durch SAS mit 2 mm Stahldecklagen und 30 mm Schaumkern ersetzt; Gesamtgewicht 25 % unter dem Ausgangsentwurf. Der Rumpf selbst blieb konventionell aus Stahl, damit die Eisgängigkeit bis 70 cm über der Wasserlinie erhalten bleibt.

Getriebefundamentierung

20 % leichter bei einem Ausgangsgewicht von 4,7 t. 40 der 125 m Nahtlänge wurden lasergeschweißt.

Gewichtsersparnis nach Bauteilart

Platten und besonders Spanten in SAS 20 – 25 %; Kabinen, Decks, Außen- und Innenwände in AAS 25 – 30 %; das Ausschäumen von Stahlrohren oder Segmenten 15 – 20 %.

Wie werden Aluminiumschaum-Sandwiches mit einem Stahlrumpf verbunden?

Die Fügetechnik richtet sich nach der Decklage. SAS-Sandwiches mit Stahldecklagen werden mit dem Stahlrumpf durch MIG/MAG-Schweißen verbunden, also mit dem Verfahren, das auf einer Werft ohnehin im Einsatz ist. AAS-Sandwiches mit Aluminiumdecklagen brauchen den Werkstoffübergang: Sie werden über sprenggeplattete Übergangsprofile an den Stahl angeschlossen, Aluminium auf Aluminium wieder mit MIG/MAG. Im ULIVES-Projekt wurde zusätzlich das Laserschweißen unter Werftbedingungen gezeigt, am Ruder für 17 der 60 m Nahtlänge und an der Getriebefundamentierung für 40 der 125 m.

SAS an Stahl

MIG/MAG-Schweißen (MSG).

AAS an Stahl

Sprenggeplattete Übergangsprofile.

Aluminium an Aluminium

MIG/MAG-Schweißen (MSG).

Laserschweißen

Unter Werftbedingungen erprobt: Ruder 17 von 60 m, Getriebefundamentierung 40 von 125 m.

Wie verhält sich die Bauweise im Salzsprühnebeltest?

Im Salzsprühnebeltest nach DIN ISO 9227 NSS zeigte sich Korrosion auf der Stahldecklage – dort, wo sie auch an einem Stahlbauteil auftreten würde. An der Grenzfläche zwischen Schaumkern und Stahldecklage trat keine Korrosion auf; die bimetallische Verbindung hielt also genau an der Stelle, an der ein Prüfer sie zuerst infrage stellt. Wichtig für die Auslegung: Ein Korrosionsschutz ist für Aluminiumschaum-Bauteile genauso erforderlich wie für Stahl, und Havel metal foam sagt das in seinen eigenen Unterlagen auch so. Die Expositionsdauer des Tests liegt uns noch nicht vor; wir nennen sie, sobald der Prüfbericht vorliegt.

Wo liegen die Grenzen der Bauweise?

Drei Punkte, die Havel metal foam selbst benennt. Ein Sandwich bezieht seine Steifigkeit aus der Bauhöhe, braucht also Platz – wo die Konstruktion keine Bauhöhe hergibt, ist Stahl weiter die einfachere Lösung. Sitzt Schaum im Bereich einer Befestigung, steigt der Vorbereitungsaufwand in der Fertigung. Und der Korrosionsschutz entfällt nicht: er ist wie bei Stahl vorzusehen. Hinzu kommt die Zulassungsfrage: Das für den Schiffbau nötige DNV-GL-Zertifikat (Modul D) ist abgelaufen und wurde vorerst nicht erneuert, weil derzeit kein akuter Bedarf besteht. Für ein Projekt mit dieser Anforderung kann es kurzfristig erneuert werden; sprechen Sie es früh an.