Laser-hybridgeschweisste achteckige Hohlprofile für den Teleskopmast eines Zugdrachens
Ein Ansatz zur Senkung des Treibstoffverbrauchs grosser Schiffe und Containerschiffe nutzt einen Zugdrachen, der Windenergie einfängt; ein Teleskopmast an Deck dient dabei als Start- und Bergeturm. Wird der Drachen ausgebracht, fährt der Mast vollständig aus, bei Nichtgebrauch fährt er wieder ein. Für ein Projekt mit Bestimmungsort Deutschland erforderte der Bau dieses Masts einen Satz massgeschneiderter Hohlprofile: ineinander geschachtelt, jedes in einer anderen Grösse, alle mit individueller achteckiger Geometrie und alle aus speziellem Schiffbau-Kohlenstoffstahl. Die Profile mussten steif genug für einen sicheren Betrieb unter Last, aber so leicht wie möglich sein, um das Schiff nicht zu überlasten.
Steifigkeit, geringes Gewicht und extrem enge Toleranzen
Ein Teleskopmast stellt widersprüchliche Anforderungen an seine Struktur. Er muss steif genug sein, um die mechanischen Lasten beim Ausbringen und Bergen des Drachens aufzunehmen, doch jedes zusätzliche Kilogramm erhöht das Topgewicht des Schiffs, sodass die Konstruktion innerhalb der Steifigkeitsvorgabe so leicht wie möglich sein musste. Da die Profile ineinandergreifen und der Mast reibungslos aus- und einfahren muss, waren die Masstoleranzen extrem eng: Jede Abweichung der Querschnittsgeometrie hätte die mechanische Funktion direkt beeinträchtigt. Die Spezifikation verlangte zudem ein individuelles achteckiges Profil, das keine Standardkatalogform ist, sowie den speziellen Schiffbaustahl D36, eine für den Schiffbau zertifizierte Güte.
Achteckige D36-Profile von 800×800 mm bis 180×180 mm im Laser-Hybrid-Schweissverfahren
Es wurde ein Satz achteckiger Hohlprofile aus Schiffbaustahl D36 gefertigt, vom grössten Segment mit 800 x 800 mm bis zum kleinsten mit 180 x 180 mm Aussenmass. Jedes Profil wurde durch Laser-Hybrid-Schweissen mit 3D-Lasertechnologie gefügt. Das Laser-Hybrid-Schweissen verbindet die tiefe Einschweissung und den geringen Wärmeeintrag des Laserschweissens mit der Spaltüberbrückbarkeit des Lichtbogenschweissens und erzeugt so fehlerfreie Nähte mit minimalem Verzug und guten mechanischen Eigenschaften über die gesamte Verbindung. Beide Eigenschaften, Nahtintegrität und Formstabilität, waren entscheidend, damit die Profile in einem präzisen Teleskopmechanismus einwandfrei funktionieren.
Anwendungskontext
Dieses Projekt gehört zum Segment Schiffbau und Maritimes von Montanstahl, in dem lasergeschweisste Sonder-Hohlprofile für präzise Tragwerksanwendungen auf Schiffen und Offshore-Anlagen eingesetzt werden. Ein Zugdrachen-Antriebsmast ist ein gutes Beispiel: Er muss strukturelle Leistung mit engen Masstoleranzen über eine Reihe von Profilgrössen hinweg verbinden, und das in einem zertifizierten Schiffbaustahl. Individuelle Hohlprofile wie diese werden nach Kundenkonstruktion gefertigt und weltweit an Werften, Hersteller maritimer Ausrüstung und Schiffsbetreiber geliefert.