Lijmen en klinken als alternatief voor lassen bij de bouw van geavanceerde speedboten
Ir. Jan Willem Schoenmakers bij de 23’ Sports Cabriolet in de nieuwe bedrijfshal van Silvestris in Loosdrecht.
Silvestris Aquamotive B.V. te Loosdrecht, ontwerper en bouwer van aluminium hightech speedboten, heeft een geheel nieuwe constructiemethode ontwikkeld en gepatenteerd. In plaats van een reeks spanten als dragende constructie heeft Silvestris een zeer stijf aluminium buizenframe ontwikkeld en vervolgens wordt de beplating van de romp niet aan het aluminium buizenframe bevestigd door lassen, maar maakt men gebruik van een combinatie van klinken en lijmen. Eén van de voordelen hiervan is dat de sterkte volledig behouden blijft en er geen vervorming optreedt.
Hans Koopmans
De revolutionaire verbindingstechniek is toegepast in het eerste model dat Silvestris ontwierp, de 23’ Sports Cabriolet, die een snelheid van 90 km/h kan halen. Inmiddels is al een aantal van dit type verkocht, zowel in Nederland zelf als over de landsgrenzen. De boot wordt geproduceerd in de nieuwe hal die de onderneming kortgeleden in Loosdrecht heeft betrokken. Jan Willem Schoenmakers, die destijds ook betrokken was bij de productie van de Spyker-sportauto, zegt dat Silvestris zich met het nieuwe product duidelijk wil onderscheiden ten opzichte van andere aanbieders. “De meeste fabrikanten maken goedkoop ogende, eenvoudig te vervaardigen polyester boten, maar bijna geen hightech modellen die een select, veeleisend publiek aanspreken. Vanuit onze achtergrond zagen we een opvallend verschil met de automotive-markt, die voor een vergelijkbaar koperspubliek wel dat soort modellen op de markt brengt. Ook krijgt het aspect van de veiligheid in de speedbotenbouw veel minder aandacht, mede omdat de wetgever minder eisen stelt. Ergens wel logisch natuurlijk, gezien de aantallen. Onze boot is naar wens verkrijgbaar met heupgordels.”
Met die overwegingen als vertrekpunt, gewapend met de kennis die in het Spyker-project was opgedaan, ontwikkelde Silvestris een fraai gelijnde speedboot, die je met enige fantasie een ‘snelle cabriolet voor op het water’ zou kunnen noemen, al was het maar vanwege het sportauto-achtige interieur. De bijzondere constructie van het aluminium frame garandeert de sterkte en daarmee de duurzaamheid en de veiligheid van de boot, die in de praktijk zwaar belast wordt.
Keuze voor aluminium
Er is een welbewuste keuze gemaakt voor aluminium omdat dit, onder de juiste randvoorwaarden ingezet, een ontwerp oplevert dat tegelijk licht, stijf en sterk is. Zoals bekend vindt aluminium veel toepassing in de hoogwaardige scheepsbouw; naast de technische voordelen is er het commerciële pluspunt van de waardevastheid die dit materiaal biedt. In de luxe jachtbouw - waarmee Nederland wereldwijd de derde plaats bezet - worden casco’s met een lengte tot ruwweg 50 meter meestal volledig uit aluminium vervaardigd, terwijl bij langere schepen de romp vaak van staal wordt gemaakt en de bovenbouw van aluminium. Voor de verbinding tussen romp en bovenbouw maakt men gebruik van ‘triclad’- of ‘triplate’-platen, die door middel van explosielassen vervaardigd worden. Toepassing van dergelijke platen en strippen voorkomt elektrolytische corrosie. Bij de door Silvestris ontwikkelde boot, die een lengte heeft van 7 meter - een versie van 9 meter is in ontwikkeling - wordt het casco geheel van aluminium vervaardigd en is elektrolytische corrosie dus geen issue. Wel introduceert de keuze voor dit materiaal een aantal bekende productietechnische problemen, kenmerkend voor de jacht- en speedbotenbouw. Schoenmakers: “Een speedboot, zeker zoals wij die ontworpen hebben, is geen sloep. Hij krijgt, om het onparlementair te zeggen, bij een snelheid van 80 à 90 km/h behoorlijk op zijn donder. Het 2000 kilogram wegende gevaarte klapt voortdurend op de golven. Bij een gelaste boot is de warmtebeïnvloede zone het zwakke punt. Bovendien heb je voor de fabricage eersteklas, gecertificeerde lassers nodig. Die zijn moeilijk te krijgen, duur en ze moeten geregeld op cursus om hun kennis bij te houden. Daarom hebben wij niet voor lassen gekozen als verbindingsmethode.”
Het voorste deel van de boot, met diagonaal aangebrachte buizen voor extra stijfheid.
‘Magere hond’ vermijden
Om dek en vrijboord (de zijwanden van de boot) c.q. vrijboord en kiel waterdicht te verbinden zijn in de traditionele aluminium botenbouw lange lassen noodzakelijk. De boot krijgt stijfheid door spanten (schutborden) in dwarsrichting te plaatsen; deze spanten ‘spannen de vorm op’, min of meer zoals vroeger bij de bouw van houten schepen geschiedde. De spanten ondersteunen het plaatwerk van de zijkant en de bodem die het zwaar van de golven te verduren krijgen. In de Silvestris wordt de functie van de spanten door een buizenframe uitgevoerd. In klassieke constructies wordt de beplating, de huid van het schip, aan de spanten vastgelast, evenals de vrijboorden, de kiel e.d. Met het lassen introduceer je echter veel warmte en dus ook vervorming. Dat resulteert in het ‘hungry horse’-effect, in het Nederlands: ‘magere hond effect’: de ribben die in de romp ontstaan door het vervormen van de beplating rond de spanten. Dat is niet esthetisch en het gaat ten koste van de snelheid. Daarom worden de zijwanden na het lassen geëgaliseerd door ze te plamuren met epoxy. In de praktijk moeten dikteverschillen van enkele millimeters tot –?bij grote schepen – 25 mm worden weggewerkt. Dat kost dus veel tijd en geld en maakt het schip zwaarder. Schoenmakers: “Wij zochten naar een methode om licht, strak én economisch te construeren. We wilden een fraaie, vloeiende vorm, maar ook een goed maakbaar product zonder de noodzaak om te investeren in dure persmallen – voor tweezijdig gekromde oppervlakken – die alleen bij grote aantallen, zoals in de automotive-sector, economisch haalbaar zijn. Dat leidde in de modelfase tot onze alternatieve oplossing: een afwikkelbare vorm voor de zijwanden, anders gezegd: een gebogen vlak – zoals een in één richting gebogen stuk karton – dat je eenvoudig in een CAD-programma kunt ontwerpen en waarbij geen oneigenlijke spanningen worden geïntroduceerd. Bij een boot, m.n. de vrijboorden, kun je er echter niet omheen nóg een buiging aan te brengen, want de hoek tussen deze delen en het dek verloopt. Wij realiseren die door het gebogen vlak te torderen. Het is dan mogelijk om zonder persmallen in één keer een plaat voor een vrijboord in de juiste vorm te brengen.”
Deze afbeelding laat goed zien hoe de platen van dek en vrijboord via een aluminium buis, popnagels en lijm aaneengekoppeld worden.
De gekozen verbindingstechniek zorgt voor een messcherpe aansluiting van dek op vrijboord.
Alternatieve verbindingsmethode
Aldus werd een compromis gevonden tussen een esthetische vorm en een betaalbaar productieproces. Normaliter zouden vervolgens de vrijboorden aan het dek worden gelast, maar om de zojuist genoemde redenen – esthetiek, kosten, sterkte – ontwikkelde Silvestris een origineel alternatief. In eerste instantie dacht men aan lijmen maar omdat de platen een hoek met elkaar maken vereist het creëren van de voor lijmen noodzakelijke overlap de toevoeging van additionele verbindingselementen, bijvoorbeeld een hoekprofiel. Een dergelijk profiel is weliswaar een goede oplossing bij vlakke platen die onder een vaste hoek staan, maar in dit geval is sprake van een continu variabele hoek tussen dek en vrijboorden: aan de voorzijde van de boot scherp, aan de achterzijde stomp. Een hoekprofiel was dus geen optie. Een ronde, gebogen buis is echter goed toepasbaar, mits de hoek waaronder de platen staan niet zeer scherp is. De buis maakt over de gehele lengte van de boot contact met de plaatdelen van vrijboorden en dek. Dit resulteerde in een zeer stijf buizenframe. De lijmverbinding wordt ondersteund door ter plaatse van de raaklijnen reeksen popnagels (blinkklinknagels) aan te brengen. Normaliter zijn deze voorzien van een stalen doorn en een aluminium huls met een bolvormig uiteinde dat door het gereedschap wordt vastgestuikt. Silvestris koos voor een variant waarbij een aluminium doorn niet stuikt maar zich ‘in de huls wigt’. Ook is de doorn niet van staal maar van aluminium om ieder risico op intermetallische corrosie uit te sluiten.
Het buizenskelet van de boot biedt een hoge stijfheid en sterkte alsmede goede mogelijkheden om de beplating te bevestigen. Het vastlijmen van een plaat aan een buis.
Messcherpe aansluiting
Schoenmakers: “De raaklijnen tussen de buis en de platen zijn theoretisch oneindig smal. Zonder de lijm zou het zaakje met drie keer goed wrikken los zitten. De lijm zorgt ervoor dat de plaat geen beweging meer kan maken t.o.v. de buis. Je zou in theorie het klinken nog achterwege kunnen laten, dat zorgt alleen voor een extra versteviging, maar als je de lijm weglaat zou de boot binnen de kortste keren lekkage vertonen. Lijmverbindingen zijn zeer sterk op afschuiving te belasten, in loodrechte richting is de verbinding veel zwakker. De combinatie die we nu gekozen hebben - lijm en popnagels - is ook productietechnisch gunstig: betrekkelijk eenvoudig uitvoerbaar, en vereist geen hooggekwalificeerd personeel. Omdat er totaal geen warmte in de constructie wordt ingebracht, treedt het ‘magere hond’ verschijnsel niet op. We plamuren alleen om de nagels weg te werken. Je krijgt dus strakke, na het spuiten zelfs glimmende vrijboorden met een vloeiende, licht getordeerde vorm.”
De vrijboorden sluiten bovendien ‘messcherp’ aan op het dek. In het Silvestris-design is dit een direct resultaat, waar dat bij gelaste boten alleen enigszins haalbaar is na vlakslijpen. Kunststof boten hebben in verband met lossingseisen van de vormdelen grote afrondingsstralen. Bij polyester delen zijn scherpe hoeken bovendien uit den boze vanwege het risico op glasvezelbreuk: het materiaal ‘moet de mal goed kunnen volgen’. Bij speedboten, zeker het supersnelle model 23’ Sports Cabriolet, is een hoge stijfheid een vereiste. Die wordt nog verhoogd door het aluminium buizenframe verder te versterken met diagonale buizen.