Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Problemstellung
Derzeit existieren bereits einige Ansätze für eine emissionsarme Schifffahrt mittels maritimer Elektromobilität. Diese sind allerdings stets auf einen bestimmten Anwendungsfall zugeschnitten, sodass eine Adaption der Lösungen auf andere Einsatzfelder nur unter Einschränkungen möglich ist. Bereits in der Designphase ist die Effizienz der späteren Elektroschiffe zu berücksichtigen. Die Optimierung der hydrodynamischen Eigenschaften durch Anpassungen des Schiffdesigns ist bei der Reduktion des Energiebedarfs ebenso wichtig wie der konsequente Einsatz von Leichtbaumaterialien und neuen Füge- und Fertigungsmethoden. Individuelle Anpassungen der Rumpfform, die Verwendung adaptiver Foil-Systeme, die Fertigung des Rumpfes und der Schiffsaufbauten aus Leichtbaumaterialien und die damit verbundene immense Anzahl von Fügeoperationen zwischen Multi-Material-Verbindungen sind aktuell ebenso langwierige und kostenintensive Verfahren wie die Qualifizierung der Strukturen für eine Schiffszulassung. Im VP3 sollen die Bereiche Schiffsdesign, Schiffskonstruktion, Leichtbau, Fertigung und Montage den Herausforderungen auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik begegnet und adaptive Leichtbaulösungen entwickeln, die mit geringem Aufwand und ohne erneute Zulassung auf den Anwendungsfall angepasst werden können.
Zielsetzung und Lösungsweg
Die übergeordnete Zielstellung der Teilthemen im Verbundprojekt 3 „Elektro-Schiff“ ist die Entwicklung innovativer Leichtbaulösungen für die maritime Elektromobilität. Innerhalb mehrerer Kompetenzfelder werden mit den Projektpartnern Lösungen für verschiedene Problemstellungen im Design und der Fertigung von Elektroschiffen erarbeitet. Mit dem Einsatz innovativer Fügetechnologien wird die Nutzung moderner Multi-Material-Rümpfe unter Berücksichtigung fertigungsspezifischer Rahmenbedingungen ermöglicht. Hierbei werden ebenfalls bestehende Fertigungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffe wie die Prepreg-Technologie an ein schiffbauliches Umfeld zur Herstellung großer Leichtbaustrukturen sowie moderner Multi-Hull-Rümpfe adaptiert und entsprechende prozess- und materialseitige Grundlagen geschaffen. Zur weiteren Effizienzsteigerung wird eine Technologie für instrumentierte, adaptive Hydrofoils entwickelt, um den Fahrwiderstand des Schiffes zu senken. Weiterhin ist für Schiffsauf- und Einbauten eine Baumethodik zum Aufbau von Leichtbaumodulen für E-Schiffe aus teilautomatisiert gefertigten Standardkomponenten zu entwickeln. Ein weiteres Kernziel bildet die Entwicklung einer Methodik zur Gestaltung und strukturellen Auslegung brandgeschützter Schiffsstrukturen in Composite-Bauweise sowie die Entwicklung strukturintegrierter Funktionsdetails zur Vorausrüstung und Montage. Über die gesamte Prozesskette hinweg soll mit einer Technologie zur Digitalisierung die Composite-Fertigung im maritimen Umfeld optimiert werden.
Nutzen
Durch die neuen und weiterentwickelten Design- und Fertigungslösungen wird der Leichtbau von elektrisch betriebenen Schiffen weiter vorangetrieben und somit der Weg zur emissionsfreien urbanen Mobilität auf dem Wasser geebnet. Mithilfe des Einsatzes von für den Schiffbau neuen Materialien, Fertigungsverfahren und alternativer Fügetechnologien wird die Elektromobilität im Schiffbau attraktiver gemacht. Es entsteht ein umgreifender Einsatz der elektrisch betriebenen Schifffahrt. Schiffe bewegen sich dank adaptiver Hydrofoils, flächigen Leichtbauaufbauten und moderner Multi-Hull-Rümpfe effizienter und somit kosten- und emissionsärmer über das Wasser. Ein größerer Einsatz elektrisch betriebener Schiffe kann den Stadtverkehr von der Straße auf das Wasser bringen und so einen Großteil der verkehrsbedingten Schadstoff- und Lärmemissionen in den Städten beseitigen.
