Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen (Klebschichtinspektionsmethoden)

Infolge steigender Leichtbauanforderungen gewinnt die Klebtechnik als Fügeverfahren im Schiffbau immer mehr an Bedeutung. Fehlende Langzeiterfahrung im maritimen Bereich stehen der Integration der Klebtechnik in die Produktion jedoch im Weg. Ziel ist es deshalb, geeignete Inspektionsverfahren und –intervalle für den laufenden Betrieb zu finden und die Erfahrungen mit Klebverbindungen im Schiffbau auszubauen.

© Fraunhofer IGP
Ultraschallsystem (links) detektiert Imperfektionen (rechts, rote Bereiche) in einer Klebverbindung
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Luft- (links) und Materialeinschlüsse (rechts) auf einer Röntgenaufnahme

Ausgangssituation/ Zielstellung

Innovative Konstruktionen können unter anderem aufgrund des steigenden Einsatzes von Mischbauweisen im Schiffbau nicht mehr vollständig durch die klassischen Fügeverfahren, wie z. B. Schweißen oder Nieten, realisiert werden. Zur Umsetzung moderner Strukturen ist die Integration neuer Techniken zwingend notwendig. Die Klebtechnik als alternatives Fügeverfahren bringt dahingehend viele Vorteile mit sich. Die Eingliederung in den Herstellungsprozess wird jedoch durch die momentan fehlenden Erfahrungen mit Klebungen in maritimer Umgebung als auch den Mangel an zuverlässigen Inspektionsmethoden zur Schadensüberwachung beeinträchtigt. Um die Klebtechnik im Schiffbau weiter zu etablieren und den Abbau von Vorbehalten gegenüber dieses Fügeverfahrens voranzutreiben, sollen die Auswirkungen von Fehlstellen ermittelt und passende Methoden zur betriebsbegleitenden zerstörungsfreien Kontrolle der Klebungen entwickelt werden.

Lösungskonzept/ Herangehensweise

Zunächst werden für den Schiffbau typische Imperfektionen in Klebverbindungen identifiziert und klassifiziert. Diese Fehlstellen werden in verschiedene Prüfkörper eingebracht, um diese anschließend in statischen und dynamischen Versuchen zu prüfen. Daraufhin werden die verschiedenen Imperfektionen hinsichtlich ihres Schädigungspotenzials bewertet und bezüglich ihres Einflusses auf die Restlebensdauer untersucht. Anhand der gewonnenen Daten werden für den Einsatz von Klebverbindungen im Schiffbau sinnvolle Inspektionsintervalle festgelegt. Des Weiteren werden bestehende zerstörungsfreie Inspektionsmethoden zusammengetragen, die für den Gebrauch auf der Werft als auch auf dem Meer anwendbar sind. Eine genauere Auswahl wird zudem auf ihre Anwendbarkeit sowie Eignung in maritimer Umgebung überprüft.

Ausgewählte Ergebnisse

In den statischen Prüfungen konnte nachgewiesen werden, dass die Imperfektionen bis zu einem bestimmten Anteil in der Klebung keinen negativen Einfluss auf die Klebverbindung haben. Ab diesem Grenzwert nehmen die Auswirkungen jedoch mit steigendem Fehlstellenanteil in der Klebung immer weiter zu und beeinträchtigen den Verbund.
Aus der Gesamtheit an zerstörungsfreien Prüfmethoden wurden unter anderem die Ultraschall- sowie Röntgenprüfung für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Die Ultraschallprüfung kann schnell und uneingeschränkt auch während des Betriebs angewendet werden, um den Zustand von Klebverbindungen zu überwachen. Versuche mit Prüfkörpern zeigten, dass die untersuchten Imperfektionen mit einem Ultraschallsystem zuverlässig detektiert werden konnten (siehe Abbildung 1). Unter Fertigungsbedingungen können Klebverbindungen mit der Röntgenprüfung genauer untersucht werden. Verschiedene Tests an Prüfkörpern bestätigten, dass sich dieses Verfahren zur sicheren Detektion von Luft- bzw. Materialeinschlüssen eignet (siehe Abbildung 2).

Förderhinweise

Förderung: Das IGF-Vorhaben „Klebschichtinspektion“ (IGF-Nr. 19870 BG) der Forschungsvereinigung Center of maritime Technology (CMT) wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektpartner

Fraunhofer IFAM