Dipl.-Wirt.-Ing. Sebastian Veller (geb. Myslicki)
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Dr.-Ing. Matthias Albiez, Dr.-Ing. Jannis Damm, M.Sc. Peter Haase
Karlsruher Institut für Technologie – Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine
Das IGF-Vorhaben 01IF22351N Aufgeklebte Profile zur Versteifung von flächigen Bauteilen in maritimen Strukturen (KlebProfi) der Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. (FSM) wurde im Rahmen des Programms Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org
Zusammenfassung der erzielten Ergebnisse im Forschungsvorhaben
Das vorliegende Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der systematischen Untersuchung, Entwicklung und Validierung des Einsatzes von Klebverbindungen im Schiffbau. Ziel ist es, das Potenzial der Klebtechnik für die Versteifung großflächiger Bauteile aufzuzeigen, unter praxisnahen Bedingungen zu evaluieren und in einem methodischen Fertigungs- und Bemessungskonzept zusammenzuführen. Damit leistet das Projekt einen Beitrag, innovative Fügetechnologien in der maritimen Industrie als Alternative oder Ergänzung zur etablierten Schweißtechnik zu etablieren.
Zu Beginn des Projekts erfolgt eine umfassende Recherche und Analyse der spezifischen Anforderungen an Klebverbindungen im Schiffbau. Dabei stehen insbesondere die besonderen Randbedingungen im Vordergrund, die sich aus den maritimen Einsatzbedingungen ergeben. Hierzu zählen unter anderem spezifische Anforderungen durch das Kleben auf Shopprimern und das Kleben von großskaligen Strukturen. Auf dieser Basis werden geeignete Klebstoffsysteme und Oberflächenvorbehandlungen ausgewählt und detailliert charakterisiert. Es konnte nachgewiesen werden, das auch auf Shopprimern strukturelle Klebungen realisiert werden können.
Ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Validierung eines klebtechnischen Fertigungs- und Montageprozesses. Dieser wird so konzipiert, dass er unter Berücksichtigung der realen Bedingungen im Schiffbau praktikabel, effizient und robust umgesetzt werden kann. Durch experimentelle Voruntersuchungen, beispielsweise zur Applikation der Klebstoffe und zum Vermeiden von Lufteinschlüssen, lassen sich zentrale Prozessschritte optimieren. Zudem konnte gezeigt werden, dass dem Kleben nachgelagerte Schweißprozesse (z.B. Stirnplattenstoß) auch ohne eine irreversible Schädigung der Klebung möglich sind.
Zur Bewertung der strukturellen Leistungsfähigkeit werden experimentelle Untersuchungen an klebtechnisch versteiften Strukturen durchgeführt. Diese umfassen Bauteilversuche mit einer Steife sowohl als auch mit mehreren Steifen, bei denen die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten unter statischer Biegebeanspruchung ermittelt werden. Ergänzt werden die Versuche durch numerische Simulationen, die eine detaillierte Analyse der Spannungs- und Dehnungsverteilungen in den Klebschichten sowie der Gesamtstruktur ermöglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Klebverbindungen signifikante Tragfähigkeitsreserven aufweisen. In zahlreichen Fällen tritt die Plastifizierung des Stahlprofils ein, bevor ein Versagen der Klebschicht oder des Primers erfolgt. Besonders auffällig ist, dass die Art des Versagens maßgeblich von der Anschlusskonfiguration abhängt. Während bei Laschenstößen mitunter ein vorzeitiges Versagen der Klebschicht beobachtet wird, dominieren bei Stirnplattenstößen die Plastifizierung des Steifenprofils. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit einer differenzierten Betrachtung der Verbindungstypen bei der Bemessung. Im Vergleich zwischen den Profilgrößen zeigt sich ein deutlicher Größeneffekt: IPE120-Profile erreichen ein erheblich höheres Lastniveau als IPE80-Profile, was den Einfluss der Querschnittsgeometrie auf die Ge-samttragfähigkeit bestätigt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Vorhaben erfolgreich den Nachweis erbringt, flächige Bauteile im Schiffbau durch aufgeklebte Profile wirksam zu versteifen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist somit aus Sicht der Forschungseinrichtungen und dem PA erreicht. Darüber hinaus liefern die entwickelten Fertigungs- und Bemessungskonzepte eine wertvolle Grundlage für die industrielle Umsetzung, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen der maritimen Zulieferindustrie.
