Ein Sandwich auf Reisen

Schiffe müssen viel aushalten, da bleibt kein Platz für Romantik auf den massiven Stahlkolossen. Aggressives Salzwasser nagt am Schiffsrumpf. Die Gischt hoher Wellen fegt über das Deck. Nässe dringt in jede Ritze. Die Decks von Fähren ächzen unter der Last tonnenschwerer Lkw. Massige Container schrammen die Wände der Laderäume entlang. Und bei Anlegemanövern stecken die stählernen Riesen so manchen Stoß an der Kaimauer ein. Da müssen sich Schiffbauer einiges einfallen lassen. Einen interessanten Weg beschreitet eine Neuentwicklung der BASF-Tochtergesellschaft Elastogran mit einem neuartigen Verbundsystem aus Stahl und Kunststoff, das Schiffe stabiler und langlebiger machen soll ¿ und das sogar zu geringeren Kosten. Experten trauen dem innovativen Sandwich-Plate-System (SPS) zu, die klassischen Stahlkonstruktionen im Schiffbau völlig abzulösen.

Das Wort ¿Sandwich¿ ist Programm: Zwei Schichten aus Stahl werden durch eine Füllung aus Kunststoff fest verbunden. Dieser Kern besteht aus einer speziellen Mischung des Kunststoffs Polyurethan (PUR), er ist gleichzeitig extrem haltbar und elastisch. Das soll die SPS-Bauteile viel belastbarer als bisher verwendete Stahlkonstruktionen machen. Durch diese Bauweise sind die SPS-Schiffe leichter, und das Material hat eine längere Lebensdauer. Außerdem sinken die Kosten für Reparaturen, Wartung und Neubau von Schiffen aller Klassen.

Kilometerlange Schweißnähte

Bei der traditionellen Bauweise bestehen Rumpf und Decks typischerweise aus Stahlplatten, die etwa ein bis zwei Zentimeter dick sind. Sie müssen mit aufgeschweißten Versteifungsleisten stabilisiert werden. Rund 60 Kilometer Schweißnähte ziehen sich allein entlang der Wände eines mittelgroßen Tankschiffs. Das verursacht erhebliche Arbeits- und Materialkosten beim Bau und beim Reparieren. Außerdem sind die Schweißnähte Schwachstellen im nassen Alltag, denn sie rosten als Erstes und sind damit anfällig für Ermüdungserscheinungen.

SPS ist diesen Stahlkonstruktionen in vielen Punkten überlegen: Das System ist so stabil, dass die Anzahl der Versteifungselemente drastisch reduziert werden kann. Bis zu 50 Prozent der aufwendigen Schweißarbeiten entfallen. Die Konstruktion wird einfacher und kostengünstiger und ist dabei gleichzeitig widerstandsfähiger im Vergleich zu den konventionell gebauten Modellen.

Geeignet ist die SPS-Bauweise laut Dr. Jens Dierssen, SPS-Experte bei der BASF-Kunststofftochter Elastogran für Schiffe aller Art. Rund 87 000 Frachter, Tanker und Kreuzfahrtschiffe befahren derzeit die Weltmeere, jährlich werden 2000 große Schiffe neu gebaut. ¿Ein vielversprechender Markt, und der Nutzen für die Umwelt und die Sicherheit auf See ist enorm¿, meint Dierssen.

So einfach wie Teppichverlegen

Bei Reparaturen von verschlissenen Decks werden weitere Pluspunkte von SPS deutlich. ¿Das geht so einfach und schnell wie Teppiche verlegen¿, erklärt Dierssen. Während bei der konventionellen Methode das alte Deck zeitaufwendig entfernt werden muss, bleibt mit SPS das alte Schiffsdeck erhalten. Es wird lediglich gereinigt, es werden Rahmen aufgesetzt, und darauf wird eine neue Decksplatte aufgeschweißt. Der Raum zwischen den Stahlplatten wird anschließend mit dem PUR-Elastomer gefüllt. ¿Das funktioniert im Prinzip wie bei einem Zwei-Komponenten-Kleber¿, beschreibt Dierssen, ¿direkt vor Ort mischen wir die zwei flüssigen Ausgangsstoffe und spritzen sie mit einem Druck von 150 bar in den Hohlraum.¿ Innerhalb weniger Stunden härtet der Kunststoff aus und gibt dem Deck eine neue Stabilität. Statt wie bisher 20 Quadratmeter, werden mit SPS bis zu 200 Quadratmeter Decksfläche pro Tag erneuert. Der Vorteil: deutlich verringerte Liegezeit im Reparaturdock ¿ bares Geld für die Schiffseigner. Die britische Reederei P&O hat davon schon bei der Überholung der Decks von vier Fähren profitiert.

Hart und doch elastisch

Die Sicherheit von Ölplattformen und Eisbrechern zu verbessern ¿ das war das ursprüngliche Ziel von Stephen und Michael Kennedy aus Kanada. Ihr Unternehmen Intelligent Engineering Ltd. entwickelte gemeinsam mit der BASF-Tochter Elastogran die innovative SPS-Technik. Michael Kennedy: ¿Wir benötigten einen Kunststoff, der sich gut mit Stahl verbinden lässt und den großen Beanspruchungen gewachsen ist.¿ Mit der Elastogran fanden die Kanadier einen kompetenten Partner. Die Spezialisten der BASF mischten die optimale PUR-Rezeptur für ein belastbares und stoßfestes Sandwich. Dessen Kunststoffkern ist extrem fest, aber doch so elastisch, dass er auch nach jahrelangem Einsatz auf See nicht brüchig wird.

Nicht nur der Schiffsbau profitiert

Mit speziellen Belastungstests simulieren die Werkstoffforscher mögliche Schiffskollisionen. Das Resultat: SPS-Elemente verteilen und dämpfen die Wucht eines Aufpralls gut und gleichmäßig. Wo die üblichen Stahlplatten leck schlagen, zeigen die mit Kunststoff verstärkten Wände nur geringe Schäden und Verformungen.

Der Kunststoff in den SPS-Wänden und -Böden bringt noch weitere Vorteile mit sich: Er dämmt gut gegen Hitze und macht sich so beim Brandschutz bezahlt. Außerdem dämpft SPS die Vibrationen im Schiffsrumpf ab. Das wirkt einerseits einer Materialermüdung entgegen, andererseits steigert es den Komfort ¿ interessant zum Beispiel für Kreuzfahrtschiffe.

Die Vorteile der SPS-Bauweise kommen jedoch nicht nur im Schiffbau zum Tragen, sondern lassen sich beispielsweise auch beim Bau von Brücken und Sportstadien nutzen. Von der besseren Schwingungsdämpfung könnten alleinin den USA Tausende von Brücken profitieren. Michael Kennedy ist sicher: ¿Wir stehen an der Schwelle zu einer neuen Epoche im gesamten Stahlbau.¿

Stefan Graf

Links: http://www.basf.de