Schlussbericht für das Verbundprojekt Hy-FiVE "Hybride Fügetechnologie für Verbindungen im maritimen Einsatz"; Vorhaben im Verbundprojekt: "Evaluierung und Optimierung von etablierten Fertigungsmethoden bezüglich deren spezieller Anwendung zur Herstellung hybrider Fügeverbindungen"

Abstract

Übergeordnetes Ziel dieses Entwicklungsprojektes war es, für verschiedene Anwendungen im Schiffbau geeignete klebstofffreie Fügetechnologien für Hybridverbindungen zu identifizieren und Prozesse und Methoden für die speziellen Anforderrungen des Schiffbaus zu entwickeln, zu evaluieren und zu demonstrieren. Durch den Einsatz solcher Verbindungen können der Einsatz von Leichtbaumaterialien im Schiffbau weiter vorangetrieben, die Prozesszeiten in der Werft verkürzt und gänzlich neue Designs und Konzepte ermöglicht werden. Durch die Integration klebstofffreier Verbindungen können erhebliche Zulassungshürden abgebaut und die Umsetzung von Leichtbaukonzepten im Schiffbau vereinfacht werden. Der vermehrte Einsatz von Leichtbaustrukturen im Schiffbau ist ein direkter Beitrag zum Klimaschutz im Sinne einer CO2-Einsparung und einer Ressourcenschonung durch effizienten Materialeinsatz. Die individuellen Ziele des Projektes wurden durch die die Umsetzung von halbautomatischen Faserverbundtechnologien zur Herstellung und Verarbeitung von stoff- und formschlüssigen Hybridverbindungen zwischen Metall und Faserverbundkunststoffen erreicht. Dazu wurden fasergerechte Anschlussgeometrien entwickelt. Die Herstellung der Verbindungen wurden hinsichtlich der Verbindungseigenschaft (Faservolumengehalt, Bruchspannung) optimiert. Ein weiterer Schwerpunkt stellte die zerstörungsfreie Charakterisierung der innovativen Verbindungen für die spätere Qualitätskontrolle dar. Es konnte gezeigt werden, dass die erarbeiteten Anschluss-geometrien auf flächige Bauteilgeometrien übertragbar sind und somit für die Herstellung großflächiger Verbindungsstellen als Alternative zum Kleben zur Verfügung stehen. Im direkten Vergleich mit den geklebten Verbindungen konnte keine der untersuchten Verbindungsmethoden die Festigkeiten von Klebungen erreichen. Demgegenüber steht der enorme Vorteil der in-situ Herstellung von Faserverbundbauteilen und Verbindungsstellen in einem Herstellschritt ohne nachgelagerte, aufwändige bzw. kostenintensive Prozessschritte, welche der Klebtechnologie anhaften. Darüber hinaus kann durch Anpassungen der Gestalt der hybriden Übergangsbereiche ein Festigkeitsniveau erreicht werden und so die geringeren Festigkeiten kompensiert werden. Datei-Upload durch TIB The overall aim of this development project was to identify suitable adhesive-free hybrid joining technologies for different applications in shipbuilding and to develop, evaluate and demonstrate processes and methods for the special requirements of shipbuilding. The future use of such joints can further advance the use of lightweight materials in shipbuilding, shorten process times in the shipyard and enable completely new designs and concepts. The strategic integration of adhesive-free joints means that enormous approval hurdles are eliminated and the implementation of light-weight construction concepts in shipbuilding is simplified. The increased use of lightweight structures in shipbuilding is a direct contribution to climate protection in terms of CO2 savings and resource conservation through the efficient use of materials. The individual objectives of the project were achieved through the implementation of semi-automatic fiber composite technologies for the production and processing of material and form-fit connections between metal and fiber composites. For this purpose, fiber-compatible connection geometries were developed in the first part of the project. The production of the joints was optimized as part of the project with regard to the properties of the joints. Another focus was on non-destructive characterization for subse-quent quality control. It was shown that the connection geometries developed can be successfully transferred to flat component geometries and are therefore available for use in the production of large-area joints as an alternative to bonding. In a direct comparison with bonded joints, no joining method was able to achieve the strength of the bonded joints. However, by adapting the shape of the hybrid transition areas, a level can be achieved that compensates for the lower strengths. On the other hand, the in-situ production of the fiber composite component and connection point in one manufacturing step without downstream, complex process steps, which are inherent to adhesive bonding technology.