Ziel des Verbundvorhabens BIGBOND ist es, maritime Großstrukturen leichter und nachhaltiger zu machen, indem das Einsatzspektrum der Fügemethode Kleben durch Skalieren von Produktionstechnologie, Schaffen fertigungsgerechter Design-Standards sowie Bereitstellen von Methoden für den Entwurfsprozess deutlich erweitert wird und die Komponenten kreislauffähiger gemacht werden. Dafür werden verschiedene Aspekte des Klebens für große Strukturen in schiffbaulichen Anwendungen entwickelt, was zugleich als Wegbereiter für den flächendeckenden Einsatz von standardisierten Komponenten aus leichten, korrosionsbeständigen Faserverbundwerkstoffen gesehen wird. Die Potenziale dieser Substitution sollen im Projekt untersucht werden. Die Arbeitspakete umfassen:

• AP 1 – Methoden und Lösungen zum füge- und demontagegerechten Auslegen und Konstruieren von Großbauteilen
• AP 2 – Gestaltung, Modularisierung und Standardisierung von Leichtbauelementen sowie Process Engineering
• AP 3 – Sichere Beherrschung des Fügeprozesses bei schiffbaulichen Strukturen mit großen Dimensionen und begrenzten Aushärtezeiten
• AP 4 – Demonstration von Anwendungen inklusive Fertigung und Testen von Demonstratoren
• AP 5 – Kreislauffähige Lösungen und ganzheitliche Bewertung hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit

CMT bearbeitet in BIGBOND das Teilvorhaben „Modularisierung, Standardisierung und Process Engineering für maritime Leichtbaustrukturen“. Dort wird eine Methode zum Identifizieren besonders geeigneter Bauteilarten entwickelt und angewandt. Nach Clustern der Anforderungsklassen werden dann Werkstoffe ausgewählt und Standard-Bauteildesigns entwickelt, gefolgt vom Gestalten branchentypischer Fertigungs- und Logistikprozesse. Abschließend wird eine Gesamt-Wirtschaftlichkeitsanalyse sowohl der Standardelemente als auch der gebauten Demonstrationsanwendung vorgenommen. Weitere Beiträge des Teilvorhabens umfassen das Analysieren von Geschäftsszenarien für mögliche geschlossene Materialkreisläufe und den Dialog mit der maritimen Leichtbau-Community.

Kleben ist ein zunehmend anerkanntes Fügeverfahren insbesondere für neuartige maritime Multimaterial-Anwendungen. Um die Vorteile effizient und in Breite zu nutzen, bedarf es flexibler und automatisierter Geräte und Prozesse.
In smartBOND werden technologische und organisatorische Lösungen erarbeitet, die die Etablierung der Klebtechnik im Schiffbau durch Steigerung von Produktqualität, Produktivität sowie gesunde Arbeitsbedingungen zum Ziel hat. Hauptanforderungen sind Vielseitigkeit und Flexibilität. Das Equipment soll mit unterschiedlichsten Materialien und Klebstoffen umgehen, nicht nur in Bereichen der Vorfertigung, sondern auch in beengten Verhältnissen der Schiffsausrüstung eingesetzt werden können und unterschiedliche automatisierte Prozessschritte inklusive Vor- und Nachbereitung beherrschen. Die entwickelten Geräte sollen nach kurzer Einarbeitung sicher bedienbar sein und den Werkern harte physische oder monotone Arbeit abnehmen. Dank geringer Masse sollen die Geräte im Schiff leicht ein und umsetzbar sein. Die Prozess- und Produktqualität wird gewährleistet u. a. durch eine Online-Prozessüberwachung und -regelung, die mit Toleranzen, Temperaturschwankungen und anderen Herausforderungen zurechtkommt. Ein geeignetes Datenmanagementsystems gemäß Industrie 4.0 soll Prozessdaten in vorhandene Systeme weitergeben und ein ganzheitliches Qualitätsmanagement ermöglichen. Eine umfassende Protokollierung der Prozessparameter soll bestehende Dokumentationspflichten garantieren.

CMT leitet in smartBOND ein Teilvorhaben, das u. a. LCPA-Studien und Ablaufsimulation umfasst und widmet sich damit der ökologischen und ökonomischen Performance der Technologie sowie der Integration in den Gesamtprozess der schiffbaulichen Fertigung. Das Hinwirken auf die Berücksichtigung in Regularien soll die Zulassungsfähigkeit sicher stellen und durch Know-Transfer wird die nationale maritime Community davon profitieren.

Das Ziel des Projektes MariLightCluster ist die Stärkung des Leichtbaus im maritimen Bereich durch den Ausbau des bereits bestehenden Leichtbaunetzwerks MariLight.Net, insbesondere mit dem Fokus auf Technologieentwicklung und -transfer, sowie Entwicklung von Innovationskonzepten für den maritimen Leichtbau.

MariLightCluster soll eine Plattform für regelmäßige Netzwerktreffen zum Austausch von Wissen und Erfahrungen zum maritimen Leichtbau schaffen. Der Arbeitsschwerpunkt des Netzwerks soll auf Design, Produktion, Recyclingverfahren und Fügetechnologien für Faserverbundkunststoffe für den kommerziellen Schiffbau und die maritimen Technologien liegen. Andere Leichtbautechnologien wie metallischer Leichtbau und materialübergreifende Themen sollen ebenso berücksichtigt werden.

MariLightCluster soll die branchenübergreifende Vernetzung von Werften und Zulieferern mit Industriebetrieben, Materialherstellern und Forschungseinrichtungen, die bereits Faserverbundwerkstoffe und entsprechende Fügemethoden oder andere relevante Leichtbau-Technologien einsetzen und damit einen Beitrag zum Wissenstransfer leisten. Zusammenarbeit in Form von gemeinsamen Forschungsvorhaben sowie allgemeine Innovationstätigkeit sollen angeregt werden. Gezielte Fachveranstaltungen zur Förderung des Technologietransfers durch die Organisation von Workshops z. B. mit Experten aus Luftfahrt, Schienenfahrzeugbau, Bauwesen sollen organisiert werden.

Zur Stärkung der Leichtbau-Kompetenz und Ausbildung von Vertrauen in die Leichtbautechnologie sind die Initiierung von Arbeitskreisen zu bestimmten Fachthemen sowie die gemeinsame Analyse von Bedarfen und Identifizierung von Wissenslücken geplant. Darauf basierend soll eine strategische Roadmap für den maritimen Leichtbau entwickelt werden, um diesen den Marktanforderungen anzupassen. Innerhalb des Clusters soll der Erfahrungsaustausch zudem über die Kommunikation bspw. von Best-Practice-Beispielen verstärkt werden.

Ein allgemein bekannter Hebel zur Reduktion von CO2 bzw. der aufzuwendenden Energie zur Realisierung von Mobilität ist die Reduktion der bewegten Masse. Bei Kreuzfahrtschiffen und Schienenfahrzeugen stellen die Rohbaustruktur die mit Abstand  größte Einzelmasse dar. Ein Leichtbausystem, das zu einer Massereduktion von z. B. 20% führt, hat angewendet auf die größte Einzelmasse absolut betrachtet, den größten Reduktionseffekt. Damit ist struktureller Leichtbau als effizientes Mittel zur Reduktion der Gesamtfahrzeugmasse anzusehen. Mit diesem Vorhaben wird ein branchenübergreifend nutzbares Leichtbausystem entwickelt, mit dessen Hilfe gleichzeitig die lokale Materialausnutzung und die Effizienz in der Herstellung gesteigert werden.

Beide Branchen – Schienenfahrzeuge und Kreuzfahrtschiffe – sehen sich in einem Umfeld, in dem Leichtbau zur CO2-Minderung unumgänglich ist jedoch dafür keine erhöhten Preise am Markt durchgesetzt werden können. Aus diesem Grund ist es notwendig, ein Leichtbausystem zu entwickeln, das sicherstellt, dass einerseits in der Konstruktion Leichtbaumaßnahmen umgesetzt und andererseits gleichzeitig die Herstellkosten reduziert werden.

Durch Automatisierung reduzierte Herstellkosten sind der Schlüssel dafür, dass die Herstellung dieser Rohbaustrukturen am Standort Deutschland mittel- und langfristig möglich ist. Um dies zu erreichen, werden die folgenden Elemente mit ihren Wechselwirkungen im Leichtbausystem behandelt:

a. Konstruktive Gestaltung einer Bauweise, die

• die lokale Materialausnutzung erhöht und damit zur signifikanten Massereduktion führt,
• genügend Flexibilität unterstützt, um auf unterschiedliche Baugruppen angewendet werden zu können,
• die anforderungsgerechte Integration von Ausrüstung ermöglicht und
• eine Lösung liefert, die automatisiert herstellbar ist;

b. Entwicklung einer zu a) passenden Automatisierungslösung, die

• durch maschinengestütztes Zuführen, Positionieren, Fügen und Prüfen die Rohbau-Baugruppe herstellt,
• genügend Flexibilität im Umfeld geringer Losgrößen unterstützt, um die Anlage mittels unterschiedlicher Varianten voll auszulasten,
• den Personalkostenanteil reduziert und die Gesamtkosten senkt und im Rahmen hält;

c. Digitale Verknüpfung von Konstruktion und Automatisierungslösung, um die Grenzen der Flexibilität der Automatisierungslösung in der Konstruktion vor Augen zu haben und um Konstruktionsdaten an die Automatisierung zu übertragen.

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) 

Die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und die Minimierung der Emissionen sind für die Schifffahrt von wesentlicher Bedeutung. Um dies zu erreichen, müssen alle möglichen Wege in Betracht gezogen werden. Konventionelle Propeller haben bekanntlich einen geringen Wirkungsgrad. Auf Frachtschiffen vergeuden sie etwa 40% der Energie durch Rotationsverluste, Wirbelbildung, Lärmerzeugung, Kavitation usw. Die Rückgewinnung solcher Verluste ist einer der wichtigsten Wege, um zu einer effizienten, umweltfreundlichen Energienutzung beizutragen. Ultragroße Containerschiffe (ULCS) weisen einerseits die individuell höchste CO2-Bilanz auf, andererseits nutzen sie Größenvorteile und transportieren große Mengen an Gütern weltweit.

Das Gesamtziel des Projekts ist die Minimierung des Treibstoffverbrauchs, die Verbesserung der Manövrierfähigkeit und die Erhöhung der Navigationssicherheit durch die Einführung von drei hocheffizienten Innovationen bei ULCS: Twin-Propeller-Konfiguration, Pod-Antriebe und das Konzept der gegenläufigen Propeller. Die Kombination dieser drei Prinzipien (Twin-CRP-POD) hat ein Reduktionspotential des Treibstoffverbrauchs von bis zu 15%.

Die Forschung zu den genannten Themen wird mittels spezieller numerischer CFD-Methoden sowie Versuchen in einem modernen Schlepptank durchgeführt. Manövrier- und schiffsführungsbezogene Tests werden mit Hilfe von bemannten Modellen auf einem natürlichen See durchgeführt. Das Konsortium bilden Partner aus Industrie und Forschung mit Expertise in den Bereichen Hydrodynamik, Schiffs- und Propellerkonstruktion, Schiffsführung, Produktion sowie LifeCycle Performance.

Das CMT wird primär die Lösungen hinsichtlich technischer und technologischer Anforderungen bei der Einführung für neu zu bauende und nachrüstbare Schiffe evaluieren und Empfehlungen für die Produktionsprozesse bereitstellen. Eine Life Cycle Performance Analyse wird sicherstellen, dass die Lösung kosteneffizient für den Schiffseigner und nachhaltig für die Umwelt ist.

Gefördert durch Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im maritimen Forschungsprogramm unter MarTERA ERA-NET Kofinanzierung aus Horizon 2020

Yachtrümpfe werden heutzutage mit Spachtelmasse zum Ausgleich der Welligkeit des Stahlkaskos beschichtet. Die Schichtstärke kann bis zu 5 cm erreichen. Diese Methode wird seit vielen Jahren angewandt, weist jedoch zahlreiche Nachteile auf. Ein wesentlicher Nachteil ist die Rissanfälligkeit des ausgehärteten Spachtels, sodass es häufig zu Schäden bis hin zu flächigen Abplatzungen kommt. Dies führt zur sehr kosten- und zeitintensiven Reparaturmaßnahmen, die beim Stand der Technik als Qualitätsmängel in Kauf genommen werden müssen.

In diesem Projekt soll daher ein Prozess entwickelt werden, mit welchem Rümpfe mit Hilfe faserverstärkter Schaumplatten anstelle von Spachtel beschichtet werden, die nicht mehr den Nachteilen gespachtelter Yachtrümpfe unterliegen. Außerdem soll die Herstellung der faserverstärkten Schaumplatten in einem industriellen Prozess ablaufen und nicht händisch, wie bei der Spachtelbeschichtung (Stand der Technik). Durch die industrielle Prozessführung, die vorzugsweise außerhalb der Werftumgebung erfolgen soll, kann eine hohe Qualität der faserverstärkten Schaumplatten sichergestellt werden. Gleichzeitig muss die Yacht in der Zeit der Plattenherstellung nicht zwingend in einer Werft liegen, wodurch stets hohe Liegekosten entstehen. Weitergedacht kann die Reduktion der Liegedauer/-kosten einer Yacht in einer Werft also auch zu einer Steigerung der herstellbaren Yachten pro Jahr führen. Auf diesem Wege lassen sich die Qualität und die Lebensdauer der Rumpfbeschichtung erhöhen sowie die Herstellungs- und Lieferzeiten einer Yacht verkürzen.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer industriellen Prozesskette zur Beschichtung von Yachtrümpfen mittels modularer, faserverstärkter Schaumstoffplatten.

Aufbauten von Yachten (englisch: Deckhouse structures) bestehend aus Seitenwänden und Dach die an einem Stahlrahmen, welcher mit dem Yachtdeck verschweißt ist, angebracht sind, werden üblicherweise aus gespachtelten Aluminiumplatten hergestellt. Insbesondere das Spachteln der Aufbauten ist sehr zeitaufwendig. In mehreren manuellen Arbeitsschritten wird Primer, Grob- sowie Feinspachtel auf die Platten aufgetragen und die Oberfläche geschliffen. Anschließend erfolgt die Lackierung. Zuletzt werden Elemente wie Türen, Bullaugen, Fenster, etc. montiert. Alle o.g. Prozessschritte verlaufen i.d.R. nacheinander und am trockengelegten Schiff. Wenngleich für die Aufbauten weniger Spachtelmasse als beim Rumpf zum Einsatz kommt, beläuft sich die Spachtelschicht immer noch auf mehrere cm Dicke. In diesem Projekt soll ein Prozess entwickelt werden, mit welchem Aufbauten mit Hilfe von faserverstärkten Sandwichpaneele mit Schaumplattenkern anstelle von spachtelbeschichteten Aluminiumplatten hergestellt werden. Dabei sollen die Aufbauten im industriellen Umfeld derart fertiggestellt sein, dass die einzelnen Module nur noch am Rahmen befestigt werden müssen. Sie beinhalten dann bereits Fenster, Türen, Kabelkanäle etc. und sind fertig lackiert. Durch die Industrialisierung des Prozesses kann eine hohe Qualität sichergestellt werden. Gleichzeitig muss die Yacht in der Zeit der Paneelherstellung nicht zwingend in der Werft liegen, wodurch stand heute hohe Liegekosten entstehen. Weitergedacht kann die Reduktion der Liegedauer/-kosten einer Yacht in einer Werft auch zu einer Steigerung der herstellbaren Yachten pro Jahr führen. Auf diesem Wege lassen sich Bedarfe der Eigner (hohe Qualitätsansprüche) sowie der Eigner und Werften (schnelle Herstellungszeiten/kürzere Lieferzeiten einer Yacht) verbinden.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer industriellen Prozesskette zur Herstellung von Aufbauten mittels modularen Sandwichpaneelen.

Das Projekt AERONAUT befasst sich mit der Verbesserung der aerodynamischen Umströmung von Schiffsaufbauten mit dem Ziel den Windwiderstand während des Betriebs zu verringern und somit Treibstoff(kosten) zu sparen und Emissionen zu verringern. Dazu sollen mit Hilfe von angepassten CFD – Verfahren Grundtypen von aerodynamischen Hilfsmitteln wie Leitbleche und Spoiler entwickelt und getestet werden.

In dem dreijährigen Projekt soll die aerodynamische Umströmung von Schiffsaufbauten optimiert werden, um den Windwiderstand während des Betriebs zu verringern und somit Treibstoffkosten zu sparen und Emissionen zu verringern.

Der aerodynamische Widerstand moderner Seeschiffe ist in den letzten 20 bis 30 Jahren kaum Gegenstand von Untersuchungen gewesen. Beim Bau von Schiffen bzw. deren Aufbauten stand eine kostenoptimierte Fertigung im Vordergrund, die zu den allgemein bekannten, geometrisch einfachen Aufbauten führte. Diese haben aerodynamische Nachteile, vor allem führen sie zu einem erhöhten Widerstand und damit verbunden zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch und Emissionen. Die erhöhte Aufmerksamkeit, die Energieeffizienz und Emissionsreduzierungen in der Schifffahrt in den letzten Jahren öffentlich zukommt, erfordert es alle Einsparmöglichkeiten auszuschöpfen. Da sich durch die allgemeine Reduzierung der Transportgeschwindigkeiten („slow steaming“) auch die einzelnen Widerstandsanteile im Betrieb eines Schiffes verschieben, kommt dem Windwiderstand neben der Reibung an der Außenhaut eine wachsende Bedeutung zu.

In AERONAUT sollen aerodynamische Hilfsmittel in Form von Spoilern, Leit- und Umlenkblechen und Verkleidungen für verschiedene Konfigurationen von Schiffsaufbauten entwickelt und für den praktischen Gebrauch optimiert werden. Für die konstruktive Umsetzung der Anbauteile mit modernen Faserverbundwerkstoffen werden neben Festigkeitsfragen auch die Baubarkeit und die Installation der Anbauteile auf einem existierenden Schiff untersucht. Prototypen werden an Bord eines Schiffes des Reedereipartners installiert und getestet. Mit vorhandenen Monitoring-Systemen sollen dann Vergleichsmessungen im Betrieb des Schiffes durchgeführt werden. Mit AERONAUT betritt die deutsche maritime Industrie Neuland, das zukünftig ein erweitertes Geschäftsfeld eröffnen kann.

Das CMT widmet sich in Übereinstimmung mit dem Leitantrag und dem Gesamtarbeitsplan den folgenden Arbeitspunkten:

– Definition von geeigneten Aufbaumodellen und deren Anforderungen;

– Design und Optimierung von aerodynamischen Anbauteilen für Festigkeit und Produktion;

– Integrierte Simulationsberechnung für Festigkeit und Produktion in Hinblick auf Standardisierung und Fertigbarkeit;

– Unterstützung beim Bau und Auslegung des Prototypen;

– Mitarbeit bei der Validierung.