Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPBetrieb und Instandhaltung von wasserbaulichen Anlagen erfordern häufig nachträgliche Montagearbeiten von Ausrüstungsgegenständen (unter anderem Kabel, Rohre, Sensoren, Korrosionsschutzequipment) unter Wasser, welche durch Halterungen sicher angebracht werden müssen. Während schweißtechnische und mechanische Fügeverfahren im Unterwasserbereich nur sehr aufwändig herstellbar sind und deren Fügeverbindungen problematisch sein können (wie Wärmeeinbringung in den Grundwerkstoff, Korrosion oder Reduzierung der Kerbfallklasse), bekommt die Klebtechnik als alternatives Fügeverfahren eine zunehmend größere Bedeutung. Dieses Forschungsvorhaben soll dazu beitragen, dass das Kleben von Haltern unter Wasser mehr und mehr etabliert und reproduzierbarer gemacht werden kann.
Problemstellung
Für den Austausch und die Nachrüstung technischer Komponenten besteht bei Reedereien, Tauchfirmen sowie Betreibern von Hafenanlagen der Bedarf nach einem wärmearmen Fügeverfahren ohne Vorlochoperation. Für die sichere Anwendung des alternativen Unterwasserfügeverfahrens Klebtechnik, gilt es jedoch einen sicheren Prozess zu entwickeln, welcher den Schutz des Tauchers sowie der Natur gewährleistet und welcher gleichzeitig durch unbemannte Unterwasserfahrzeuge wie ROVs ausgeführt werden kann.
Zielstellung und Lösungsweg
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung des klebtechnischen Fügeverfahrens unter Wasser hinsichtlich optimierter Prozessparameter sowie eines praxistauglichen teilautomatisierten Demonstratorwerkzeugs. Hierzu wird das Halterdesign für den Unterwassereinsatz hinsichtlich der Abdichtung der Klebfuge und der Medienanbindung überarbeitet, um einen höheren Korrosionsschutz zu gewährleisten. Außerdem wird ein automatisiertes Heizsystem entwickelt und erprobt, welches unter Wasser die Aushärtung geklebter Halter optimieren soll (siehe Abbildung 1).
Mit Hilfe eines speziell entwickelten Versuchsstandes für ein Mehrstufen-Injektionsverfahren erfolgt eine Analyse zu den Einflüssen verschiedener Prozessparameter (Reiniger, Druck, Menge, Zeit, etc.) mittels Sekundäranalytik (REM, Kontaktwinkelmessung, Bresle-Test, Manometrie, etc.), um geeignete Prozessschritte zu ermitteln. Anschließend erfolgen Alterungsuntersuchungen (Labor- und Freiwasserauslagerungen) an Halterproben mit den optimierten Parametersätzen zur Ermittlung der Beständigkeit der Klebverbindungen. Abschließend werden Halterklebungen mit einem zu entwickelnden Demonstratorwerkzeug in einem Unterwasserbecken durch Taucher durchgeführt. Ein Konzept zum Demonstratorwerkzeug ist in Abbildung 2 zu sehen.
Nutzen
Mithilfe der beschriebenen Optimierungen und des weiterentwickelten Klebprozesses werden Kenntnisse über das Langzeitverhalten und die Leistungsfähigkeit unter Wasser hergestellter Probekörper gewonnen. Kleine und mittelständische Unternehmen profitieren durch die Schaffung von Basiswissen über den Einfluss von relevanten Prozessparametern auf unter Wasser durchgeführte Klebungen sowie durch eine abgesicherte Parametersammlung. Sie werden in die Lage versetzt realisierbare sowie teilautomatisierte Klebprozessabläufe umzusetzen sowie zu beherrschen. Hierdurch werden zum einen die Arbeitsabläufe für den Industrietaucher vereinfacht und zum anderen das Risiko für den Industrietaucher durch das fernhantierte Kleben weiter minimiert. KMU können hierdurch ihr Dienstleistungsportfolio erweitern und ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern.