IGF-Vorhaben 01IF22400N: Brandbeständige Hybrid-Faserverbundwerkstoffe auf Basis optimierter organisch-anorganischer Systeme (HybridComp)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Stefan Schmidt

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Prof. Dr. Bernd Mayer, Dr.-Ing. Stefan Schmidt, Dr. Laura Boskamp

Bearbeitungszeitraum: 01.05.2022 bis 31.12.2024

Kurzfassung

Faserverbundwerkstoffe (FVW) können weder auf Basis rein anorganischer, kalthärtender Matrixsysteme noch auf Basis rein organischer, polymerer Matrixsysteme das komplexe Anforderungsprofil im kommerziellen Schiffbau erfüllen. Deshalb bleibt der Leichtbau mit FVW in dieser Branche bislang hauptsächlich dem Sport- und Freizeitbereich vorbehalten.
Ziel des Projekts „HybridComp“ ist die Kombination organischer und anorganischer Matrixsysteme zur Herstellung brandbeständiger Hybrid-FVW. Hierbei sollen die Brandbeständigkeit der anorganischen Phase und die mechanischen Eigenschaften der polymeren Phase vereint werden. Zur Erreichung dieses Ziels sind zwei parallele Lösungsansätze geplant. Der erste Ansatz sieht mittels chemischer Kombination hochtemperatur- und flammbeständiger Benzoxazine und anorganischer nicht-brennbarer Geopolymere die Herstellung einer homogenen Hybridmatrix für FVW vor (Homo-Hybrid-FVW). Im zweiten Ansatz soll eine konstruktive Kombination abgegrenzter Einzelschichten aus FVW mit organischer und anorganischer Matrix erfolgen (Hetero-Hybrid-FVW).
Nach einer Analysephase (AP 1) finden die Materialentwicklung (AP 2) und die Erprobung von Verarbeitungs- und Fertigungskonzepten (AP 3) entsprechend der beiden Lösungsansätze statt. Auf Basis eines statistischen Versuchsplans werden anschließend materialspezifische Eigenschaften im Faserverbund unter Variation der organischen und anorganischen Anteile ermittelt (AP 4). Zum Nachweis der Umsetzbarkeit und Funktionalität erfolgt schließlich die Entwicklung eine Demonstratorstruktur (AP 5), bevor eine Anwenderrichtlinie zur Herstellung brandgeschützter Hybrid-FVW erstellt wird (AP 6).
Der Kenntnisgewinn und besonders die Richtlinie ermöglichen der durch KMU geprägten Zulieferindustrie im deutschen Schiffbau eine Erweiterung ihres Produktportfolios. Bei Ausweitung des Hybrid-FVW-Einsatzes können Faserverbund-Zulieferern außerdem neue Branchen wie die Schienenfahrzeugindustrie oder das Bauwesen erschließen.

IGF-Vorhaben 01IF22351N: Aufgeklebte Profile zur Versteifung von flächigen Bauteilen in maritimen Strukturen (KlebProfi)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Prof. Dr. Bernd Mayer, Dipl.-Wirt.-Ing. Sebastian Veller (geb. Myslicki)

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine
Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer, Dr.-Ing. Matthias Albiez

Bearbeitungszeitraum: 01.07.2022 bis 30.06.2025

Kurzfassung

Großflächige Strukturen aus Stahl finden im maritimen Umfeld vielfältige Anwendungen. Zu nennen sind Schiffsrümpfe, Schiffsaufbauten, Schleusentore, Stauklappen, Hochwasserschutztore etc. Diese Strukturen werden, mit dem übergeordneten Ziel des Leichtbaus und zur Materialeinsparung, möglichst schlank und dünnwandig ausgebildet. Dies führt jedoch dazu, dass lokale Versteifungselemente auf den flächigen Bauteilen angebracht werden müssen. In den o.g. Anwendungsgebieten dienen die Aussteifungsbauteile hauptsächlich zur Verstärkung des Quer- und Biegewiderstands. Bislang werden die Steifen in maritimen Einsatzgebieten in der Regel schweißtechnisch an die flächigen Bauteile angebracht. Aufgeschweißte Steifen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Struktur, aufgrund der hohen Wärmeeinbringung, lokal beeinträchtigt wird. Zudem bringen aufgeschweißte Versteifungselemente metallurgische und geometrische Kerben ein. Diese Begleiterscheinungen führen zu einem ungünstigeren Stabilitätsverhalten und verringern bei nicht ruhender Beanspruchung zudem die Ermüdungsfestigkeit. Beide Effekte resultieren in größeren erforderlichen Blechdicken der flächigen Bauteile, die als Platten oder Schalen tragen.
Ziel dieses Forschungsantrages ist die Entwicklung und systematische Untersuchung eines Konzeptes zur klebtechnischen Befestigung von Versteifungselementen auf Stahlstrukturen im maritimen Umfeld. Infolge der klebtechnischen Anbindung, werden die Fügepartner bzw. deren statisches Tragverhalten nicht durch Wärmeeintrag, Eigenspannungen oder geometrische Formabweichungen negativ beeinflusst und der Ermüdungswiderstand wird nicht negativ beeinflusst. Zudem wird ein bestehender Korrosionsschutz durch den Schweißprozess nicht geschädigt. Durch die Konstruktion, Berechnung , Bemessung und Fertigung von geklebten Steifenanschlüssen profitieren insbesondere die im maritimen Berech tätigen KMU.

IGF-Vorhaben 01IF22120N: Berührungslose Temperaturüberwachung zur Qualifizierung des Flammrichtens von Aluminium im Schiffbau (SpectroStraight)

INP Greifswald, Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Prof. Dr. Dirk Uhrlandt, Gregor Gött

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Andreas Gericke (SFI), Dr.-Ing. Julia Osten, M.Sc. Carsten Wickmann, Dr.-Ing. Oliver Brätz, M.Sc. Anton Konstanz

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2022 bis 30.06.2025

Kurzfassung

Zur gezielten Wärmeeinbringung bei Richtprozessen wird im Schiffbau häufig das Flammrichten eingesetzt. Dies erfordert die Einhaltung enger Temperaturbereiche, um den Richteffekt zu erzielen und unzulässige Eigenschaftsveränderungen bzw. Anschmelzungen zu vermeiden. Im Gegensatz zu Stahl ist ein manuelles Flammrichten von Aluminiumlegierungen bisher praktisch unmöglich, da die einzuhaltenden Temperaturbereiche zwischen 150°C – 450°C durch den Richtschmied optisch nicht zu kontrollieren sind und Aluminium aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit sowie thermischen Ausdehnung und der geringen Schmelztemperatur generell anspruchsvoll zu richten ist. Folglich muss auf aufwendige Nacharbeiten bei Verzug ausgewichen werden. Ziel des Projektes ist die Qualifizierung des manuellen Flammrichtens von Aluminium. Dies soll durch die Entwicklung einer berührungslosen Temperaturüberwachung mit der Funktion einer Kontrollanzeige für den Richtschmied sowie der gekoppelten Entwicklung wirksamer Richtstrategien in Abhängigkeit von Bauteilgeometrie, Temperaturfeld und Schrumpfspannungen realisiert werden. Da die Temperatur des Werkstücks im Bereich ihres Maximums unterhalb der Flamme zu kontrollieren ist, soll ein Messverfahren konzipiert werden, das die Oberflächenstrahlung des Werkstücks mittels spektral selektiver Sensoren im Infrarotbereich von der Flammenstrahlung separieren und auswerten kann. Für eine ausreichende Richtwirkung für Aluminium sollen in Kombination zu der Temperaturinformation als Ausführungsgrundlage für den Richtschmied geeignete Prozesstemperaturen und –zeiten sowie Reaktionskräfte in Abhängigkeit von Bauteilgeometrie und Einspanngrad ermittelt werden. Die Umsetzbarkeit des Verfahrens soll anhand schiffbaulicher Muster und Feldversuche validiert werden. Daraus ergeben sich für metallverarbeitende Fertigungsbetriebe und Zulieferer, insbesondere kmU, die Möglichkeiten das Flammrichten auch für Aluminium zu nutzen und den Nacharbeitsaufwand erheblich zu reduzieren.

IGF-Vorhaben 01IF22337N: Elektrodynamische Antifouling-Beschichtung optischer Oberflächen von Schiffen und Meerestechnik (ELEKTRA)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Prof. Dr. Bernd Mayer, Dr.-Ing. Uwe Specht

Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie (UFT)
Prof. Dr. Jorg Thöming, Dr. Michael Baune

Technische Universität Dresden, Institut für Wasserchemie, Professur für Hydrochemie und Wassertechnologie
Prof. Dr. Stefan Stolte, Dr. Fei Du

Bearbeitungszeitraum: 01.03.2022 bis 30.04.2024

Kurzfassung des Vorhabens

Oberflächen für Sensoren, Sichtfenster, Beleuchtungen und Kamerasysteme sind ein wichtiges Werkzeug zur Fernwartung, Inspektion und Nutzung maritimer Technik. Im maritimen Umfeld sind solche Oberflächen mit Bewuchs, sog. Biofouling und Verschmutzung, z.B. durch Sedimente, konfrontiert. Um Funktionsfähigkeit optischer Systeme zum Teil nach wenigen Stunden, Tagen oder Wochen des Einsatzes unter Fouling wiederherzustellen, erfordert die Reinigung besonders bei Schiffen und Plattformen einen hohen personellen, zeitlichen und wirtschaftlichen Aufwand z.T. unter Tauchereinsatz. Bestehende Lösungen auf Basis von UV-Strahlung, Shuttern oder Wischersystemen, bedingen eine bauliche Anpassung bestehender Systeme und sind daher oft ungeeignet.
Das ELEKTRA-Forschungsziel ist daher die Entwicklung eines robusten, aktiv selbstreinigenden Antifouling-Systems für optische Oberflächen auf Basis einer elektrohydrodynamischen, transparenten Beschichtung mit geringem Stromverbrauch. Die Beschichtung wird in einem innovativen, lasergestützten Prozess in Form von Mikroelektroden auf die Oberflächen übertragen. Die Elektroden gestatten die Kombination aus Dielektrophorese und AC Elektrothermie, zwei Verfahren zur Erzeugung lokaler Strömungen und Kräfte auf Verschmutzungspartikel, um die Oberflächen ohne weitere Hilfsmittel zu reinigen. Teilziele des Projekts sind die numerische Auslegung der Elektrodenstrukturen, die Entwicklung der Laser-Prozesstechnik sowie die Prüfung im Labor und an einem Pilotstand im Meer zur Validierung der Technologie.
Die Eignung des zu entwickelten Antifouling-Systems für verschiedene maritime Aufgabenstellungen und darüber hinaus lässt eine breite Anwendbarkeit erwarten. Das Projekt liefert die grundlegenden Schritte für eine Umsetzung der Technologie. Insbesondere profitieren KMUs aus den Bereichen Sensorherstellung, Laser- und Beschichtungstechnik sowie Anwender (Schiff- und Yachtbau, Betreiber und Konstrukteure von AUVs) von den zu erwartenden Ergebnissen.

IGF-Vorhaben 01IF21189N: Entwicklung und Validierung von Laboralterungszyklen für die Zulassung von schiffbaulichen Klebverbindungen (Klebschichtalterung)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing Nikolai Glück, M.Sc. Linda Fröck, M.Sc. Nele Kayser (EAS)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Dr. Oliver Klapp

Bearbeitungszeitraum: 01.05.2020 bis 30.04.2024

Kurzfassung des Vorhabens

Die Klebtechnik bietet als Fügeverfahren auch im Schiffbau und der maritimen Produktion große Vorteile. Der Einsatz ist aufgrund des Fehlens von Kenntnissen und geregelten Prüfverfahren zum Alterungsverhalten, nur mit enormem Aufwand möglich und dadurch stark gehemmt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch die Identifikation der, für die Alterung von Klebverbindungen relevanten Parameter, beschleunigte Laboralterungsprozeduren nachzuweisen, mit deren Hilfe die Beständigkeit von Klebverbindungen unter maritimen Einsatzbedingungen nachgewiesen werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse und Alterungsprozeduren ermöglich insbesondere KMU einen einfachen und sicheren Einsatz von Klebverbindungen in der maritimen Produktion.
In AP1 werden die Alterungsbedingungen für verschiedene Zonen auf Schiffen klassifiziert und Messungen durchgeführt, um die Umgebungsbedingungen genauer zu spezifizieren. Nachdem in AP 2 Probenformen, mechanische Tests, Beobachtungsgrößen etc. festgelegt werden, starten Feldalterungen unter vier verschiedenen Bedingungen in AP 4. Während die Feldalterungen auf Helgoland und an Bord eines Schiffes sich über fast die gesamte Projektdauer erstrecken, starten parallel die Untersuchungen der Laboralterungen. Zunächst wird in AP 3 die Auswirkung einzelner und später kombinierter Einflussfaktoren wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit und Salz betrachtet. Auf dieser Basis werden in AP 5 zunächst Bedingungen für die Schnellalterung ausgewählt und erprobt. Im Anschluss erfolgt die Anwendung der beschleunigten Laboralterung über einen Zeitraum von mehreren Monaten. Eine Validierung der Äquivalenz von Feldalterung und der beschleunigten Laboralterung erfolgt nach Abschluss von 21 Monaten Feldalterung in AP 6. Die Ergebnisse fließen in AP 7 in den Entwurf einer Richtlinie zur Ermittlung von alterungsbedingten Abminderungsfaktoren für Klebverbindungen im Schiffbau ein.

IGF-Leitprojekt für die Energiewende: Offshore Windenergiesysteme für die Wasserstoffversorgung

 

Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA)
Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. (FSM)
Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (DECHEMA)

Teilprojekte

IGF-Nr. 36 LBR

Integriertes Planungstool für die Kosten- und 3D Strukturplanung für Offshore-Windparks zur Erzeugung von H2 (Power H2)

Hochschule Stralsund,  IRES – Institut für Regenerative EnergieSysteme
Prof. Dr. rer. nat. Johannes Gulden

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge

Bearbeitungzeitraum: 01.12.2020 bis 30.11.2022 

IGF-Nr. 37 LN

Einfluss korrosiver Medien auf die Schwingfestigkeit von Offshore Windenergieanlagen (Corrosion Fatigue)

Leibniz Universität Hannover, Institut für Stahlbau
Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann

Technische Universität Hamburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen
Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers, Moritz Braun

Bearbeitungszeitraum: 01.12.2020 bis 30.05.2023

IGF-Nr. 38 LBG

Modellierung und Bewertung der Logistikketten für den Wasserstofftransport für die Stahlindustrie unter besonderer Berücksichtigung transportbedingter Energieverluste (H2 Logistik)

Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Carlos Jahn

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge

Bearbeitungszeitraum: 01.12.2020 bis 30.11.2022 

IGF-Nr. 39 LBR

Erhöhung der Speicher- und Transporteffizienz für Flüssigwasserstoff in Stahl-Faserverbundtanks durch thermisch gespritzte TBC-Schichten (LH2 Tanks)

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge

Bearbeitungszeitraum: 01.12.2020 bis 31.05.2023

AVIF-Projekt A 322: Verbesserte Nutzung des Betriebsfestigkeitspotentials von freien thermisch geschnittenen Kanten in schiffbaulichen Stahlkonstruktionen (Brennschnittkanten)

Technische Universität Hamburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen
M.Sc. Jan-Hendrik Grimm, Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers, Dr.-Ing. Hubertus von Selle

Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik IfS
Dipl.-Ing. Markus Köhler, Dr.-Ing. Prof. h. c. Klaus Dilger, Dr.-Ing. Jonas Hensel

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2021 bis 30.04.2023

Kurzfassung des Vorhabens

In diesem Vorhaben soll die Betriebsfestigkeit von freien thermisch geschnittenen Blechkanten untersucht werden. Es liegt die Arbeitshypothese zugrunde, dass der Fertigungsvorgang beim Herstellen freier Blechkanten in Stahlstrukturen sowie die Kantennachbehandlung wesentlichen Einfluss auf die Schwingfestigkeit haben. Insbesondere der Einfluss einer Kantennachbearbeitung wird untersucht, um gezielt Lücken im aktuellen Wissensstand zu schließen.

Als Einflussparameter werden neben der Kantennachbearbeitung die Schnitttechnik, die Materialstreckgrenze sowie die Plattendicke variiert und berücksichtigt. Die genannten Parameter werden zurzeit in schiffbaulichen und in stahlbaulichen Regelwerken und Empfehlungen nicht (Schnitttechnik) oder nicht quantitativ (Schnittqualität) erfasst beziehungsweise ihr Einfluss basiert auf veralteten Datenbasen (Streckgrenze). Es soll die Kenntnis zum Zusammenhang von Werkstofffestigkeit, Schneidverfahren, Ausführungsqualität und Schwingfestigkeit in Form von Kerbfällen und FAT-Klassen erarbeitet werden. Sind Schneidprozesse auf Werften oder in stahlbaulichen Betrieben stabil und gesichert, können die freien Blechkanten in geeignete FAT-Klassen eingeordnet und einfach konstruktiv bemessen werden. Eine aufwendige Einzelfallbewertung durch Klassifikationsgesellschaften kann dadurch umgangen werden.

Zum Erreichen der Ziele sind experimentelle Untersuchungen wie Betriebsfestigkeitsversuche sowie Eigenspannungs- und Härtemessungen unumgänglich. Aber auch Berechnungen mit Hilfe der Methode der Finiten-Elemente-Methode zur Spannungsbestimmung sowie Simulationen zur Vorhersage von Eigenspannungsverteilungen werden durchgeführt. Auf diesem Wege kann eine verbesserte Werkstoffausnutzung erreicht werden, aber auch die Verwendung von Stählen mit höheren Streckgrenzen gefördert werden.

IGF-Vorhaben 21051 BR: Projektionssysteme in der schiffbaulichen Fertigung – Entwicklung von Methoden zum flexiblen Einsatz von mobilen Projektionssystemen zur Fertigungsunterstützung (ProSF)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Michael Geist

Bearbeitungszeitraum: 01.08.2020 bis 31.01.2023

Kurzfassung des Vorhabens

Die wesentlichen Aufgabenbereiche der Vermessung bestehen in der Erfassung, Überwachung und Absteckung von Objekten. Die Erfassung und Auswertung von schiffbaulichen Strukturen war Thema vieler Forschungsvorhaben; der Bereich der Absteckung ist weitestgehend unbeachtet geblieben. In Folge dessen, kommt bei der Digitalisierung von Schiffsstrukturen moderne Messtechnik zum Einsatz und die Auswertung erfolgt auf Basis von 3D-Konstruktionsdaten. Ein durchgängiger digitaler Datenfluss ist umgesetzt. Bei Absteckungsaufgaben werden einfache Messmittel (Messband, Rotationlaser, Linienlaser) verwendet. Die Datengrundlage bilden 2D-Zeichnungen, die aus 3D-Datensätzen generiert werden. Absteckungsaufgaben sind aufgrund des derzeitigen Standards, zeitaufwendig, stark manuell geprägt und fehleranfällig. Daraus ergibt sich ein großes Verbesserungspotential und ist von großem Interesse für Werften und KMU‘s.
Eine Automatisierung der Arbeitsschritte im fortgeschrittenen Fertigungsprozess ist nicht ohne weiteres möglich. Durch unterstützender Technologien kann die Qualität und die Effizienz der manuellen Tätigkeiten verbessert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, soll ein mobiles Projektionssystem durch Zusatzsensorik (z.B. Laserscanner, Kamera) und Software zu einem Multisensorsystem erweitert werden. Damit ist in Zukunft eine effizientere und objektivere Umsetzung der manuell geprägten Aufgaben in der Endmontage/Blockbau möglich. Darüber hinaus wird der Informationsfluss zwischen dem Werker und der Konstruktion/Arbeitsvorbereitung verbessert und ein digitaler Datenfluss implementiert. Folgende Anwendungsfelder ergeben sich für ein mobiles Projektionssystem: Positionieren, Qualitätskontrolle, Dokumentation und Informationsbereitstellung.

IGF-Vorhaben 20869 N: Prüfkonzept zur Detektion von rissbehafteten Schweißnähten an Offshore-Strukturen unterhalb der Wasserlinie (Offshore-Prüfkonzept)

Leibniz Universität Hannover, Institut für Werkstoffkunde (IW)

Prof. Dr.-Ing. Hans Juergen Maier, Dr.-Ing. David Zaremba, Dr.-Ing. Sebastian Barton, MSc René Gansel

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2020 bis 30.06.2022

Kurzfassung des Vorhabens

Rissbehaftete Schweißnähte in Offshore-Gründungsstrukturen (z.B. Windenergieanlagen) stellen ein großes sicherheitsrelevantes und wirtschaftliches Problem dar, da sie direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Strukturen haben. Mit zunehmender Betriebsdauer steigt die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung an. In Bezug auf die aktuell bedeutender werde Laufzeitverlängerung des Investitionsgutes sind zuverlässige Prüfungs-, Wartungs- und Reparaturkonzepte erforderlich. Um eine wirtschaftliche und technisch einwandfreie Reparatur ermöglichen zu können, sind hierzu belastbare Informationen über Rissgeometrie, Lage und Größe erforderlich. Zurzeit besteht kein einheitliches Prüfkonzept, um eine sichere Detektion von unter Wasser liegenden, rissbehafteten Schweißnähten an Offshore-Strukturen gewährleisten zu können. Prüfung, Wartung und Instandhaltung sind typischerweise den Tätigkeitsfeldern von KMUs zuzuordnen. Ziel ist es, den KMUs ein Prüfkonzept an die Hand zu geben, mit welchem sie Risiken auf sicherheitstechnischer und finanzieller Ebene verringern können, welche im Fall des Versagens erhebliche Schäden herbeiführen könnten.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird ein umfassendes Prüfkonzept zur sicheren Detektion von Fehlern im Schweißnahtbereich an Offshore-Strukturen unter Wasser erstellt. Zudem soll durch eine Kombination der Ultraschall- und Wirbelstromprüftechnik, entsprechend der definierten Prüfanforderungen und unter Berücksichtigung der Randbedingungen, eine gemeinsame Prüfeinheit entwickelt werden. Mit der Konzeptionierung dieser Prüfeinheit sollen die Totzonen beider Einzelverfahren kompensiert werden, sodass ein empfindlicher Nachweis der Fehler im Wurzel- und Oberflächenbereich der Schweißnaht sichergestellt werden kann.

Zum Projektabschluss werden Prüfrichtlinien zur Inspektion von UW-Schweißnähten mittels der kombinierten WS-US-Prüftechnik formuliert, die zukünftig in Prüfvorschriften und Merkblätter des Unterwasserschweißens umgesetzt werden können.

IGF-Vorhaben 20444 BR: Qualifizierung eines vereinfachten Ersatzmodells zur Prozesssteuerung beim Walzrunden großer Blechdicken für hohe Umformgrade (Umformoptimierung)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, M.Sc. Pascal Froitzheim

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2019 bis 31.12.2021

Kurzfassung des Vorhabens

Das Ziel des Forschungsvorhabens stellt die Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsmodells zur Prognose des Umformergebnisses beim Walzrunden großer Blechdicken dar. Für die Automatisierung des derzeit rein manuell gesteuerten Walzrundprozesses für große Blechdicken ist die echtzeitfähige Prognose des Umformverhaltens zur Ableitung der notwendigen Zustellgrößen bei geringen Losgrößen ein großes Problem, da bei numerischen Simulationen (FEM) die erforderlichen Zykluszeiten nicht gewährleistet werden können und Materialschwankungen zu Abweichungen im Umformverhalten führen.

Als Ergebnis der Forschungsarbeit wird daher die Entwicklung und Erprobung eines Berechnungsalgorithmus für die Fertigung von Rohren großer Blechdicken durch kleine mittelständische Unternehmen (KMU) erarbeitet. Zu diesem Zweck wird basierend auf einer Untersuchung des Eigenspannungszustandes und einer numerischen Sensitivitätsanalyse ein mathematisches Modell zur Abschätzung der charakteristischen Spannungsverteilung während der Umformung entwickelt. Mithilfe dieses mathematischen Modells kann die Plattenumformung über einen geometrischen Ansatz prognostiziert werden. Neben der Prognose für die Steuerung des Umformprozesses beschreibt die Rückführung des realen Umformverhaltens durch eine geeignete Prozessüberwachung ein weiteres Ergebnis des Forschungsvorhabens. Aus diesem Grund wird aufbauend auf den Forschungsergebnissen ein geeignetes Messverfahren entwickelt, mit dem die Prozessüberwachung auch für bestehende Walzanlagen ergänzt werden kann. Die entwickelten Ansätze können unter Laborbedingungen verifiziert und anschließend an einer bestehenden Walzanlage eines im projektbegleitenden Ausschuss involvierten Betriebs erprobt werden

Besonders kleine mittelständische Unternehmen können von dem entwickelten Algorithmus vollumfänglich profitieren, da sie auch bei geringen Losgrößen wirtschaftlicher produzieren können und somit ein Wachstum entlang der gesamten Wertschöpfungskette ermöglichen.