Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
© Fraunhofer IGP
Klebtechnik
Arbeitsbereich
Dieser Bereich des Fraunhofer IGP beschäftigt sich sowohl mit aktuellen fügetechnischen Problemstellungen der Leicht- und Mischbauweisen als auch mit der Entwicklung und Adaption von Fertigungsverfahren für Faserverbundbauteile. Weitere Schwerpunkte sind die Untersuchung von Alterungseinflüssen auf Werkstoffe, Klebverbindungen und Beschichtungen durch Laboralterung in künstlichem Klima.
In Zusammenarbeit mit dem akkreditierten Prüflabor des Fraunhofer IGP werden Werkstoffe, Verbindungen und Beschichtungssysteme unter genormten Bedingungen geprüft und qualifiziert. Darüber hinaus werden für Spezialanwendungen neue Prüfverfahren entwickelt und eingesetzt.
Im Bereich der Klebtechnik erstreckt sich das Leistungsspektrum des IGP von der klebgerechten Konstruktion von Bauteilen und Baugruppen, über die Auslegung und Dimensionierung von Klebverbindung bis hin zur Entwicklung und Qualifizierung des gesamten Klebprozesses sowie der Verbindungsstelle.
Projektübersicht Klebtechnik
Automatisierte Klebprozesse
Automatisierte Klebprozesse
Fügen von innovativen Materialien in der schiffbaulichen Fertigung mittels automatisiertem Klebeprozess
Das Verbundvorhaben smartBOND hat zum Ziel, technologische und organisatorische Lösungen zu erarbeiten und zu validieren, die eine Etablierung der Klebtechnik im Schiffbau durch Steigerung der Produktqualität und Schaffung gesunder und attraktiver Arbeitsplätze ermöglichen. Das IGP arbeitet dabei an der Entwicklung und Qualifizierung von Klebeprozessen sowie der smarten Anbindung an das Qualitätsmanagement. Dazu werden neben Applikationsversuchen, Kennwertermittlungen und Alterungsuntersuchungen auch Konzepte zur Qualitätssicherung erarbeitet. Parallel dazu reduzieren soll eine sichere und lückenlose Online-Prozesserfassung entwickelt werden. Durch einen teilautomatisierten Klebprozess kann der Einsatz der Klebtechnik im Schiffbau vorangetrieben werden und damit z.B. auch der Einsatz von Leichtbaumaterialien beschleunigt werden.
Klebeigenschaften
Anisotrope Eigenschaften faserverstärkter Klebstoffe
Analyse, Simulation und Modifizierung der anisotropen Eigenschaften faserverstärkter Klebstoffe
Geklebte Verbindungen sind zum Standard in vielen Branchen geworden. Auch für große, hochbeanspruchte Verbindungen, wie sie z. B. im Fahrzeug-, Schiff- oder Windenergieanlagenbau vorkommen, sind Klebstoffe inzwischen unverzichtbar. Jedoch sind die Kenntnisse bezüglich der fertigungsbedingten Anisotropie der mechanischen Klebstoffeigenschaften oftmals mangelhaft. Die herstellungsspezifischen mechanischen Eigenschaften finden bei der Auslegung von Klebverbindungen daher zumeist keine Berücksichtigung. Daraus lassen sich für den Fall über- oder unterdimensionierter Klebungen wirtschaftliche Nachteile bzw. technische Probleme ableiten.
FKV-Klebverbindungen
Optimierung von FKV-Klebverbindungen
Lebensdaueranalyse für Klebverbindungen in großen FKV-Strukturen mit variierenden Klebschichtdicken
Das Ermüdungsverhalten geklebter Großstrukturen, wie sie beispielsweise im Windenergieanlagen- und Schiffbau vorkommen, wird maßgeblich durch fertigungsbedingte Imperfektionen in der Klebschicht bestimmt, da diese die Rissentstehung und -ausbreitung begünstigen. Ziel des Vorhabens ist es daher, den Einfluss dieser auf die Lebensdauer von Großstrukturen aus einem Faserkunststoffverbund- (FKV-) zu analysieren. Dazu werden zunächst in der Praxis auftretende Imperfektionen untersucht und klassiert. Ausgewählte Imperfektionen werden dann in realen sowie virtuellen Versuchen mittels statischer und dynamischer Versuche geprüft. Aus der Aufbereitung der Ergebnisse werden praxisgerechte Untersuchungsmethoden sowie Gestaltungsrichtlinien abgeleitet, wodurch die Auslegung von FKV-Klebverbindungen optimiert werden kann.
Unterwasserklebprozess
Unterwasserklebprozess
Untersuchung und Optimierung der Prozessparameter und Werkzeuge zum Unterwasserkleben von Halterungssystemen
Der Betrieb und die Wartung von Wasserbauwerken und -fahrzeugen erfordern häufig die nachträgliche Montage von Ausrüstungsgegenständen, wie Sensoren, Sonarsender oder Korrosionsschutzequipment unter Wasser. Durch Schweißverfahren und mechanisches Fügen entstehen metallurgische sowie mechanische Kerben, weshalb im abgeschlossenen IGF-Projekt Unterwasserkleben (19493 BR) ein geklebtes Haltersystem grundlegend entwickelt wurde. Ziel des aktuellen Vorhabens ist die Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter des mehrstufigen Injektionsprozesses (Medien, Zeiten, Drücke) auf die Verbindungsgüte und die Entwicklung eines entsprechenden teilautomatisierten Werkzeugs für den Einsatz durch Taucher oder ROV. Hiermit soll die Prozesssicherheit gesteigert, die Prozessgrenzen nachgewiesen und ein Verfahren für die Anwendung durch ROVs / AUVs vorbereitet werden.
Klebschichtalterung
Alterungsprozess von Klebschichten nachweisen
Nachweis der beschleunigten Laboralterungsprozeduren durch die Identifikation der für die Alterung von Klebverbindungen relevanten Parameter
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 „Klebschichtalterung“ 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.
Maritime Elektromobilität
Systemlösung für ein maritimes Städteshuttle
VP3: Entwicklung und Konstruktion einer Schiffsstruktur
Ziel des Bündnisses E2MUT ist die Entwicklung und Einführung von emissionsfreien urbanen Mobilitätslösungen auf dem Wasser. Neben zwei Verbundprojekten, die sich mit der Infrastruktur und dem Antriebs- und Energiesystemen befassen, beschäftigt sich das VP3 mit der Entwicklung und Konstruktion der Schiffsstruktur, das durch ein neuartiges Design an die Erfordernisse alternativer Antriebssysteme angepasst ist. In fünf Kompetenzfeldern wird unter anderem an der Entwicklung eines schnellen Städteshuttels für den intraurbanen Raum sowie an modernen Binnenfrachtern und Elektrofähren gearbeitet. Die Schiffe ebnen dank innovativer Multi-Hull-Rumpfform mit adaptiver Foil-Unterstützung, die mit neuartigen Fertigungs- und Fügeverfahren aus Faserverbundmaterialien hergestellt werden, den Weg für einen emissionsarmen Personen- und Wirtschaftsverkehr.
Halterkleben
Halterkleben in der Entwicklung
Der zunehmende Konkurrenzkampf im Schiffbau erhöht die Anforderungen an Werften und Zulieferfirmen. Es besteht die Forderung nach immer kürzeren Fertigungszeiten des gesamten Schiffes, sowie zur Realisierung kurzfristiger Änderungen und Kundenwünsche in endnahen Bauphasen. Aus diesem Grund wurde im Forschungsvorhaben (IGF 18527 BG) neben einem zerstörungsfreien Verfahren zum Nachweis der erforderlichen Mindesttragfähigkeiten der Beschichtung, eine Halterfamilie entwickelt. Nach Beendigung des Projektes wurde die schiffbauliche Zulassung bei zwei Klassifikationsgesellschaften durch weiterführende Untersuchungen erlangt. Derzeit werden die Halterungen weiterentwickelt, um mit Hilfe von zwei kombinierten Haltern Hängematten auf Schiffen zu befestigen.
Windenergieanlagen
Überprüfung von Rotorblättern mit Hilfe einer autonomen Drohne
Automatic Rotorblade Groundbased Observation System (Argos)
Zur Wartung von Wind-Energieanlagen gehört auch die regelmäßige Prüfung der Rotorblätter, welche in der Regel alle zwei Jahre durchgeführt werden muss. Nach aktuellem Stand der Technik seilen sich hierfür Industriekletterer an den Rotorblättern herab. Sie überprüfen durch Fotodokumentation sowie Klopfen (Klopfprüfung) an auffälligen Bereichen den Zustand des Blattes. Mittels der zurzeit geläufigen Methoden kann jedoch nur eine partielle und lokale Inspektion am Rotorblatt ermöglicht werden.
Unterwasserkleben
Kleben unter Wasser
Untersuchung und Optimierung der Prozessparameter und Werkzeuge zum Unterwasserkleben von Halterungssystemen
Der Betrieb und die Wartung von Wasserbauwerken und -fahrzeugen erfordern häufig die nachträgliche Montage von Ausrüstungsgegenständen, wie Sensoren, Sonarsender oder Korrosionsschutzequipment unter Wasser. Durch Schweißverfahren und mechanisches Fügen entstehen metallurgische sowie mechanische Kerben, weshalb im abgeschlossenen IGF-Projekt Unterwasserkleben (19493 BR) ein geklebtes Haltersystem grundlegend entwickelt wurde. Ziel des aktuellen Vorhabens ist die Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter des mehrstufigen Injektionsprozesses (Medien, Zeiten, Drücke) auf die Verbindungsgüte und die Entwicklung eines entsprechenden teilautomatisierten Werkzeugs für den Einsatz durch Taucher oder ROV. Hiermit soll die Prozesssicherheit gesteigert, die Prozessgrenzen nachgewiesen und ein Verfahren für die Anwendung durch ROVs / AUVs vorbereitet werden.
Automatisierte Klebprozesse
Automatisierte Klebprozesse
Fügen von innovativen Materialien in der schiffbaulichen Fertigung mittels automatisiertem Klebeprozess
Das Verbundvorhaben smartBOND hat zum Ziel, technologische und organisatorische Lösungen zu erarbeiten und zu validieren, die eine Etablierung der Klebtechnik im Schiffbau durch Steigerung der Produktqualität und Schaffung gesunder und attraktiver Arbeitsplätze ermöglichen. Das IGP arbeitet dabei an der Entwicklung und Qualifizierung von Klebeprozessen sowie der smarten Anbindung an das Qualitätsmanagement. Dazu werden neben Applikationsversuchen, Kennwertermittlungen und Alterungsuntersuchungen auch Konzepte zur Qualitätssicherung erarbeitet. Parallel dazu reduzieren soll eine sichere und lückenlose Online-Prozesserfassung entwickelt werden. Durch einen teilautomatisierten Klebprozess kann der Einsatz der Klebtechnik im Schiffbau vorangetrieben werden und damit z.B. auch der Einsatz von Leichtbaumaterialien beschleunigt werden.
Leistungen
- Gestaltung und Qualifizierung von Klebverfahren und Klebverbindungen durch Klebstoffauswahl
- Oberflächenvorbehandlung sowie Entwicklung von klebtechnischen Prozessen
- Entwicklung von Automatisierungslösungen für klebtechnische Anwendungen
- Kennwertermittlung für Material und Verbindungen durch statische und zyklische Prüfungen sowie Polymeranalytik
- Analytische und numerische Berechnung von Klebverbindungen
- Klebprozessausführung und Bauteilversuche unter simulierten Realbedingungen
Ausstattung
| Prüflabor | Fertigungstechnik | Analytiklabor | Klimalabor |
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