IGF-Vorhaben 01IF23905N: Entwicklung und Validierung einer Programmierumgebung zur Anwendbarkeit autonomer mobiler Roboter unter schiffbaulichen Bedingungen (RunInspect)

 

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP​
Prof. Dr.-Ing. habil. Jan Sender, M.Sc. Konstantin von Haugwitz, M.Sc. Till Braun

Universität Rostock – Fakultät für Agrar, Bau und Umwelt – Professur für 3D-Messsung, Auswertung und Monitoring im Produktionsumfeld​
Prof. Dr.-Ing. Michael Geist, N.N.

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2026 bis 30.06.2028

Kurzfassung

Forschungsziel:
In dem Forschungsvorhaben „RunInspect“ sollen bestehende Ansätze zur vereinfachten Programmierung weiterentwickelt und auf ein mobiles Robotersystem adaptiert werden, um mobile Laufroboter im Bereich der automatisierten Vermessung von Schiffen in der Endausrüstung einsetzen zu können.
Problemstellung:
Im Schiffbau sind automatisierte Prozesse bisher auf die Herstellung von offenen Strukturen wie das Schweißen von Paneelen begrenzt. In der Fertigungsphase der Endausrüstung finden zahlreiche manuelle Montage- und Prüfaufgaben durch Gewerke (KMU) statt. Aufgrund der geschlossenen Struktur und der fehlenden Zugänglichkeit für herkömmliche Automatisierungssysteme wie Krananlagen findet dort noch keine Automatisierung statt. Dies betrifft monotone und wiederkehrende Aufgaben wie die Vermessung der Innenräume. Diese ist notwendig, um einen hohen Vorfertigungsgrad bei zugelieferten Komponenten zu erreichen, Nacharbeiten zu vermeiden und Aufschluss über den Ist-Bauzustand zu erhalten. Aktuell am Markt verfügbare Laufroboter sind in der Lage, sich in der Endausrüstung zubewegen. Allerdings ist ihre Programmierung noch zu komplex, um für derartige Aufgaben eingesetzt werden zu können, weshalb zunächst ihre Anwendbarkeit verbessert werden muss.
Lösungsweg:
Existierende Software wie das Robot Operating System ROS erlaubt Experten eine Programmierung von komplexen Aufgabenstellungen. Um eine Roboterprogrammierung durch Laien zu erreichen, bedarf es der Weiterentwicklung aktueller No-Code/ Low-Code Ansätze in ROS. Konzepte wie eine blockbasierte Programmierumgebung bieten das Potenzial die Anwendbarkeit mobiler Roboter zu verbessern.
Nutzen für KMU:
Die durch den Roboter gesammelten Daten ermöglichen eine bessere Prozessplanung der im Schiff tätigen Gewerke. Dienstleister wie Vermessungsbüros könnten zukünftig neue Leistungen anbieten und tagesaktuelle Informationen verarbeiten. Denkbar ist eine Lizenzierung von weiteren durch KMU entwickelten Anwendungen.

IGF-Vorhaben 01IF24211N: Sicheres Lichtbogenbolzenschweißen ohne Keramikring an austenitischen Werkstoffen für schiffbauliche Anwendungen durch kombinierte Schutzgas- und Prozessmodifikation sowie Prozessmonitoring (EasyStuds)

 

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP​
​Prof. Dr.-Ing. Knuth-Michael Henkel, Dr.-Ing. Oliver Brätz (SFI/IWE), Dr.-Ing. Andreas Gericke

Bearbeitungszeitraum: 01.08.2025 bis 31.01.2028

Kurzfassung

Im Schiffbau werden typischerweise mehrere tausend Bolzen als Funktionselemente je Schiff, in unterschiedlichen Ausführungen verschweißt. Bei vielen Anwendungen werden nichtrostende, austenitische Bolzen verwendet, die in hochkorrosiv belasteten Strukturen oder bei nichtmagnetisierbaren Schiffstypen zum Einsatz kommen. Derzeit reicht die Ausführungsqualität der mittels Keramikring und Hubzündung geschweißten Bolzen für die Beschichtung, Ermüdungsfestigkeit und Spaltkorrosion nicht aus, so dass eine aufwendige Schweißwulstnachbehandlung durch WIG-Umschmelzen oder Beschleifen stattfinden muss. Der zusätzliche Mehraufwand ist in Anbetracht der Anzahl an Schweißungen immens. Dadurch können die typischen Vorteile des Bolzenschweißens nicht ausgeschöpft werden. Weiterhin bedeutet der zusätzliche Wärmeeintrag eine höhere thermische Belastung des Materials und der Gesamtstruktur, was zu Gefügebeeinflussungen, Eigenspannungen und Verzug führt. Im hier verfolgten Ansatz soll das Lichtbogenbolzenschweißen für austenitische Bolzen bis M16 modifiziert werden, sodass auf die Verwendung von Keramikringen und damit einhergehenden Nacharbeiten verzichtet werden kann. Es sollen zum einen die aus anderen Lichtbogenprozessen bekannten Potenziale dotierter Schutzgase ausgenutzt werden, welche das Wärmeübergangs-, Abschmelz- und Einbrandverhalten signifikant beeinflussen können.
Gleichzeitig soll der Schweißprozess dahingehend angepasst werden, dass das Verlaufen der Schmelze insbesondere bei Zwangslagenschweißungen vermieden wird. Für dieses Anwendungsgebiet sollen die Schweißparameter optimiert und das Potenzial eines magnetisch ausgelenkten Lichtbogens untersucht werden. Parallel dazu soll ein Monitoringsystem entwickelt werden, welches auf Basis von KI-Methoden die elektrischen Signalcharakteristika auswertet und somit eine Prozessevaluation und Qualitätsprognose ermöglicht. Davon profitieren Werften und fertigende Betriebe sowie insbesondere ausführende und zuliefernde KMU.

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 01IF23905N: Bewertung des Einflusses von Schiffsbetriebsbedingungen auf die Alterung von Schiffsbatterien (ESHA)

 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – Institut für Maritime Energiesysteme
Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers, Dr. Dheeraj Gosala, Dr. Vaidehi Gosala

Technische Universität Hamburg – Arbeitsgruppe Schiffsmaschinenbau
Prof. Dr.-Ing. Friedrich Wirz, M.Sc. Baptiste Hochfellner

Bearbeitungszeitraum: 01.07.2025 bis 31.12.2027

Kurzfassung

Batterien werden eine Schlüsselrolle bei der Erreichung des IMO-Ziels spielen, die Treibhausgasemissionen der internationalen Schifffahrt bis 2050 auf Null zu reduzieren. Viele neue Batterietechnologien werden derzeit erforscht und bewertet, um die Anforderungen an Leistung und Lebensdauer für den Einsatz an Bord zu erfüllen. Dabei ist die Beurteilung der Batterielebensdauer zwar komplexer, aber entscheidend für die Bewertung und den sicheren Betrieb. Die derzeit für die Modellierung der Batteriedegradation verwendeten Labordaten spiegeln den Betrieb an Bord nicht wider. Daher werden in diesem Projekt Methoden zur zuverlässigen Vorhersage der Degradation von Schiffsbatterien entwickelt:
• Entwicklung von repräsentativen Testprofilen auf der Grundlage gemessener Betriebsdaten
• Testen von Batteriezellen unter dem generierten Testprofil
• Entwicklung von präzisen, effizienten Modellen für die Degradation von Batterien
• Systemanalyse für ein ökonomisch-ökologisch optimiertes Schiffsdesign
• Empfehlungen für Degradationstestverfahren, die Modellentwicklung und die Nutzung
Es wird erwartet, dass die Methoden KMUs zugutekommen, die ein integraler Bestandteil der maritimen Batterie-Wertschöpfungskette sind (Batterieentwickler, Schiffsbauer, Dienstleister und Betreiber) und außerdem Ausfälle von Schiffsbatterien verhindern, die erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben können. Die Methoden werden
• Entwicklern von Batterien helfen, genauere und realistischere Vorhersagen über die Degradation von Batterien im Labor während der Entwurfsphase zu treffen
• Schiffsbauern und -betreibern die Auswahl der richtigen Batterie für ihre Anwendung erleichtern und die Einführung von elektrifizierten Technologien fördern
• Förderung der Entwicklung von standardisierten Bewertungsverfahren für Schiffsbatterien
• Förderung der Entwicklung von Verfahren zur Überwachung und Bewertung installierter Batterien durch Klassengesellschaften, um Batteriebrände zu verhindern

IGF-Vorhaben 01IF23394N: Kostensimulation von Instandhaltungs-Strategien im Seeverkehr (KISS)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen CML
Prof. Dr.-Ing. Carlos Jahn, M.Sc. Steffen Klöver, M.Sc. Maximilian Reimann

Bearbeitungszeitraum: 01.04.2025 bis 30.09.2026

Kurzfassung

Ziel des Vorhabens KISS ist es, ein speziell für die Anforderungen der maritimen Branche zugeschnittenes Referenzmodell für das Instandhaltungsmanagement zu entwickeln. Dieses ermöglicht es für einzelne Schiffssysteme eine präventive, korrektive oder zustandsbasierte Instandhaltung unter realitätsnahen Einsatzbedingungen eines Schiffes zu simulieren und so unterschiedlich ausgestaltete Instandhaltungsstrategien anhand ökonomischer Kennzahlen zu bewerten. Dabei ist auch die räumliche Komponente der Instandhaltung weltweit agierender Schiffe zu berücksichtigen.
Hierzu wird ein simulationsgestütztes, szenariobasiertes Referenzmodell zur quantitativen Bewertung von Instandhaltungsstrategien im Seeverkehr anhand der Kosten, Verfügbarkeit und ggf. Umwelteinflüssen entwickelt. Es wird eine dynamisch diskrete Simulation vorgenommen, die den Realbetrieb mit ausreichender Genauigkeit abbildet. Eine Konfiguration für spezifische Anwendungsfälle ist über Eingangsparameter möglich. Eine modulare Struktur gewährleistet die einfache Konfiguration für verschiedene Schiffssysteme, -typen und Nutzungsprofile.
Als Ergebnis können konkrete Aussagen getroffen werden, für welche Schiffssysteme unterschiedlicher Schiffstypen die Einführung von zustandsbasierter Instandhaltung Vorteile gegenüber zeitbasiert präventiven sowie korrektiven Verfahren mitbringt. Im Speziellen sollen KMU der Wirtschaftszweige Schiffbau, maritime Zulieferindustrie und Seeschifffahrt von KISS profitieren. Werften können so z.B. beim Schiffsentwurf als Kundenservice die ökonomischen Auswirkungen verschiedener Instandhaltungsstrategien abschätzen, Zulieferer von Komponenten und CBM Systemtechnik können Anforderungen der späteren Instandhaltung besser in die Produktenwicklung einfließen lassen und Reedereien können Chancen durch innovative Ansätze wie zustands- und prognosebasierter Instandhaltung optimal nutzen.

IGF-Vorhaben 01IF23632N: Multisensorische Klebnahtprüfung im Schiffbau (Joint-Inspect)

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Linda Fröck, Dr. Christian Scharr 

Bearbeitungszeitraum: 01.03.2025 bis 30.06.2027

Kurzfassung

Ein effizientes Prüfverfahren ist eine wesentliche Voraussetzung, um die Akzeptanz von Klebungen im Schiffbau drastisch zu steigern und damit die Fertigung zu vereinfachen sowie bisher ungenutzte Leichtbaupotenziale freizusetzen. Etabliert ist neben der Sichtprüfung die manuelle und stichprobenartige Ultraschallprüfung an ausgewählten Verbindungen. Im Schiffbau werden das Fügen, die Inspektionen und die Reparaturen von Klebverbindungen in großer Mehrheit von KMU durchgeführt. Diese Zulieferbetriebe werden wesentlich von einer Zunahme an Klebanwendungen profitieren.
Im FSM-Vorhaben Klebschichtinspektionsmethoden wurden am Fraunhofer IGP unterschiedlichste Prüfverfahren für Klebverbindungen erprobt.
Hierbei hat sich gezeigt, dass an strukturellen Klebungen eine Analyse lokaler Eigenschwingungen dieselben Fehlertypen wie die etablierte Ultraschallprüfung erkennen kann. Während die Ultraschallsignale aufgrund ihrer Komplexität durch spezialisiertes Personal ausgewertet werden müssen, bietet der reduzierte Merkmalsraum der Schwingungsanalyse enormes Potential zur Automatisierung und Objektivierung der Prüfung.
Im Vorhaben Joint-Inspect wird daher die Resonanzanalyse als Grundlage eines mobilen Prüfsystems zur schnellen Erstbewertung struktureller Klebungen genutzt. Mit einer Umsetzung als handgeführtes System zur einseitigen Anwendung und einer automatisierten Auswertung wird ein großflächiger Einsatz ermöglicht, ohne dass hoch spezialisiertes Personal nötig ist, ideal für die Anwendung durch Techniker in KMU. Durch die Kombination mit einem visuellen Inspektionssystem wird eine lückenlose Prüfung und Dokumentation realisiert, die die bisherige rein subjektive Sichtprüfung ersetzen soll. Lokalisierte Messdaten erlauben bei wiederkehrender Prüfung eine Bewertung des Langzeitverhaltens der Klebungen. Anhand der Ergebnisse dieser Erstbewertung können aufwändigere Prüfverfahren, die Schäden bspw. mittels Ultraschall räumlich auflösen, bedarfsgerecht eingesetzt werden.

IGF-Vorhaben 01IF23432N: Steigerung der Langzeitbeständigkeit biobasierter Faserkunststoffverbunde für den Einsatz im Schiffbau (BioFKVSchiff)

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (IGP)​
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Stefan Schmidt, M.Sc. Alex Frederick Liebau

Bearbeitungszeitraum: 01.10.2024 bis 30.06.2027

Kurzfassung

Faserkunststoffverbunde (FKV) können aufgrund guter gewichtsspezifischer Eigenschaften zum Leichtbau in der Schifffahrt beitragen, was den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen senkt. Die Herstellung konventioneller Fasern und Kunststoffe ist allerdings mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden. Bio-FKV aus Flachsfasern und Bio-Polymeren besitzen ein niedrigeres Treibhausgaspotential und können so ganzheitlich zur CO2-Neutralität beitragen. Allerdings sind Bio-FKV anfällig gegenüber Impact-Belastungen und Witterungseinflüssen, was ihren Einsatz im Schiffbau hemmt.
Ziel des Projekts „BioFKVSchiff“ ist es, die Beständigkeit von Bio-FKV zu verbessern, indem das Zusammenwirken der einzelnen Materialien optimiert wird. Zum einen soll durch eine Faservorbehandlung die Faser-Matrix-Anbindung verbessert werden, was mit erhöhten mechanischen Eigenschaften und reduzierten Wasseraufnahmen verbunden ist. Zum anderen soll durch Beschichtungssysteme zur UV- und Witterungsstabilisation die Leistungsfähigkeit der Bio-FKV im Einsatz gesteigert werden. Dazu sind unterschiedliche Beschichtungen bezüglich ihrer Schutzwirkung bei künstlicher und natürlicher medialer Bewitterung sowie nach Rissinitiierung zu vergleichen.
Zum Projektende liegt ein optimierter Bio-Verbundwerkstoff vor, dessen hohes mechanisches Eigenschaftsprofil sowie optimierte Witterungs- und Schlagbeständigkeit einen Einsatz unter maritimen Bedingungen ermöglicht. Bei der Entwicklung des Bio-FKV und der zur Herstellung notwendigen Verfahren und Ausgangsmaterialien werden das End-of-Life und die Recyclingfähigkeit des Verbundwerkstoffes berücksichtigt.

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.