Aluminiumschaum im Schiffbau
Im Schiffbau können Luken, Türen, Spanten und Schiffsruder mit Aluminiumschaum hergestellt werden. Der Schaum nimmt kaum Wasser auf und kann aus seewasserbeständigen Legierungen gefertigt werden. Wird die Struktur selbst aus Metallschaum-Sandwiches gebaut, kann durch die Gewichtsreduktion bei gleichem Energieverbrauch mehr transportiert und der Tiefgang verringert werden – bei einer Gewichtsersparnis von 20 – 30 %. Erprobt hat Havel metal foam das im Förderprojekt ULIVES / MARTEC ERA-NET am Rumpf eines Binnenschiffs.
Stand:
Warum lohnt sich Aluminiumschaum im Schiffbau?
Aluminiumschaum bringt im Schiffbau eine Gewichtsersparnis von 20 – 30 %. Das wirkt doppelt: Der Tiefgang sinkt, und bei gleichem Energieverbrauch ist mehr Zuladung möglich. Dazu kommen Schwingungsdämpfung – etwa in der Getriebestruktur – und ein reduzierter Fertigungsaufwand, weil Konstruktionen aus weniger Einzelteilen bestehen. Der Schaum nimmt kaum Wasser auf und kann aus seewasserbeständigen Legierungen gefertigt werden.
- Gewichtsersparnis 20 % – 30 %
- Geringerer Tiefgang
- Schwingungsdämpfung (z. B. Getriebestruktur)
- Reduktion des Fertigungsaufwandes (weniger Einzelteile)
- Mehr Zuladung möglich
Welche Schiffsbauteile werden aus Aluminiumschaum gefertigt?
Die Anwendungsbereiche reichen von Strukturelementen des Schiffsrumpfs über den Innenausbau bis zu ausgeschäumten Profilen: Luken, Türen und Spanten ebenso wie Kabinen, Decken, Außen- und Innenwände, Fußbodenplatten, Schornsteine, Treppen-Elemente und Dekorationselemente. Auch das Ausschäumen von Rohrprofilen oder Segmenten sowie Strukturbauteile, z. B. im Maschinen- und Anlagenbau an Bord, gehören dazu.
- Elemente des Schiffsrumpfs
- Luken, Türen, Spanten
- Kabinen, Decken, Außen- und Innenwände
- Fußbodenplatten
- Schornsteine
- Ausschäumen von Rohrprofilen oder Segmenten
- Dekorationselemente
- Strukturbauteil (z. B. Maschinen- und Anlagenbau)
- Treppen-Elemente
Wie verhält sich Aluminiumschaum im Seewasser-Einsatz?
Der Schaum nimmt kaum Wasser auf und kann aus seewasserbeständigen Legierungen gefertigt werden – zwei Eigenschaften, die den Werkstoff für den maritimen Einsatz qualifizieren. Auch das Schiffsruder zählt zu den Bauteilen, die mit Aluminiumschaum hergestellt werden können. Wird die Struktur selbst aus Metallschaum-Sandwiches gebaut, verringert die Gewichtsreduktion den Tiefgang bei gleichem Energieverbrauch – im Förderprojekt ULIVES / MARTEC ERA-NET am Rumpf eines Binnenschiffs erprobt.
Wie werden Aluminiumschaum-Sandwiches mit dem Stahlschiff verbunden?
Für die Integration in den Stahlschiffbau sind mehrere Fügetechniken dokumentiert: die Verbindung von SAS (Sandwich mit Stahl-Decklagen) und Stahl durch das MSG-Verfahren (Metall-Schutzgasschweißen), die Verbindung Aluminium–Aluminium durch das MSG-Verfahren sowie die Verbindung von Aluminium mit Stahl und von AAS (Sandwich mit Aluminium-Decklagen) mit Stahl durch sprengplattierte Schweißprofile.
- SAS – Stahl
- Verbindung durch MSG-Verfahren.
- Al – Al
- Verbindung durch MSG-Verfahren.
- Al – Stahl / AAS – Stahl
- Verbindung durch sprengplattierte Schweißprofile.
Demonstratoren
Wie viel leichter wird ein Schiffsruder aus Metallschaum?
Auch gefragt: Gibt es ein gebautes Ruder? · Was wiegt ein Ruderkörper aus Aluminiumschaum-Sandwich?
Ein Ruderkörper aus Metallschaum von Havel metal foam wiegt 912 kg gegenüber 1176 kg in konventioneller Bauweise, also 22 % weniger. Gebaut wurde er als Demonstrator im Maßstab 1:1 mit den Maßen 2,6 × 1,4 × 0,5 m. Als zweiter Effekt wird die einfachere Herstellung genannt, weil weniger Einzelteile zu fügen sind. Das Ruder ist damit das am vollständigsten vermessene Bauteil, das der Werkstoff im Schiffbau hat: ein reales Bauteil in Zielgröße, nicht eine Rechnung.
- Quellen
- Markeninhalte
Wurde ein kompletter Rumpf untersucht?
Auch gefragt: Was ergab der Rumpf-Demonstrator? · Wie viel Gewicht spart eine Rumpfstruktur?
Ja. Havel metal foam hat den Rumpf eines eisgängigen Binnenschiffs an einem Demonstrator im Maßstab 1:4 untersucht und dort Längs- und Querträger durch SAS mit 2 mm Stahlblechen und einem 30 mm Aluminiumkern ersetzt, wodurch konventionelle Versteifungen entfallen konnten; das Gesamtgewicht des Schiffs sank gegenüber dem Ursprungsentwurf um 25 %. Die Eisgängigkeit bleibt dabei Stahlsache: Bis 70 cm über der Wasserlinie ist der Rumpf konventionell in Stahl ausgeführt.
- Quellen
- Markeninhalte
Wie verhält sich ein Maschinenfundament in Sandwichbauweise?
Auch gefragt: Was ergab das Antriebsfundament? · Gibt es Nachteile bei der Fertigung?
Für ein Antriebsfundament erreicht Havel metal foam 20 % weniger Gewicht gegenüber einem Original von 4,7 t. Von 125 m Naht wurden 40 m lasergeschweißt, also 32 %. Ein Nachteil gehört dazu: Im Befestigungsbereich ist mehr Vorbereitungszeit nötig, weil dort Aluminiumschaum sitzt. Für eine Kalkulation gehört dieser Zusatzaufwand gegen die Gewichtsersparnis gerechnet, denn er fällt in der Werft an und nicht beim Werkstofflieferanten.
- Quellen
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Fügen und Korrosion
Lässt sich der Verbund unter Werftbedingungen schweißen?
Auch gefragt: Ist Laserschweißen erprobt? · Wie viel Naht wurde lasergeschweißt?
Ja, und zwar unter Werftbedingungen erprobt. Bei den Demonstratoren von Havel metal foam wurden am Ruder 17 von 60 m Naht lasergeschweißt, das sind 28 %, und am Antriebsfundament 40 von 125 m, also 32 %. Die Anteile sind der eigentliche Befund: Laserschweißen funktioniert an diesem Verbund, ist aber nicht die einzige Nahtart im Bauteil, und die Werft plant beide ein. Erprobt heißt hier an einem realen Bauteil in einer realen Fertigungsumgebung, nicht im Labor.
- Quellen
- Markeninhalte
Was ergab die Salzsprühnebelprüfung?
Auch gefragt: Wie verhält sich die Grenzfläche Schaum zu Stahl? · Rostet das Sandwich im Seewasser?
Havel metal foam hat in der Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227 NSS Korrosion auf dem Stahlblech der Decklage festgestellt, an der Grenzfläche zwischen Schaum und Stahl dagegen keine. Das ist der wichtigere Teil des Ergebnisses, denn die Grenzfläche ist die Stelle, an der ein Verbundwerkstoff im Seewasser üblicherweise versagt. Geprüft wurde 240 Stunden am Fraunhofer ICT, einer akkreditierten Prüfstelle; der Prüfbericht dokumentiert den Zustand der Proben fotografisch, die Bewertung des Befundes stammt von Havel metal foam. Korrosionsschutz braucht die Decklage weiterhin, wie ein Stahlbauteil auch.
- Quellen
- Markeninhalte
- Unabhängiger Test
Wie lange und wo wurde die Salzsprühnebelprüfung durchgeführt?
Auch gefragt: Wie viele Stunden lief der Salzsprühnebeltest? · Welche Prüfstelle hat die Korrosionsprüfung durchgeführt? · Welche Proben wurden im Salzsprühnebel geprüft?
Havel metal foam hat die Prüfung am Fraunhofer ICT in Pfinztal beauftragt, einer nach DAkkS akkreditierten Prüfstelle. Die Gesamtprüfdauer betrug 240 Stunden bei 35 °C, mit einer Kochsalzlösung von 50 g/l und einem pH-Wert zwischen 6,5 und 7,2; die Proben waren während der Prüfung ungeschützt, also ohne Beschichtung. Geprüft wurden drei Aufbauten: reiner Aluminiumschaum ohne Deckblech, ein Aufbau mit Aluminiumdecklage und ein Aufbau mit Stahldecklage aus DC01. Die Legierungen dieser Proben entsprechen nicht in jedem Punkt den heutigen Liefervarianten AAS und SAS, weshalb die Prüfung den metallischen Verbund belegt und nicht eine benannte Produktvariante. Für eine Spezifikation sind Dauer, Temperatur und Konzentration damit belegbar.
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- Unabhängiger Test
Wurde der Verbund auch in einer Industrieatmosphäre geprüft?
Auch gefragt: Gibt es außer dem Salzsprühnebeltest weitere Korrosionsprüfungen? · Wurde nach DIN EN ISO 6988 geprüft?
Ja. Havel metal foam hat den Verbund zusätzlich im Kondenswasser-Wechselklima mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre nach DIN EN ISO 6988 bzw. DIN 50018 prüfen lassen, am selben akkreditierten Prüfhaus und an denselben Aufbauten wie im Salzsprühnebel. Ein Prüfzyklus dauert 24 Stunden: 8 Stunden bei 40 °C und 100 % Luftfeuchte, in denen sich Kondenswasser auf den Proben niederschlägt, danach 16 Stunden Belüftung bei 18 bis 28 °C. Diese Prüfung bildet eine Industrieatmosphäre ab und ergänzt damit die maritime Belastung der Salzsprühnebelprüfung, was für Hafen- und Werftumgebungen mit Abgasbelastung die näherliegende Beanspruchung ist. Auch hier dokumentiert der Prüfbericht den Zustand der Proben fotografisch; die Bewertung stammt von Havel metal foam.
- Quellen
- Unabhängiger Test
Einsatz und Klassifikation
Wie viel Gewicht spart welche Anwendung?
Auch gefragt: Wo lohnt sich SAS, wo AAS? · Welche Ersparnis ist je Bauteilart belegt?
Havel metal foam gliedert die Ersparnis nach Anwendung. Bleche und besonders Rippen, ersetzt durch SAS, ergeben 20 bis 25 %. Kabinen, Decks sowie obere und innere Paneele, ersetzt durch AAS, ergeben 25 bis 30 %. Das Überschäumen von Stahlrohren oder Segmenten liegt bei 15 bis 20 %. Die Bauweise folgt damit der Aufgabe: Stahl-Decklagen dort, wo die Struktur trägt, Aluminium-Decklagen dort, wo Fläche und Gewicht zählen.
- Quellen
- Markeninhalte
Liegt für den Schiffbau ein Zertifikat nach Modul D vor?
Auch gefragt: Gibt es eine Zulassung einer Klassifikationsgesellschaft? · Was ist mit dem Modul D?
Aktuell nicht. Das für den Schiffbau nötige Zertifikat nach Modul D (DNV-GL) ist abgelaufen und wurde vorerst nicht erneuert, weil derzeit kein akuter Bedarf besteht. Es kann bei Bedarf kurzfristig erneuert werden, und genau das ist die brauchbare Auskunft für ein Werftprojekt. Wer das Zertifikat im Projekt braucht, spricht Havel metal foam darauf an.
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Gibt es eine gelieferte Referenz aus dem Passagierschiffbau?
Auch gefragt: Für welche Werft hat Havel metal foam bereits gebaut? · Welche Schiffbau-Referenz gibt es?
Ja. Die Referenz von Havel metal foam im Schiffbau ist ein Oberdeck für Passagierschiffe. Die Referenz steht für die Bauteilart, nicht für ein einzelnes Schiff: Baujahr, Schiffsname und genauen Lieferumfang veröffentlicht Havel metal foam nicht. Für eine Werft ist die Bauteilart die verwertbare Auskunft, denn ein Oberdeck ist genau der Fall, in dem Gewicht weit über der Wasserlinie sitzt und damit auf Stabilität und Tiefgang wirkt; die Ersparnis für Decks in AAS liegt bei 25 bis 30 %. Die übrigen Nachweise des Sektors stammen aus dem Förderprojekt ULIVES im Rahmen von MARTEC ERA-NET, an dem als Partner Fraunhofer beteiligt war.
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