Böden für Schiffe

Gewichtseinsparpotenzial schwimmender Boden

Zur Untermauerung des oben genannten Business Case über Gewichtseinsparungen, reduzierten Kraftstoffverbrauch und CO2-Fußabdruck zu untermauern, hat Sika bei GSR Services eine unabhängige Studie zu diesen Daten in Auftrag gegeben. Die Studie vergleicht zwei verschiedene Sikafloor® Marine-Schwimmbodensysteme beim Einsatz in einem großen Kreuzfahrtschiff-Neubau. Die GSR Services GmbH verglich die Sikafloor® Marine Litosilo Steel, das ein Gesamtgewicht von 48,1 kg hat, mit dem Sikafloor® Marine UL-FF 2.

1. KRAFTSTOFFEINSPARUNG MGO (MARINE GASÖL) (GSR-STUDIE)
Vergleicht man die installierte Leistung mit dem entsprechenden Kraftstoffverbrauch pro Segeltag, so ergibt sich ein täglichen MGO-Verbrauch von ca. 257 Tonnen mit dem konventionellen schwimmenden Boden System. Mit dem neuen schwimmenden Bodensystem UL FF-2 entspricht eine Reduzierung von 0,41% einer Einsparung Einsparung von etwa 1,05 Tonnen MGO-Kraftstoff pro Tag (oder 383 Tonnen/Jahr – abhängig von
Segeltagen). Bei einem MGO-Preis von 1.100 $/t zum Zeitpunkt der Datenerhebung entspricht dies einer täglichen Einsparung von 1.158 $ (bis zu 422.670 $/Jahr – abhängig von den Segeltagen).

2. TREIBSTOFFEINSPARUNG LNG (GSR-STUDIE)
Der spezifische Kraftstoffverbrauch einschließlich der Betriebspumpen für einen vollen Segeltag ergibt sich ein täglicher LNG-Verbrauch von ca. 194, eine Reduzierung von 0,41% der installierten Leistung spart ca. 0,8 t LNG pro Tag (ca. 292 t/Jahr – abhängig von den Segeltagen). Bei einem LNG-Treibstoffpreis von 3000$/t zum Zeitpunkt der Datenerhebung¹ entspricht dies einer täglichen Ersparnis von 2.389 $ (bis zu 871.985 $/Jahr – abhängig von den Segeltagen). Es ist zu beachten, dass LNG-Bunker in verschiedenen Qualitäten erhältlich sind, was sich im “niedrigeren Heizwert” widerspiegelt, der bei der Berechnung berücksichtigt wurde.

¹ www.shipandbunker.com, 05.08.2022

Schwimmender Boden – Ultra-Light Floating Floor (ULFF )

Ein „schwimmender Fußboden“ ist ein Fußboden, der auf einer Isolierung angebracht ist und keine feste Verbindung mit dem Aufbauten eines Schiffes, d. h. Rohrdurchführungen, Säulen, Fundamente für Maschinen usw. müssen vom Bodensystem getrennt werden. Die akustische Leistung ergibt sich aus dem Masse-Feder-Konzept, bei dem die Dämmung die Feder und die Deckschicht die Masse ist.

Das schwimmende Bodensystem Sikafloor®Marine Ultra-Light floating floor gibt es in zwei verschiedenen Ausführungen, die sich nur durch die Art der unter dem schwimmenden Boden verwendeten Dämmplatte. Beide Versionen haben ein A60-Zertifikat, wenn sie mit einer Dicke von
50 mm oder mehr und können beide mit den speziellen viskoelastischen Lösungen von Sika verlegt werden.

Der brandneue Sikafloor® Marine Ultra-Light Floating Floor basiert auf einer hochentwickelten, wiederverwendbaren Technologie, die es in der Schifffahrtsbranche noch nie gab.

Für eine optimale Schalldämmung sind folgende Alternativen möglich:

Mehr Informationen auf der Sika Homepage.

Geständerte Böden und Podeste im Schiffbau

Metawell®-Platten sind durch ihre hohe Biegesteifigkeit und ihren reinmetallischen Aufbau ideal für den Einsatz als geständerte Böden. Abhängig von den Anforderungen an die Druckfestigkeit der Deckbleche durch Punktlasten und das maximal zulässige Gesamtgewicht der Konstruktion werden unterschiedliche Metawell^®-Platten eingesetzt.

Das abgebildete Beispiel zeigt eine typische Bodenkonstruktion mit einer Metawell^®-Platte. Üblicherweise werden durch eine Metawell^®-Platte mehrere Rasterfelder der Unterkonstruktion abgedeckt, so dass sich eine Reduzierung des Zeit- und Montageaufwandes ergibt.

Randbedingungen:

• Druckfestigkeit / Bodenbelag
• Lastannahme
• Rasterweite der Unterkonstruktion
• Auflagerung der Platten
• Grenzwerte für Durchbiegung

Druckfestigkeit und Biegesteifigkeit

Die erforderliche Druckfestigkeit und Biegesteifigkeit der Bodenplatten ist stark von den Nutzungsbedingungen und dem vorgesehenen Bodenbelag abhängig.

Demnach wird der Plattentyp Alu hl 10-03-10 hl / H11,5 für Bodenbereiche mit entsprechend tragfähigen Belägen (z.B. Parkett) verwendet und der Plattentyp Alu hl 10-03-10 hl / H6 für Bodenbereiche mit dünnen Belägen (z.B. Teppich).

Lastannahmen

Bodenplatten werden im Allgemeinen auf Grundlage von Flächenlasten ausgelegt. Als Standard haben sich dabei Lasten von 300 kg/m² und 500 kg/m² herausgebildet.

Die Betrachtung reiner Flächenlasten reicht in der Praxis jedoch oft nicht aus, da das subjektive Empfinden des „Benutzers” eine große Rolle spielt. Um die Realität ausreichend genau zu modellieren, müssen auch Punktlasten in Plattenmitte untersucht werden, wie sie z.B. durch das Betreten der Platte entstehen.

Die Belastung durch eine Punktlast in Plattenmitte stellt in der Regel den ungünstigsten Belastungsfall dar.
Für einen Dimensionierungsansatz werden folgende Lasten angenommen:

• Flächenlast 300 kg/m²
• Punktlast 100 kg mittig

Andere Lasten können bei Bedarf durch Umrechnung untersucht werden. Die Punktlast wird dabei nicht als reine Punktlast simuliert, sondern auf einen Durchmesser von 60 mm verteilt (Schuhaufstandsfläche). Aufbauten und Mobiliar sollten direkt an der Unterkonstruktion befestigt werden, damit punktförmige Lasteinleitungen in die Platten vermieden werden.

Rasterweite der Unterkonstruktion

Die Rasterung der Unterkonstruktion ist von der maximal zulässigen Durchbiegung, dem zulässigen Biegemoment, den bauseitigen Gegebenheiten und einem möglichst verschnittfreien Plattenformat abhängig. Im Folgenden wird bei den Rasterungen der Tragkonstruktion deshalb von Plattenbreiten ausgegangen, die möglichst verschnittfrei aus Metawell^®-Platten hergestellt werden können, wobei selbstverständlich auch rechteckige Raster zum Einsatz kommen können.

Auflagerung der Platten

Eine absolut feste Einspannung der Platten (Fall A) ist bei Bodenkonstruktionen nur theoretisch zu erreichen.
In der Praxis kommt der Auflagerfall selbst bei Verschraubung am Plattenrand eher der verdrehbaren Platte nahe (Fall B).
Bei den weiteren Betrachtungen sollte man sich am Modell „verdrehbarer Plattenrand” orientieren. Man liegt dann mit diesem Modell bezüglich der Durchbiegung auf der „sicheren Seite”. Falls eine Platte mehrere Felder abdeckt, verringert sich die Durchbiegung um ca. 10 bis 20 %.

Grenzwerte für Durchbiegungen

Bodenplatten werden üblicherweise gegen folgende Grenzwerte dimensioniert:

• Durchbiegung < 0,5 % der kleinsten Seitenlänge (L/200) bzw.
• Durchbiegung < 1,5 mm

Der jeweils kleinere der beiden Werte sollte als maximal zulässige Durchbiegung angesetzt werden, damit ein Nachgeben der Platten nicht spürbar ist.

Auslegungsbeispiele

Bei den folgenden beiden Auslegungsbeispielen soll auf zwei immer wieder auftretende Standard- fälle eingegangen werden:

• Boden mit Flächenlast von 300 kg/m²
• Boden mit Flächenlast von 500 kg/m²

Da die Lasten linear in die Plattendurchbiegung eingehen, ist eine Hochrechnung auf von den Diagrammen abweichende Lasten problemlos möglich. Für andere Rasterbreiten sollte jedoch Rücksprache mit dem Werk gehalten werden. Bei beiden nachfolgend beschriebenen Anwendungs- fällen wurde von einer verdrehbaren Auflagerung ausgegangen, da dieser Fall der Realität näher kommt als die nicht verdrehbare Auflagerung. Die ermittelten Durchbiegungen liegen somit auf der „sicheren Seite“. Es sind keine weiteren Sicherheitsbeiwerte enthalten.

Auslegungsbeispiel 1

Für einen geständerten Boden mit Teppich sind folgende Randbedingungen gegeben:

• Last: Flächenlast 300 kg/m²
• Belag: Teppich (ca. 6 mm)
• Rasterweite: 500 x 1000 mm
• Auflagerbreite: 25 mm
• Durchbiegung: < 1,5 mm

Die Druckfestigkeit des Bühnenbodens ist bei der Belegung mit Teppich lediglich vom Boden- plattentyp abhängig. Aufgrund der zu erwartenden Punktlasten (z.B. Stöckelabsätze) wird der Plattentyp Metawell^® Alu hl 10-03-10 hl / H6 mit erhöhter Druckfestigkeit gewählt. Mit dem gewählten Plattentyp in den Abmessungen 1500 mm x 3000 mm können neun Rasterfelder abgedeckt werden. Nach dem Durchbiegungsdiagramm für Metawell^® Alu hl 10-03-10 hl / H6 bei einer Rasterbreite von 500 mm ergibt sich eine Durchbiegung von ca. 1,1 mm für eine Flächenlast von 300 kg/m². Aufgrund der Stützwirkung der seitlich angrenzenden Plattenfelder dürfte die tatsächliche Durchbiegung noch geringer ausfallen.

Auslegungsbeispiel 2

Für einen Boden mit Parkett gelten folgende Bedingungen:

• Last: 500 kg/m² Flächenlast
• Belag: Parkett (Ausführung offen)
• Rasterweite: 750 x 750 mm
• Auflagerbreite: 25 mm
• Durchbiegung: < 1,5 mm

Die Druckfestigkeit des Bodens wird über den Parkettboden sichergestellt. Aus diesem Grund kann der Plattentyp Metawell^® Alu hl 10-03-10 hl / H11,5 verwendet werden. Der Traganteil durch die Biegesteifigkeit des Parketts wird für die Auslegung vernachlässigt – hier ist eine rechnerische Aussage außerordentlich schwierig -, d.h. die Auslegung erfolgt auf alle Fälle auf der „sicheren Seite“. Für 500 kg/m² Flächenlast liegen keine Kurven vor, die Durchbiegung kann aufgrund des linearen Einflusses der Last aber mit dem Faktor 500/300 hochgerechnet werden. Aus dem Durchbiegungsdiagramm für Alu hl 10-03-10 hl / H11,5 ergibt sich für eine Raster- breite B von 750 mm und eine Rasterlänge L von 750 mm eine Durchbiegung von ca. 0,6 mm (Flächenlast 300 kg/m²). Umgerechnet mit dem Faktor 500/300 für eine Flächenlast von 500 kg/m² ergibt sich eine Durchbiegung von ca. 1,0 mm. Aufgrund der Stützwirkung der seitlich angrenzenden Plattenfelder dürfte die tatsächliche Durchbiegung auch in diesem Beispiel noch geringer ausfallen.

Durchbiegungsdiagramme

Die aufgeführten Durchbiegungsdiagramme gelten für die Lastfälle „Flächenlast 300 kg/m²” und „Punktlast 100 kg in Plattenmitte”. Die Diagramme gelten für eine umlaufende Auflagerbreite von 25 mm. Die Daten können als Orientierungswerte verwendet werden, sollten aber für den jeweiligen Anwendungsfall durch einen Testaufbau abgesichert werden, da die Auflagerbedingungen und die Oberflächenbeschichtungen objektabhängig sind und eine rein rechnerische Beurteilung unmöglich machen. Alle Angaben erfolgen deshalb ohne Gewähr, Änderungen und Irrtümer sind vorbehalten.

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