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Binnenschiffe verlieren bei Niedrigwasser an Rhein, Donau und Elbe erheblich an Transportkapazität. Je geringer der Pegel, desto weniger Fracht darf an Bord. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden haben ein Leichtbaukonzept vorgestellt, das an der Schiffskonstruktion selbst ansetzt: Schiffswände und Decks aus Aluminiumschaum-Sandwiches sollen das Eigengewicht deutlich reduzieren und damit den Tiefgang senken.
Aufbau: Schaumkern zwischen zwei Metallplatten
Das Grundprinzip ist ein Sandwichbauteil mit einem Kern aus Aluminiumschaum, eingebettet zwischen zwei dünnen Deckplatten aus Stahl oder Aluminium. Aluminiumschaum ist ein metallischer Strukturwerkstoff mit einer Vielzahl eingeschlossener Poren. Seine Dichte liegt deutlich unter einem Gramm pro Kubikzentimeter, was ihn gegenüber Schiffbaustahl erheblich leichter macht.
Die Herstellung ähnelt dem Aufgehen eines Teigs. Einem Aluminiumpulver wird ein Treibmittel, etwa Titanhydrid, beigemengt. Bei Erwärmung setzt dieses Gas frei, das sich im flüssigen Aluminium verteilt und eine gleichmäßige Porenstruktur erzeugt. Der Schaum verbindet sich dabei stoffschlüssig mit den Deckblechen, ohne dass Klebstoff nötig ist. Das vereinfacht die spätere Wiederverwertung der Bauteile.
Steifigkeit bleibt erhalten
Der Abstandshalter-Effekt des Schaumkerns sorgt für hohe Biegesteifigkeit der gesamten Konstruktion. Die äußeren Bleche übernehmen die Lasteinleitung und -weiterleitung. Nach Angaben des Fraunhofer IWU stehen Sandwichplatten herkömmlichen Stahlplatten an Steifigkeit nicht nach, wiegen aber rund 30 Prozent weniger.
Dieses Gewichtsverhältnis wirkt sich direkt auf die Nutzlast aus. Nach Berechnungen der Forschenden könnten Schiffe mit Sandwichkonstruktion ihre Zuladung im Verhältnis zum Eigengewicht um bis zu 30 Prozent steigern. Alternativ ließe sich bei gleicher Zuladung ein geringerer Tiefgang erreichen, was das Befahren niedrigerer Pegelstände ermöglicht.
Fertigung: Großformate technisch machbar
Die Forschenden sehen für die Herstellung großvolumiger Schiffbauteile keine grundlegenden technischen Hindernisse. Die gleichmäßige Porenverteilung lässt sich auch bei größeren Bauteilformaten kontrollieren, reproduzierbare Werkstoffeigenschaften sind damit sicherstellbar.
Als Vorfertigung sind Plattenmaße von bis zu 2,0 mal 1,5 Metern vorgesehen. Einzelne Sandwichpaneele lassen sich anschließend mit Standardverfahren des Schiffbaus verbinden, etwa mit dem Metallaktivgasschweißen (MAG). Neue Fertigungsverfahren sind dafür nicht erforderlich.
Das Fraunhofer IWU hat Erfahrungen mit Aluminiumschaum-Sandwiches bereits in anderen Bereichen gesammelt, darunter Werkzeugmaschinen und Gehäuse für Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen. Diese Erkenntnisse fließen in die Schiffbauentwicklung ein. Ein Prototyp eines Laderaumbereichs für ein Container-Binnenschiff wurde mit Sandwichplatten im Format 2,0 mal 1,0 Meter und Dicken zwischen 14 und 28 Millimetern realisiert.
Kosten und wirtschaftliche Einordnung
Material- und Prozesskosten liegen nach Einschätzung der Forschenden voraussichtlich über denen herkömmlicher Stahlplatten. Eine konkrete Zahl nennen sie nicht. Im Schiffbau könnten sich diese Mehrkosten durch höhere Zuladung, bessere Einsatzfähigkeit bei Niedrigwasser und mögliche ökologische Vorteile amortisieren.
Für Unternehmen, die auf den Binnenwasserweg angewiesen sind, ist das relevant. Niedrigwasserphasen an Rhein, Elbe und Donau haben in den vergangenen Jahren spürbar häufiger zu Einschränkungen geführt. Wer Schwertransporte bei Niedrigpegel auf die Straße verlagern muss, trägt höhere Logistikkosten. Leichtere Schiffe könnten diesen Ausweichbedarf verringern.
Fazit
Das Aluminiumschaum-Sandwich-Konzept des Fraunhofer IWU überträgt bestehende Werkstoffkompetenz in einen neuen Anwendungsbereich. Die Gewichtsreduktion von bis zu 30 Prozent gegenüber Stahl ist belegt, die Fertigung im Schiffbaumaßstab technisch lösbar. Ob sich die Mehrkosten gegenüber Stahl im Betrieb rechnen, hängt von Schiffstyp, Route und der künftigen Häufigkeit von Niedrigwasserphasen ab. Für Spediteure und verladende Industrie, die Binnenwasserwege nutzen, lohnt es sich, die Entwicklung zu verfolgen.
