Leichtbau im Frachtschiffbau: Aktuelle Bedeutung und Potenziale
Die anhaltend niedrigen Wasserstände in Rhein, Donau und Elbe stellen die Binnenschifffahrt vor erhebliche Herausforderungen. Diese Entwicklung wirkt sich zunehmend negativ auf die wirtschaftliche Lage aus, insbesondere wenn sie über längere Zeiträume anhält. Eine Vertiefung der Flussbetten wird aufgrund ökologischer Bedenken kontrovers diskutiert. Gleichzeitig ist eine Verlagerung von Schwertransporten auf den Straßenverkehr häufig nicht realisierbar und würde bestehende Belastungen auf Brücken und sanierungsbedürftige Straßeninfrastrukturen weiter erhöhen.
Eine nachhaltigere Lösung liegt in der Gewichtsreduzierung der Schiffe selbst. Geringeres Gewicht führt zu einem reduzierten Tiefgang, wodurch auch bei niedrigen Wasserständen weiterhin Güter transportiert werden können, ohne dass die Gefahr des Aufsetzens besteht.
Sandwich-Konstruktionen mit Aluminiumschaum als Leichtbau-Lösung
Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, Schiffswände und Decks in Sandwich-Bauweise auszuführen. Dabei wird ein leichter Kern aus Aluminiumschaum zwischen zwei dünnen Stahl- oder Aluminiumblechen eingebettet. Diese Bauweise kann das Gewicht der Schiffsstruktur erheblich senken und somit die Zuladungskapazität bei Niedrigwasser um bis zu 30 % im Verhältnis zum Nettoschiffsgewicht erhöhen oder alternativ niedrigere Pegelstände tolerieren.
Herstellung und Eigenschaften von Aluminiumschaum
Aluminiumschaum ist ein ultraleichter metallischer Werkstoff mit einer Dichte von deutlich unter einem Gramm pro Kubikzentimeter. Die Herstellung erfolgt durch Zugabe eines Treibmittels wie Titanhydrid zu Aluminiumpulver, das bei Erwärmung Wasserstoff freisetzt. Die entstehenden Gasblasen verteilen sich im flüssigen Aluminium und erzeugen eine schaumartige, poröse Struktur. Während des Schäumprozesses verbindet sich der Aluminiumschaum metallisch mit den Deckblechen, wodurch kein Klebstoff benötigt wird. Dies erleichtert die spätere Wiederverwertung erheblich. Nach dem Abkühlen bleibt die poröse Struktur dauerhaft erhalten.
Technische Vorteile und Einsatzgebiete
- Der Aluminiumschaumkern sorgt für die Erhaltung des konstanten Abstands zwischen den Blechen und erhöht die Biegesteifigkeit der Sandwich-Konstruktion.
- Die äußeren Bleche tragen die Lasten und verteilen sie.
- Die Sandwich-Bauteile erreichen bei etwa 30 % geringerem Gewicht eine vergleichbare Steifigkeit wie herkömmliche Stahlplatten.
- Großflächige Bauteile (z. B. 2,0 m x 1,5 m) können vorgefertigt und mittels gängiger Schweißverfahren (z. B. MAG) zu größeren Baugruppen verbunden werden.
Am Fraunhofer IWU werden Aluminiumschaum-Sandwichkonstruktionen bereits für Werkzeugmaschinen und Gehäuse von Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen entwickelt. Dr. Jörg Hohlfeld, Leiter der Metallschaum-Gruppe am Fraunhofer IWU, betont die Eignung dieser Bauweise auch für Schiffsaußenhäute und Aufbauten.
Wirtschaftliche und ökologische Aspekte
Obwohl die Herstellungskosten für Sandwich-Bauteile höher sind als für konventionelle Stahlplatten, überwiegen die Vorteile durch reduzierte Tiefgänge und erhöhte Transportkapazitäten bei Niedrigwasser. Angesichts der zunehmenden Trockenperioden und niedrigen Pegelstände in den letzten Jahren ist dieser Leichtbauansatz ökonomisch und ökologisch sinnvoll.
Projekt und Partner
Das Leichtbaukonzept für Binnencontainerschiffe mit Aluminiumschaum-Sandwiches wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelt. Beteiligte Partner sind SMK Ingenieure GmbH & Co. KG (Chemnitz), SET Schiffbau- und Entwicklungsgesellschaft Tangermünde mbH (Genthin), KRAFOTEC GmbH (Wittenberg), IFF Engineering & Consulting GmbH (Leipzig) sowie das Fraunhofer IFF (Magdeburg). Die Förderung erfolgte durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über den Projektträger Jülich.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Dr. Jörg Hohlfeld
Fraunhofer IWU
Reichenhainer Straße 88
D-09126 Chemnitz
E-Mail: joerg.hohlfeld@iwu.fraunhofer.de
Telefon: +49 371 5397 1496
