DE69200409T2

DE69200409T2 - Befestigungsverfahren von Verbundwerkstoffstrukturen mit einem metallenen Schiffsrumpf.

Info

Publication number: DE69200409T2
Application number: DE69200409T
Authority: DE
Inventors: Stephane Lagadec; Lan Jean-Yves Le; Lann Gilles Le; Christian Marrec; Robert Pluen
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2012-07-04
Also published as: FR2678546B1; ES2063571T3; EP0521793A1; EP0521793B1; DE69200409D1; FR2678546A1; TW207517B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Strukturen aus Metall und Verbundstoffen, das sich insbesondere an die Montage von Superstrukturen aus Verbundstoffen auf einem metallischen Schiffsrumpf wendet.
Die Verwendung von Verbundstoffen hat sich in den letzten Jahren für die Herstellung von Strukturbestandteilen verallgemeinert, zum Beispiel bei der Konstruktion von Schiffssuperstrukturen. Diese Strukturbestandteile bestehen im allgemeinen aus Verbundstoffen vom Typ Sandwich oder von monolithischem Typ. Diese Strukturbestandteile müssen mit Hilfe von Mitteln montiert werden, die in der Lage sind, die mechanische Beständigkeit zu gewährleisten, wenn das Schiff allgemeinen und örtlichen Kräften ausgesetzt ist.
Man kennt Montageverfahren, bei denen die Superstrukturen aus Verbundstoffen mittels Schraubverbindungen am Stahlrumpf befestigt werden. Der Stand der Technik hat sich ganz natürlich auf diese Verfahren konzentriert, da das unmittelbare Verschweißen von Verbundstoffen an einer Metallstruktur nicht durchführbar ist. Die Dauerhaltbarkeit der Schraubverbindungen ist jedoch bei Strukturen mit großen Abmessungen häufig begrenzt. Außerdem sind die Schraubverbindungen im Fall von militärischen Anwendungen für die gleichwertige Radarstrahlung eine Quelle von nicht akzeptierbaren Reliefs.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der durch die Schraubverbindung entstehenden Nachteile, indem sie ein Montageverfahren von Superstrukturen aus Verbundstoffen auf einem metallischen Schiffsrumpf vorschlägt, das die Einfügung eines Metallstreifens zwischen den Schichten der Superstrukturen aus Verbundstoff mit der Verschweißung dieses Streifens am metallischen Schiffsrumpf kombiniert.
Demzufolge bietet die Erfindung die Möglichkeit, Verbundstoffe zur Herstellung von Superstrukturen zu verwenden, wobei man aus den durch Verschweißen der Bestandteile gebotenen Vorteilen Nutzen zieht: höhere statische Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit (Wechselbeanspruchungen des Schiffsträgers), Fortsetzung der Außenform ohne bedeutende Unebenheit, Vorfertigungsmöglichkeit der Verbundstoffteile durch eine spezialierte Werft und Montage am Konstruktionsort durch Personal, das nur über das Know-How einer Werft für Metallrümpfe verfügt.
Die Erfindung erreicht ihr Ziel dank eines Montageverfahrens auf einem metallischen Schiffsrumpf von Superstrukturen aus Verbundstoff vom Typ Sandwich oder monolithischen Typs, bestehend aus mehreren Faser-Harz-Schichten, davon zwei Endschichten, der sogenannten Unterhaut und Oberhaut, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Unter- und Oberhaut über einen Teil seiner Breite ein Metallstreifen eingefügt wird, der am nicht bedeckten Teil des metallischen Schiffsrumpfs verschweißt wird. Nach einer Ausführungsart, bei der das Verfahren für Superstrukturen aus Verbundstoff vom Typ Sandwich mit zwischen einer Unterhaut und einer Oberhaut verklebter Füllung angewendet wird, schwankt die Dicke der Füllung ununterbrochen ab ihrer Nenndicke bis zur Dicke des Metallstreifens. Die Unterseiten der Füllung und des mit der Unterhaut in Kontakt stehenden Streifens können dann vorteilhafterweise örtlich an der Verbindung Füllung - Streifen koplanar sein.
Nach einer Ausführungsart, bei der das Verfahren für Superstrukturen aus Verbundstoff monolithischen Typs angewendet wird, kann die Dicke zwischen der Unterhaut und der Oberhaut ununterbrochen schwanken.
Der Metallstreifen kann an einem Süllrand des Rumpf oder direkt am Rumpf verschweißt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels der Erfindung enthalten, unter Bezugnahme auf folgende, beiliegende Zeichnungen:
- Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Schiffs, der die Anwendung der Erfindung auf die Montage von Superstrukturen aus Verbundstoff auf einem metallischen Schiffsrumpf erläutert.
- Fig. 2 ist eine Vergrößerung des Details einer Montage der Struktur nach Fig. 1.
- Fig. 3 ist eine perspektivische Sicht eines Strukturbestandteils aus Verbundstoff vom Typ Sandwich, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
- Fig. 4 ist ein Schnitt eines Strukturbestandteils, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und eine Struktur von monolithischem Typ betrifft.
- Fig. 5 ist ein erstes Montagebeispiel einer Verbundstoffstruktur mit einer Metallstruktur.
- Fig. 6 ist ein zweites Montagebeispiel einer Verbundstoffstruktur mit einer Metallstruktur.
- Fig. 7 ist ein Schnitt einer monolithischen Struktur, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und eine ununterbrochene Schwankung der Dicke zwischen den externen Schichten des Schichtstoffs aufweist.
Auf Fig. 1 wurde ein schematischer Querschnitt eines Schiffs dargestellt, um die Erfindung hinsichtlich der Montage von Superstrukturen aus Verbundstoff 1 auf einem Metallrumpf 2 zu erläutern.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Montage von Superstrukturen aus Verbundstoffen auf einem metallischen Schiffsrumpf nur zur Erläuterung dient, und daß man sich ohne weiteres andere Anwendungen des Verfahrens, z.B. im Bereich des Tiefbaus, vorstellen kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die auf Fig. 1 schematisch dargestellte Montage wird auf Fig. 2 ausführlicher erläutert, und das Bestandteil der Superstruktur aus Verbundstoff vom Typ Sandwich, das mittels der Einfügungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, ist in perspektivischer Sicht auf Fig. 3 dargestellt. Auf den Fig. 2 und 3 wurde die zwischen mehreren Faser-Harz- Schichten verklebte Sandwichfüllung mit dem Kennzeichen 3 versehen. Sie besteht aus mindestens einer oberen Schicht, der sogenannten Oberhaut 5, und einer unteren Schicht, der sogenannten Unterhaut 4. Die Häute 4 und 5 können vorteilhafterweise aus Glasfasern oder aus harzimprägniertem Kohlenstoff bestehen und gewährleisten die Steife der Verbundstoffstruktur. Auf der Fig. 2 kann man erkennen, daß die Dicke der Füllung 3 nach und nach abnimmt, bis sie die Dicke des Metallstreifens 6 erreicht, von dem sie verlängert wird. Die Häute 4 und 5 überdecken teilweise den Streifen 6, um seine Solidarisierung mit der Superstruktur aus Verbundstoff zu gewährleisten. Der überdeckte Streifenabschnitt muß groß genug sein, um die für die Einheit erforderliche mechanische Beständigkeit zu gewährleisten, und der freie Teil des Streifens muß sich außerdem so weit über die Häute 4 und 5 erstrecken, daß letztere nicht von einer zu hohen Erhitzung beim Verschweißen mit der Metallstruktur 2 beschädigt werden.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsart für eine Superstruktur aus Verbundstoff mit einer zwischen einer unteren Haut und einer oberen Haut verklebten Füllung aus Balsaholz oder aus Polyvinylchlorid, entspricht die Länge des von den Häuten 4 und 5 überdeckten Streifenteils ungefähr der Länge des freien Teils . Zur Angabe einer Größenordnung: Wenn die Dicke der Füllung 20 mm beträgt und diejenige des Streifens 9 mm, erreicht die Länge des freien Teils 250 mm.
Da die Dicke der Füllung 3 ununterbrochen schwankt, weist die Außenfläche bei militärischen Anwendungen keine unakzeptierbaren Reliefs für die gleichwertige Radarstrahlung auf. Ein Träger aus auf der Oberhaut 5 geschichtetem Verbundstoff wurde mit 8 bezeichnet, der der Struktur eine zusätzliche Steife verleihen soll.
Zur Herstellung eines Bestandteils einer Superstruktur, wie auf Fig. 3 dargestellt, fertigt man zunächst auf einem Tisch die Unterhaut 4 an. Am Ende der Platte positioniert man einen Ausformungskeil, gegen den man den Metallstreifen 6 anlegt, indem man den Schichtstoff teilweise überdeckt.
Dann klebt man die Füllung 3 auf die Unterhaut 4, indem man sie in der Verlängerung des Streifens positioniert (siehe Fig. 3). Die mit der Unterhaut 4 in Kontakt stehenden Seiten der Füllung 3 und des Streifens 6 sind dann an der Verbindung Füllung - Streifen koplanar. Das Verkleben wird von einem Andrücken mittels eines Vakuumbeutels gefolgt, wodurch eine einwandfreie Beseitigung der im Harz enthaltenen Luftblasen und das bessere Haften des Streifens und der Füllung gewährleistet werden. Die Oberseite der Füllung ist fassoniert, um die Oberseiten der Füllung und des Streifens ohne brutalem Absatz zusammenzufügen. Daraufhin wird die Oberhaut 5 beschichtet. Im Falle eines Superstrukturbestandteils von monolithischem Typ, wie auf Fig. 4 dargestellt, fügt man in den von den Häuten 4 und 5 sowie von der Streifenkante begrenzten Freiraum einen Füllstoff 10 ein, der vorteilhafterweise aus syntaktischem Schaum mit Glas-Harz- Mikrokugeln bestehen kann. Der Füllstoff ermöglicht eine progressive Schwankung der Dicke des Verbundstoffs. Die monolithische Superstruktur kann ebenfalls eine fortgesetzte Schwankung der Dicke zwischen den externen Schichten aufweisen (siehe Fig. 7).
Das so erstellte Bestandteil der Superstruktur wird daraufhin durch Verschweißen des Streifens mit einer Metallstruktur befestigt, entweder an einem Süllrand, wie auf Fig. 5 dargeStellt, oder unmittelbar am Rumpf, wie auf Fig. 6 dargestellt.
Somit erzielt man durch Kombinieren der Einfügung und des Schweißens eine ununterbrochene, lineare, externe Verbindung.

Claims

1. Montageverfahren auf einem metallischen Schiffsrumpf (2) von Superstrukturen aus Verbundstoff (1) vom Typ Sandwich oder monolithischen Typs, bestehend aus mehreren Faser-Harz- Schichten, davon zwei Endschichten, der sogenannten Unterhaut (4) und Oberhaut (5), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Unter- und Oberhaut (4, 5) über einen Teil seiner Breite ein Metallstreifen (6) eingefügt wird, der am nicht bedeckten Teil des metallischen Schiffsrumpfs (2) verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für Superstrukturen aus Verbundstoff vom Typ Sandwich mit zwischen einer Unterhaut (4) und einer Oberhaut (5) verklebter Füllung (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Füllung ununterbrochen ab ihrer Nenndicke bis zur Dicke des Metallstreifens schwankt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseiten der Füllung (3) und des mit der Unterhaut (4) in Kontakt stehenden Streifens (6) örtlich an der Verbindung Füllung - Streifen koplanar sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 für Superstrukturen aus Verbundstoff monolithischen Typs, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke zwischen der Unterhaut (4) und der Oberhaut (5) ununterbrochen schwankt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen (6) an einem Süllrand (9) des Rumpfs (2) verschweißt wird.