Entwicklung eines 9,20m langen SWATH Schiffes als Leichtbaukonstruktion
Lisa Schwientek, Universität Rostock
Ein SWATH Schiff hat aufgrund seiner speziellen Unterwasserform eine geringe Wasserlinienfläche. Dadurch kann sich eine minimale Gewichtsänderung negativ auf die Fahreigenschaften auswirken sowie eine Tiefgangsänderung zu Folge haben. Des Weiteren wird aufgrund der hohen geforderten Geschwindigkeit eine zur Schiffslänge verhältnismäßig große Maschine eingebaut, auch die Ausrüstung des Schiffs ist bereits festgelegt. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit eine Leichtbaukonstruktion für ein SWATH Schiff entwickelt, mit dem Ziel ein Strukturgewicht von 2,0 t nicht zu überschreiten.
Um das Ziel zu erreichen, wird zunächst das Schiff vorgestellt und die dabei auftretenden Belastungen analysiert. Anschließend werden die Grundlagen des Leichtbaus sowie die verschiedenen Leichtbaumaterialien untersucht. Dabei werden metallische Werkstoffe mit Verbundkunststoffen sowie Sandwichmaterialien betrachtet. Für die Leichtbaukonstruktion wird anhand eines Materialvergleichs in Bezug auf Festigkeit, Gewicht, Fertigung und Kosten ein optimaler Werkstoff ausgewählt. Es stellt sich heraus, dass Aluminium das beste Verhältnis der genannten Aspekte aufweist in Bezug auf das Projekt. Die bisher vorhandenen Strangpressprofile aus Aluminium bei A&R hatten jedoch überschlagsweise ein zu hohes Flächengewicht. Daher wird anschließend ein neues Strangpressprofil mit einem niedrigen Flächengewicht und einer Plattendicke von 2,8 mm entwickelt sowie ein Konzept für die SWATH-Struktur ausgearbeitet. Dabei werden die Grenzen der Mindestplattendicke und der möglichen Materialstärke bei der Fertigung ausgereizt, um ein optimales Leichtbauergebnis zu erzielen. Somit hat das neue Strangpressprofil ein geringeres Flächengewicht als die bisher vorhandenen.
Die Belastungen sowie die Bauteilabmessungen des Erstentwurfs werden über die Klassifikationsgesellschaft bestimmt. Mit Hilfe dieser Vorgaben wird das Konzept der Struktur entworfen und die Hauptspantskizze erstellt. Diese Ergebnisse werden weitergehend über die FEM-Analyse mit einem dreidimensionalen Modell des hinteren Riegelbereichs validiert. Anhand der direkten Berechnungsmethode werden weitere Anpassungen von überdimensionierten Bauteilen vorgenommen, um das Gewicht zu reduzieren. Zur Überprüfung, ob das Leichtbauziel erreicht wurde, wird eine Gewichtsrechnung durchgeführt. Es stellt sich heraus, dass die Bedingung des Leichtbaus mit einem Strukturgewicht von 1,97 t erfüllt ist und minimal unter der Zielgrenze liegt. Aus diesem Grund kann abschließend gesagt werden, dass auch konventionelle Materialien, wie Aluminium trotz der höheren Dichte ein enormes Leichtbaupotential haben. Um das Ziel jedoch zu erreichen, wurden die Grenzen von Aluminium in Bezug auf die Plattenstärken vollkommen ausgereizt.
Aus der Arbeit konnte die Erkenntnis gezogen werden, dass die „neueren“ Materialien noch viel Forschung bedürfen. Denn diese sind bisher noch sehr aufwendig in der Fertigung sowie kostenintensiv. Des Weiteren wurde ersichtlich, dass auch konventionelle Materialien mit einer höheren Dichte, wie zum Beispiel Stahl oder Aluminium, ein enormes Leichtbaupotential haben.
Abschließend lässt sich sagen, dass eine Leichtbaukonstruktion aus Aluminium mit einem Ziel von unter 2,0 t möglich ist.
