Standardisierung von hochelastischen Aluminium-Stahl- und FVK-Stahl-Klebverbindungen für den Schiffbau (Kleben) [IGF-Nr. 16764 N]

Durchführende Stellen: IFAM Bremen (Dr. Brede), CMT (K. Siering)

Bearbeitungszeitraum: 01.11.2010 bis 31.05.2014

Abschlussbericht: CMT 27/2014


Motivation / Ausgangssituation

Aus Gewichtsgründen werden Decksaufbauten im oberen Bereich von Schiffen aus Aluminium oder faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Die Anbindung an die darunter liegende Stahlstruktur erfolgt im Fall des Aluminiums z.B. durch beidseitiges Schweißen an sprengplattierte Aluminium-Stahl-Sandwichplatten. Die Verfügbarkeit dieser Sandwich­platten ist begrenzt. Die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium führen zu festigkeitsmindernden Eigenspannungen. Als Alternative bietet sich eine hochelastische Klebverbindung an, die in der Lage ist, die Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Stahl und Aluminium zu kompensieren. Eine Erweiterung auf Verbindungen zu Glasfaserverbundkunststoffen ist aus Sicht der auftretenden Spannungen relativ leicht möglich, da der Wärmeausdehnungskoeffi­zient von Aluminium sich nur geringfügig von dem des quasi-isotropen GFK unterscheidet.

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Technisches Ziel des Projektes ist die Standardisierung von Aluminium- (bzw. FVK-) / Stahlkleb­verbindungen für den Schiffbau und die Entwicklung und Validierung einer Qualifizie­rungsme­thode zur beanspruchungsgerechten Ermittlung von Bemessungsgrößen. Primäres wissenschaftliches Ziel des Projektes ist, Erkenntnisse über das Verhalten von hoch­elastischen Klebstoffen unter schwingender Beanspruchung mit variablen Amplituden zu erhalten. Die notwendigen Daten und Informationen müssen aufgrund der im Schiffbau möglichen Zeithorizonte vor einer Projektierung weitgehend verfügbar sein. Dieses ist nur möglich, wenn eine Standardisierung vorgenommen wird. Ein konzeptioneller Rahmen zur Zulassung und Einführung einer klebtechnischen Anwendung im Schiffbau ist auf Grundlage von zugehörigen Regelwerken grundsätzlich umrissen. Eine konkrete Umsetzung erfordert übertrag­bare Kennwerte und festgelegte Prüfmethoden, insbesondere für Betriebsfestigkeit und Langzeitbeständigkeit der Klebverbindungen. Die gleichzeitige Kombination relevanter Einflussgrößen ist notwendig, da die multiplikative Abminderung nicht zielführend ist. Die Standardisierung erfolgt nach dem folgenden Konzept:

·  Die Oberflächen sollen mit einer hinreichend korrosionsschützenden Beschichtung versehen sein. Die Tragfähigkeit / Festigkeit der Grundierung soll die zulässigen Werte der Beanspruchung des hochelastischen Klebstoffsystems überschreiten.

·  Die geometrische Gestalt der Klebverbindung lehnt sich an die Erfordernisse der Anwendung an und entspricht einer L-Stoß- oder T-Stoß-Verbindung. Da Spannungsüberhöhungen bei hochelastischen Klebungen bei hinreichend steifen Fügetei­len vernachlässigbar sind können die geometrischen Abmessungen durch Formfaktoren mit einer Standardabmessung korreliert werden.

·  Im Wesentlichen sind schwingende und relaxierende Beanspruchungen bei kleinen Mittellasten unter Kombina­tion von Klima und Temperatur relevant. Der Beanspruchung zu Grunde gelegt werden sollen Lastspektren, die die typischen Wellenbewegungen repräsentieren. Diese werden überlagert durch je einen langsam schwingenden Tag / Nacht und einen Jahreszyklus, die den mechanischen Einfluss der Temperatur auf die Wärmedehnungsunter­schiede zwischen Stahl und Aluminium / FVK repräsentieren.

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