Laser-Leichtbau im Schiffbau

Genaufertigung, die ihren Namen verdient

Was dem Automobilbau recht ist, kann dem Schiffbau nur teuer sein. Eine Hamburger Schiffswerft geht ganz neue Wege im Schiffbau und wagt sich sich an bisher unerreichte Toleranzen. Daß Schiffbau sich im Zentimeterbereich abspielt gehört seit dem Einsatz einer Laserschweiß- und Schneidanlage entgültig der Vergangenheit an. Hier bleiben die Fügespalte bei 12-Meter-Bauteilen unter 3/10 mm ! Doch das ist nicht alles, denn neue Techniken specken die „dicken Pötte“ erheblich ab - Leichtbau im Schiffbau -, denn auch hier gilt leichter, schneller, ressourcenschonender...

26. März 2002

Not macht erfinderisch, diese Binsenweisheit paßt sicher auch in diesem Fall. Wenn etwa Korea zum größten Schiffbauer der Welt avanciert, dann haben viele europäische Schiffbauer nicht mehr viel Wasser unter dem Kiel. Die Blohm + Voss GmbH, Hamburg machte aus der Not eine Tugend und ging völlig neue Wege. Wer in Europa produzieren möchten, kann dies nur durch Automation und Innovation konkurrenzfähig tun. Der Geschäftsführer der High-Tech-Werft, Dipl.-Ing. Herbert von Nitzsch skizziert kurz die Ausrichtung der Werft. „Hier arbeiten etwas über tausend Mitarbeiter und davon sind nur etwa ein Drittel in der Produktion tätig. Die Majorität der Belegschaft aber bilden die Ingenieure aus den verschiedensten Fachbereichen. Diese stark kopflastige Ausrichtung zeigt, wo der Weg im Schiffbau hingeht - Innovation und Hochtechnologie. Blohm + Voss ist eher ein Installationsbetrieb als ein Produktionsbetrieb. Die Flachbauteile werden selbst hergestellt, während die Ausrüstungskomponenten von Zulieferern kommen. Es handelt sich hier also um eine selektive Produktion“. Dies erinnert stark an den Automobilbau, der ja schlechthin als der Technologievorreiter in der Industrie gilt. Nun erobern auch im Schiffbau neue Verfahren das Terrain und erhöhen die Produktion bei einem gleichzeitig minimalen Personalaufwand.

Über 200 Km Laserschweißnaht pro Schiff

Dipl.-Ing. Thomas Minks hat bei seiner Einführung schon einige Eckdaten genannt. „Mit dem Laserschweiß- und Schneidanlagen-Hersteller wurde eine Anlagenverfügbarkeit von 92 Prozent vereinbart. Diese Vereinbarung wurde erfüllt. Die Investitionskosten der Laserschweiß- und Schneidanlage beliefen sich auf 16 Millionen Mark. Seit Februar läuft die Produktion auf dieser im Schiffbau weltweit einzigartigen Anlage. Aber nicht nur das Schweißen mittels Laser, sondern auch das Laserschneiden und -markieren läuft auf dieser hochflexiblen Anlage. Die Fertigung von komplexen Bauteilen hat sich durch die hohe Genauigkeit der lasergeschweißten Flächenbauteile stark vereinfacht. Richtarbeiten, die bei herkömmlicher Bauweise durchaus bis zu 25 Prozent des Gesamtaufwandes im Stahlschiffbau betrugen, gehören der Vergangenheit an. Bauteilfamilien und die kompletten - geraden - Innenstrukturen, die rund 80 Prozent aller Stahlbauteile eines Schiffes ausmachen, werden inzwischen lasergeschweißt. Dies bedeutet pro Schiff potentielle Laserschweißnähte von über 200 km und Flächen von 60.000 Quadratmetern !“

Zertifiziert vom Germanischen Lloyd

„Hier wird nicht in einer Fertigungslinie gearbeitet, sondern im Kreisverkehr wobei zwei Bahnen zum Ausfädeln der Paletten vorgesehen sind. Blechstärken bis 3 Millimeter hinunter schweißen die beiden 12-kW-CO2-Laser mit Fügespaltabweichungen von unter 3/10 Millimetern bei einer Bauteillänge von zwölf Metern ! Die maximale Bauteilgröße kann 4 x 12 Meter betragen bei einem Gewicht bis 9 Tonnen. T-Stöße werden simultangeschweißt. Dabei wird ein Vollanschluß erreicht (Tiefschweißeffekt), während konventionelle Kehlnähte nur die Eckpunkte verbinden. Die I-Nähte werden mit Zusätzen geschweißt. Eine weitere Optik erlaubt das Schneiden, eine andere den 20 mm breiten Abtrag der Beschichtung der Stahlbleche. Die Lasertechnologie zeichnet sich durch Schnelligkeit und hohe Genauigkeit aus. Durch die schmale Nahtgeometrie, ergo den geringen Wärmeeintrag verziehen sich die Bauteile minimalst und hier ist der große Vorteil der Laseranlage, denn es können auch Baugruppen verschweißt werden, ohne Richtarbeiten, da die Bauteile nach dem Schweißen gerade bleiben“, so Thomas Minks weiter. „Die Sicherheit und Qualität der Naht wird durch Röntgen und/oder Ultraschall gewährleistet. Laserschweißnähte wie I-Nähte für 3- bis 8-mm-Bleche und T-Stöße für 4- bis 10-mm-Bleche wurden vom Germanischen Lloyd zertifiziert und damit sind wir die erste Werft der Welt die durch den Germanischen Lloyd zertifiziert wurde“, fügt Thomas Minks nicht ohne Stolz hinzu.

Die verborgenen Laser

Halle 3 läßt sich nur mit einem Schlüssel öffnen. Dipl.-Ing. Alfred Kahl, der Direktor der Fertigung öffnet die Halle, wo sich auf 1500 Quadratmetern das Kernstück der neuen Technologie befindet. Hier, wo absolutes Fotografierverbot herrscht, wo mancher Wettbewerber sich gerne Klarheit verschaffen würde, arbeiten in einer Schicht lediglich fünf Leute - davon zwei an der Laseranlage. Derzeit wird ein Zweischichtbetrieb gefahren, doch die Ausbildung der jungen Schiffbauer läuft auf Hochtouren, um die 3. Schicht sicherstellen zu können. „Die jungen Leute wollen unbedingt in Halle 3 arbeiten und lernen“, so der Direktor der Fertigung. „Hier können Sie sehen, daß auch der Schiffbau mit modernsten Technologien aufwarten kann und wir uns keineswegs vor anderen High-Tech-Industrien verstecken müssen.“ Wenn man die Fertigungstoleranzen der hier gefertigten Flächenbauteile betrachtet, ist, was im Schiffbau Genaufertigung genannt wird, hier sicher extragenau. Des Pudels Kern sind zwei 12-kW-Laserstrahlquellen von Trumpf, Ditzingen, die über dem Leitstand der Anlage trohnen. Im Leitstand selbst werkt Thyssen-Lasertechnik, Aachen, in der Prozeßüberwachung, und Siemens-Technik übernimmt die Steuerung und Datenspeicherung. Die Generalunternehmerschaft dieser Gesamtanlage unterlag der Messer igm Robotersysteme AG Steigerwald Strahltechnik aus Puchheim und dieses Unternehmen war der einzige Ansprechpartner für Blohm + Voss.

Just-in-time-Fertigung im Schiffbau

Im Wesentlichen läßt sich der Ablauf wie folgt beschreiben. Die bereits beschichteten Stahlplatten und Profile werden an der Schweißkante befräst, gekennzeichnet und anschließend abgelängt. Dann werden die so vorbereiteten Stahlbleche und Profile in einem Magazin in der richtigen Reihenfolge abgelegt, so daß sie dann bei Bedarf auf einen der beiden fahrbaren Schweißpaletten, dem sogenannten Shuttle, aufgespannt werden können. Diese Bauteile werden also „just in time“ dem Laserschweißen zugeführt. Vor dem Schweißen wird die Beschichtung durch einen 20 mm breiten Laserstrahl an den Stellen entfernt, wo hinterher die Schweißnaht verlaufen soll“, so der Fertigungsleiter Alfred Kahl. Auch die Spanntechnik ist sehr ausgeklügelt. Die vorbereiteten, senkrecht aufgestellten Profile werden nur an ihren Enden gehalten, also nicht festgespannt und geheftet ! Wenn der Shuttle in Längsrichtung unter das Schweißportal fährt, wird das senkrecht stehende Profil von einem sogenannten Spannmanipulator erfaßt, geführt und gehalten. Diesem Spannmanuipulator folgt die Laserschweißeinrichtung. Manipulator und Schweißeinrichtung fahren am Schweißportal in Querrichtung, also über die Werkstückbreite. Sobald der Spannmanipulator am Ende des aufgesetzten Profils angekommen ist, löst er automatisch die Endhalterung. So entstehen Schritt für Schritt Plattenfelder und dann durch Schweißen der längsversteifenden Profile das sogenannte Schiffbaupaneel. „Die Konstrukteure müssen dazulernen. Die Konstruktion beruht auf einem Rastermaß von 25 mm. Durch die neue, andere Art der Fertigung bedarf es einer Neuausrichtung der Konstruktion. Dies ist ein Lernprozeß, in dem wir gerade stehen“, betont Alfred Kahl.

Schweißen & Schneiden

Beim Schweißen wird der Laserstrahl über Spiegel zum Werkstück geleitet, wobei der letzte Spiegel der Optik den Strahl fokussiert, der dann auf die Metalloberfläche auftrifft. Dort tritt punktuell die Verdampfungstemperatur auf, und dort bildet sich im Werkstück eine Dampfkapillare. Durch den nach oben austretenden Metalldampf dringt der Laserstrahl tiefer ein und weiteres Material verdampft. Der wesentliche Teil der Schmelze umströmt die durch die Fügezone bewegte Kapillare und bildet beim Erstarren die Schweißnaht. Beim Laserstrahl-Schmelzschneiden wird der Laserstrahl je nach Brennweite auf 0,1 bis 0,3 mm Durchmesser fokussiert. Das schmelzflüssige Material wird mittels eines Schneidgasstrahles aus der Schnittfuge getrieben. Die Schnittspaltbreite beträgt unter 0,3 mm!

Herausforderung angenommen

Mutige Schritte erfordern mutige Menschen, und nur aufgrund deren beharrlichen Wirkens ist Fortschritt möglich. Blohm + Voss hat das Glück, engagierte Mitarbeiter zu beschäftigen, die bereit waren, alte Konzepte über den Haufen zu werfen und Neuland zu betreten. Genaufertigung im Schiffbau muß nun neu definiert werden.

Erschienen in Ausgabe: 08/2001