Dr.-Ing. Oliver Klapp, Dr.-Ing. Vinicius Carrillo Beber, Prof.-Dr. Bernd Mayer
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen
M.Sc. Christopher Wald, M.Sc. (EAE) Linda Fröck, Dr.-Ing. (EAE) Nikolai Glück, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Rostock
Das IGF-Vorhaben 19870 BG der Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. (FSM), ehemals Center of Maritime Technologies e.V. (CMT), wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen 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
Im Rahmen der Besichtigung von Werften und Betrieben weiterer Branchen, die schon seit geraumer Zeit klebtechnische Fertigungsprozesse bei der Herstellung ihrer Produkte nutzen, wurden Schadensarten von Klebverbindungen identifiziert, die im Herstellungsprozess und während des Betriebs entstanden sind. Daraus wurden vier generische Schadensformen (Adhäsions-, Volumenfehler, Rissbildung der Klebschicht, Fehlbildung der Klebfugengeometrie) abgeleitet, die hinsichtlich ihres Schädigungspotenzial mechanisch bewertet wurden. Für die Schadensbewertung war es essentiell, Proben mit definierten Fehlern reproduzierbar herstellen und mechanisch untersuchen zu können. Je nach Klebstofftyp wurden Verfahren erarbeitet, um die o.g. Fehlerarten mit variierenden Größen und Positionen in die Prüfkörper einzubringen. Für den untersuchten hochelastischen Dickschichtklebstoff wurde eine Probengeometrie gewählt, die den Beanspruchungszustand einer Scheibenklebung bestehend aus Klebschicht und Sichtfuge repräsentiert. Für den Strukturklebstoff wurde eine Scherzugprobe mit schiffbaulich angepassten Abmessungen hinsichtlich der Klebschicht und Fügepartnern verwendet. Für den hochelastischen Dickschichtklebstoff lässt sich als Fazit der Untersuchungen festhalten, dass Dickschichtklebungen in Bezug auf ein breites Spektrum der betrachten generischen Fehlerarten vergleichsweise gering sensitiv sind. Nicht tolerierbar sind größere Adhäsions- und Volumenfehler sowie deutliche Abweichungen von der Design-Sichtfugenbreite. Für die Klasse der Strukturklebstoffe ergab sich aus den quasi-statischen Zugscherversuchen ungealterter und gealterter Proben sowie den schwingenden Zug-Druck-Versuchen mit ungealterten Proben, dass Adhäsions- und größere Volumenfehler vermieden werden sollten. Weiterhin sind die Klebungen vor maritimen Alterungseinflüssen zu schützen, da diese die Verbindung zusätzlich gravierend beeinträchtigen können.
Weiterhin wurden zfP-Verfahren identifiziert, um die zuvor definierten und mechanisch charakterisierten Fehlerarten zu detektieren. Es wurden dazu bevorzugt solche Verfahren ausgewählt, die auf Grund eines möglichst geringen apparativen Aufwands auf Schiffen, unter Umgebungsbedingungen wie sie auf Werften und im maritimen Umfeld herrschen, zur zfP von Klebverbindungen zum Einsatz kommen können. Zur Erprobung der zfP-Verfahren wurden verschiedene bauteilähnliche Prüfkörper konzipiert und hergestellt, in denen die oben beschriebenen Fehlerarten realisiert wurden. Diese wurden hinsichtlich Größe und Position innerhalb der Prüfkörper so variiert, dass es möglich war neben der generellen Eignung eines zfP-Verfahrens auch verfahrensspezifische Nachweisgrenzen zu ermitteln. Zur Detektion von Fehlern in hochelastischen Dickschichtklebungen eigneten sich besonders die Sichtprüfung sowie die US–Prüfung. Mit diesem Verfahren konnte bei direkter Einschallung in die Klebschicht kleinste realisierte Fehler in großen Tiefenlagen (Drm./Tiefe-Verhältnis von 0,25) ermittelt werden. Bei indirekter Einschallung durch ein Aluminium-Substrat konnten auch Adhäsionsfehler zwischen diesem und der Klebschicht detektiert werden. Für Strukturklebstoffe erwiesen sich die US-Prüfung, die Schwingungsanalyse als auch die Röntgendiagnostik als geeignet, um Fehlstellen in Klebverbindungen zu detektieren. Mit der US-Prüfung und der Schwingungsanalyse ist es zudem möglich Adhäsionsfehler zu detektieren, bei denen die Röntgendiagnostik an ihre Grenzen stößt.
Abschließend wurden Aspekte adressiert, die bei der Erstellung eines Regelwerks für die wiederkehrende Inspektion von Klebverbindungen in schiffbaulichen Anwendungen Berücksichtigung erfahren sollten. Diese beinhalten, ausgehend von der Planungs- und Konstruktionsphase einer klebtechnisch zu fügenden Struktur, über deren klebtechnischen Fertigungsprozess bis hin zu der wiederkehrenden zfP der Klebverbindungen, Empfehlungen wie solche Inspektionen vorzubereiten und durchzuführen sind..
