Neue Werkstoffe und Verfahren

Zur Lagerung elektrischer Anlagen und Komponenten auf Energieübertragungsplattformen werden strukturelle Verbundbauteile aus glasfaserverstärktem Kunststoff verwendet. Der elektrisch nichtleitende Kern der Verbundisolatoren soll die sichere Isolation und zuverlässige Lagerung von beispielsweise Konvertermodulen gewährleisten. Durch den Offshore-Einsatz der Mehrzweckplattformen wirken auf die strukturellen Bauteile dynamisch zyklische Beanspruchungen, die aus äußeren Einwirkungen auf die Plattform resultieren. Bestehende Isolatorenkonzepte werden hinsichtlich ihrer mechanischen Beanspruchbarkeit materialseitig und konstruktiv mittels numerischer Simulation sowie experimenteller Prüfung optimiert. Das entwickelte Bemessungskonzept zum Nachweis der Dauerfestigkeit soll auf vergleichbare Composite-Bauteile transferiert werden können.

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Als Teil der Forschungsgruppe Smart Ocean Technologies (kurz: SOT) beschäftigt sich das Fraunhofer IGP mit Problemstellungen der maritimen Industrie. Zusammen mit dem Digital Ocean Lab in Nienhagen bildet das SOT dabei die von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderte forschungsseitige Basis für den am Rostocker Fischereihafen entstehenden Ocean Technologie Campus. Das IGP bringt hier im Rahmen des Projektes Unterwasser-Instandhaltung sein Expertenwissen im Bereich des Korrosionsschutzes ein und entwickelt, zusammen mit den Fraunhofer-Instituten IOSB, IGD und IKTS ein Verfahren zur mechanisierten Applikation von Beschichtungsstoffen mittels Unterwasser-Fahrzeug. Das Ziel ist die Entwicklung einer Technologie, welche in Form der Spot-Repair-Anwendung den Korrosionsschutz partiell instand setzt. Dies führt nicht nur zu großen ökonomischen Vorteilen, sondern geht aufgrund des Verzichts von Tauchereinsätzen auch mit einer erheblichen Steigerung der Arbeitssicherheit auf hoher See einher.

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Überkapazitäten in der regenerativen Stromerzeugung können nach einer Umwandlung mittels Elektrolyse in Form von Wasserstoff gespeichert werden. Die gasförmige Druckspeicherung stellt hierbei hohe Anforderungen an die Druckbehälter, die aus einem thermoplastischen inneren Auskleidungskörper, dem Liner, und einer gewickelten Druckhülle aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen. Die Forschungsarbeiten verfolgen einerseits die Verbesserung der Zusammensetzung sowie der Verarbeitung des thermoplastischen Liner-Materials im reaktiven Rotationsguss im Hinblick auf seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften. Andererseits beschäftigen sie sich mit der rechnerischen Auslegung und Optimierung der Geometrie der einzelnen Druckbehälter-Komponenten zur Spannungsreduzierung vor allem in Übergangsbereichen.

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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.

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Hohe atmosphärische Belastungen führen zu besonderen Anforderungen an den Korrosionsschutz von Offshore-Windenergieanlagen durch Beschichtungssysteme. Der händische Applikationsprozess und die Erzielung definierter Schichtdicken mittels Spritztechnik ist dabei sehr zeit- und kostenintensiv. An komplexen Geometrien, wie Schweißnähten und Kanten, kommt es darüber hinaus häufig zu qualitätsmindernder Kantenflucht. Durch diesen Effekt werden die Vorgaben des Korrosionsschutzes nach der Mindestschichtdicke häufig nicht mehr erfüllt. Um der Kantenflucht entgegenzuwirken, werden Schweißnähte und Kanten in einem zusätzlichen Arbeitsschritt mit einem Pinsel vorgelegt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, den Vorlegeprozess an komplexen Geometrien zu automatisieren, um einen qualitativ hochwertigen und kostenreduzierten Korrosionsschutz zu ermöglichen.

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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.

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Infolge steigender Leichtbauanforderungen gewinnt das Kleben als Fügeverfahren im Schiffbau an Bedeutung. Der Integration der Klebtechnik steht jedoch auch die fehlende Langzeiterfahrung im Weg. Ziel ist es, geeignete Inspektionsverfahren und -intervalle für den laufenden Betrieb zu finden und die Erfahrungen mit Klebverbindungen im maritimen Bereich auszubauen. Um das zu erreichen, werden für den Schiffbau typische Imperfektionen in Klebverbindungen hinsichtlich ihres Schädigungspotenzials sowie Einflusses auf die Lebensdauer bewertet. Anhand der Erkenntnisse werden sinnvolle Inspektionsintervalle für den Einsatz von Klebverbindungen im Schiffbau festgelegt. Weiterhin werden zerstörungsfreie Inspektionsmethoden für den Gebrauch sowohl auf der Werft als auch auf dem Meer zusammengetragen und auf ihre Anwendbarkeit geprüft.  

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Der Einsatz von Kompositmaterialien im Schiffbau ist aufgrund großer Gestaltungsfreiheit, hohem Korrosionswiderstand und erheblicher Gewichtseinsparung prinzipiell äußerst vielversprechend. Strenge Brandschutzbestimmungen verhindern jedoch die Verwendung konventioneller Faserkunststoffverbunde (FKV) mit organischen Matrizes, die im Brandfall unter Wärmefreisetzung verbrennen. Die Lösung der Problematik besteht in der Substitution der Kunststoffe durch anorganische, nicht brennbare Matrixsysteme. Konventionelle Fertigungsverfahren für FKV lassen sich allerdings nicht ohne weiteres auf die anorganischen Materialien übertragen. Das Projekt AnorKomp beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Optimierung und Verarbeitung anorganischer Systeme sowie Verfahren zur Fertigung entsprechender Kompositbauteile.

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Offshore-Windenergieanlagen sind ständig Wind, Wasser und Salz ausgesetzt. Der Schutz der stahlbaulichen Strukturen wird durch leistungsfähige Beschichtungssysteme gewährleistet. Die Applikation dieser flüssigen Beschichtungsstoffe ist durch Umgebungsbedingungen und Qualitätsüberwachung im Beschichtungsprozess mit enormem Aufwand verbunden. Mit Entwicklung eines Folienbeschichtungssystems können die Anforderungen an die technische Hallenausstattung deutlich gesenkt werden. So kann auf eine Lüftungsanlage und auf explosionsgeschützte Bereiche verzichtet werden. Die Entwicklung einer automatisierten Applikationsanlage ist geplant. In Kombination mit dem Folienbeschichtungssystem sinkt der Bedarf an Qualitätsüberwachung erheblich. Außerdem sind weniger Mitarbeiter in den Gefahrenbereichen tätig.  

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