EP3448612A1 - Mehrschichtbauteil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Mehrschichtbauteil und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP3448612A1
EP3448612A1 EP16722087.0A EP16722087A EP3448612A1 EP 3448612 A1 EP3448612 A1 EP 3448612A1 EP 16722087 A EP16722087 A EP 16722087A EP 3448612 A1 EP3448612 A1 EP 3448612A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cover plate
base plate
stiffening element
damping layer
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16722087.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard Tetzlaff
Peter Klauke
Oliver Kleinschmidt
René VAN DER MARK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3448612A1 publication Critical patent/EP3448612A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic

Definitions

  • the invention relates to a component comprising at least one base plate, at least one cover plate arranged on the base plate and at least one damping layer arranged between the base plate and the cover plate.
  • a component comprising at least one base plate, at least one cover plate arranged on the base plate and at least one damping layer arranged between the base plate and the cover plate.
  • an advantageous use of such a component is proposed.
  • the invention relates to a method for producing a component.
  • Generic components are known from the prior art and can be used for example in the maritime industry, especially in shipbuilding.
  • Vibrations in the low-frequency range the human responds aboard a ship extremely sensitive, in particular to vertical vibrations in the resonance range between 4 and 8 Hz of the spine and the lower jaw.
  • the vibration causes forces along the spine.
  • the largest forces act in the area of the lumbar spine.
  • Such forces over several years with correspondingly high intensity so it can cause changes in the intervertebral discs and the vertebral bodies.
  • the vibrations caused by the drive area can be primarily determined by a suitably adapted main engine foundation, a coordinated engine geometry as well as a precisely defined - -
  • the vibrations caused by the propeller can be reduced by a high number of blades, as this then works in a non-uniform wake.
  • the fewer vanes used the higher the individual vanes are loaded and the higher the torque and thrust variations introduced into the waveguide must be. It is important that the number of blades is also exactly matched to the number of engine cylinders, so that the excitation of the propeller and engine does not coincide.
  • the decking used today in shipbuilding practice can be divided into three basic variants: standard floor, vibration damped floor and floating floor.
  • standard floor vibration damped floor
  • floating floor The selection of the constructive structure of the deck coverings depends on the type of use of the deck areas and their dynamic load situation. Also combinations of the individual variants are possible.
  • a standard floor covering is usually made of lightweight concrete, which is applied in thicknesses of 0 - 30 mm on steel, aluminum or galvanized deck surfaces with very good adhesion.
  • the concrete layer is used in thicknesses of 0 - 5 mm as Beulausrete and greater thickness than Druckver für- u. Stabilizing layer with good surface strength at low specific gravity of 1.0 - 1.2 kg / m 2 / mm.
  • Vibration damped floor constructions are typically used in
  • Low shear moduli of the viscoelastic layer cause a good decoupling of the adjacent layers, especially in the case of the bending load of surface structures typical of structure-borne noise and impact noise.
  • viscoelastic layer both different types of lightweight concrete and steel plates are used.
  • the thickness of the concrete layer depends on the application and usually varies between 4 and 30 mm.
  • Upper layers of steel plates have thicknesses between 1.5 and 2 mm.
  • the specific weights of executed vibration damped floors are between 10 and 30 kg / m 2 .
  • Higher specific gravity floors generally also have higher damping, although the thickness of the 1.5 to 2 mm viscoelastic layer is usually uniform. An influence here is also the well-defined damping of the concrete layer.
  • floating floor constructions are used in areas with high airborne sound input and high body sound intensity. Floating floors are usually made by using a 30 to 50 mm thick
  • the cover plate is made relatively massive (thickness about 30 mm). At the same time, this layer serves as
  • the top layer is itself built up of several layers, often from 1.5 to 3 mm thick steel plates including the viscoelastic intermediate layers. The resonance frequencies for the movement of the supporting layer and the upper one
  • Cover layer are in the range below 100 Hz. Although for under the Resonance frequency lying area for physical reasons, no reduction of the vibration amplitudes can be achieved by decoupling causes the damping power contained in the mineral wool (dissipation effects) a significant attenuation of lying in this frequency range vibration modes of the supporting and upper layer. For the above mentioned lowest
  • Floating floors are between 25 and 70 kg / m 2 .
  • the prior art DE 10 2014 007 066 B3 proposed components consisting of two cover layers made of a steel material and a non-metallic core layer arranged between the cover layers.
  • the components have structure-borne noise-damping properties and can be used for structures preferably in the maritime industry, such as shipbuilding. It should be a special
  • Core layer can be used to improve the weldability.
  • WO 2015/047081 AI is also a method for the construction of a
  • the metal plates can be connected to each other by means of a welding bolt to prevent delamination.
  • Stiffness requirements can not or can only be achieved with great effort. - -
  • the invention has the object, a component, a
  • the object is achieved according to a first aspect of the invention by a component, in particular produced by a method according to the invention, comprising
  • the base plate in a connection area is on the cover plate side at least partially free of the cover plate and the damping layer, and wherein the stiffening element is connected on the cover plate side in the connection region with the base plate and the cover plate.
  • Damping layer is provided between the base plate and the cover plate,
  • connection region is at least partially free of the cover plate and the damping layer.
  • the invention is based inter alia on the finding that the requirements for durability and rigidity can be met in particular in a weight-saving and process-reliable manner when the stiffening element is connected or connected to both the base plate and the cover plate.
  • the excitation of local structures can be significantly reduced already in the (supporting) structure by the use of components according to the invention or components produced according to the invention.
  • in shipbuilding was previously with the usual on the shipyards welding safe welding of both the base plate and the cover plate, such as based on a T or Kreuzbuches, not possible.
  • connection of the stiffening element with the base plate and the cover plate in particular a permanent connection of these components is created.
  • This can preferably be done by a cohesive method, in particular by welding. It is also conceivable gluing and / or soldering as cohesive process.
  • the base plate and / or the cover plate is for example a steel sheet or an aluminum sheet.
  • the base plate and / or the cover plate has a thickness of 1 to 10 mm, preferably 2 to 5 mm.
  • the thickness of the base plate is substantially 3 mm. In principle, even more sheets can be provided.
  • the damping layer in particular provides sound-damping properties.
  • the damping layer is a non-metallic damping layer.
  • the damping layer consists of a plastic layer.
  • the damping layer is formed as a film.
  • the damping layer consists of a silicone-containing material. Basically, however - - Other materials conceivable that have a sufficient damping function. It is also conceivable that further damping layers can be provided.
  • the base plate, the cover plate and the damping layer arranged therebetween in particular form a multilayer or sandwich structure.
  • the stiffening element may be formed as a sheet, in particular sheet steel or aluminum sheet.
  • the stiffening element is substantially angled, in particular at right angles in the connection region on the base plate and / or cover plate.
  • the connecting element is connected with a T-joint or oblique joint in the connection region.
  • the base plate is on the cover plate side substantially exclusively in the connection region and optionally at least in sections in the edge region free of the cover plate and the damping layer.
  • the base plate is preferably covered by the cover plate or preferably a plurality of cover plates and the corresponding damping layers substantially flat.
  • the base plate is preferably free of a damping layer or a cover plate. The part of the connection area of the free from the cover plate and the
  • Damping layer is, in particular, depending on the thickness of the
  • Stiffening element can be selected.
  • the width of the region free of the cover plate and the damping layer is between 10 to 20 mm, for example about 16 mm.
  • the component may also comprise a plurality of base plates, cover plates, damping layers and / or stiffening elements (for example, two, three, four or more). Insofar as under the base plate, the cover plate, the damping layer or the
  • Stiffening element the at least one base plate, the at least one - -
  • Cover plate the at least one damping layer or the at least one
  • Damping layers and / or stiffening elements are provided, the previous or following statements apply to at least one base plate, a
  • Cover plate a damping layer or a stiffening element, but preferably for all existing base plates, cover plates, damping layers or
  • the stiffening element is strip-shaped, in particular designed as a Holland profile.
  • the stiffening element is designed substantially as a rectangular profile.
  • a holland profile also referred to as bead profile, is essentially understood to mean a profile with a unilateral girth, in particular a rounded L-shaped profile, in particular according to DIN EN 10067.
  • other profile shapes may also be used.
  • the stiffening element is materially bonded, in particular by means of welding to the base plate and the cover plate.
  • the connection takes place by means of pressure and / or heat.
  • the compound is made with or without a welding additive.
  • welding methods may also be used.
  • gluing or soldering may also be used.
  • the cohesive connection is automated or by hand.
  • the stiffening element can be connected in particular by means of T-joint in the connection region.
  • T-joint preferably fillet welds are used.
  • the welding is carried out by means of a
  • the supplied material can take over the function of a gap bridging.
  • a solid wire electrode made of steel is used, for example, the wire has the alloy components 0.1 C, 1.0 Si and 1. 7 Mn in% by weight (for example Böhler EMK8).
  • the wire has the alloy components 0.08 C, 1.05 Si and 1.65 Mn in wt% (for example, Union K56).
  • a wire diameter of 0.8 - 1.2 mm is used.
  • one is welded under an Ar-CCh atmosphere (for example, about 82% Ar and about 18% C0 2 ).
  • Wire feed speed is between 5 and 15 m / min, for example at 8 m / min or 13 m / min.
  • other welding consumables in particular in wire form, can also be used.
  • the stiffening element on the side facing the base plate plan, so not chastised.
  • the side facing the base plate of the stiffening element for example, with the base plate (for example, in the T-joint) in contact.
  • the side facing the base sheet is, for example, an end face with two edges, one or both of which are chamfered or are.
  • the stiffening element is chamfered at an angle between 20 ° and 50 °, preferably between 30 ° C and 40 ° C, in particular with respect to the surface of the stiffening element.
  • the method further comprises:
  • the process reliability can be further increased and a particularly precise alignment of the individual components to each other can be achieved.
  • the fixing is done by isolated spot welding (MIG, MAG or autogenous).
  • MIG isolated spot welding
  • the damping layer with the base plate and the cover plate is firmly bonded, in particular glued.
  • the cover plate is materially connected to the base plate via the damping layer.
  • a cohesive bonding, in particular a bonding allows a flat and stable connection in a simple manner.
  • the bonding of cover plate and or base plate with the damping layer is preferably carried out after (provisionally) fixing the stiffening elements.
  • the damping layer is as - - Self-adhesive layer formed. Subsequently, the final joining of the stiffening element with the cover plate and the base plate preferably takes place.
  • the method further comprises:
  • the cover plate can be arranged together with the damping layer in one step on the base plate and glued thereto, for example due to a self-adhesive damping layer.
  • the cover plate forms a patch or composite with the damping layer and can be applied in this composite.
  • Individual cover plates, each with an already provided damping layer can thus be arranged in the manner of a patchwork on the base plate and connected thereto.
  • only a cover plate with an already applied damping layer can be applied to a base plate and connected thereto, wherein the dimension of the cover plate can substantially correspond to the dimension of the base plate.
  • the damping layer as a film, in particular with a thickness of less than 200 ⁇ , preferably formed less than 100 ⁇ .
  • a damping layer formed as a film can advantageously already be provided on the cover plates, so that these can be applied together with the cover plates.
  • the thickness of the film in the range of 20 - 100 ⁇ , preferably 40 - 60 ⁇ , for example, at about 50 ⁇ .
  • the component has a plurality of base plates, a plurality of cover plates and / or a plurality of stiffening elements.
  • stiffening elements a plurality of cover plates and / or stiffening elements can be connected to a base plate.
  • the cover plates in particular including the damping layer already connected thereto
  • the stiffening elements can surround a region on the base plate, in which then a cover plate is arranged with the damping layer.
  • a stiffening element may also preferably span a plurality of (for example two) base plates, which increases the rigidity and strength in the case of several
  • the component comprises at least two base plates, each with at least one cover plate arranged thereon, wherein adjacent base plates with the arranged thereon
  • Cover plates are connected to each other in the butt joint.
  • a plurality of base plates are each provided with at least one cover plate arranged thereon, wherein the method further comprises:
  • the base plates can, for example, be bonded cohesively by means of welding, in particular with an I-seam or V-seam in the butt joint.
  • the cover sheet edges to be joined can first be heated to about 900 to 1000 ° C [for example by means of an autogenous flame], so that a thermal decomposition takes place. It has been shown that subsequent welding less
  • a connection takes place by means of a
  • Wire electrode for example a metal powder filling wire.
  • the wire has the alloy components 0.03 C, 1.35 Mn and 0.06 Si in% by weight (for example Robofil M71).
  • the wire has the
  • Alloy components 0.08 C, 1.05 Si and 1.65 Mn in wt% for example, Union K56.
  • a wire diameter of 1.2 to 1.6 mm is used. It has been shown that a good seam appearance and flat seam transitions can be achieved.
  • the component has at least one longitudinal stiffening element and transverse stiffening element as stiffening elements.
  • the longitudinal stiffening element and the transverse stiffening element are arranged in a longitudinal stiffening element.
  • Transverse reinforcing element substantially transversely, in particular at right angles to each other.
  • a plurality of longitudinal stiffening elements and a plurality of transverse stiffening elements are provided.
  • the cover plate, the damping layer and the stiffening element are arranged to each other such that in the connection region between the
  • Stiffening element with the base plate and the cover plate for example, during welding by the introduced welding additive (for example
  • Electrode solid wire can be achieved.
  • the stiffening element is thus initially not in contact with the cover plate and the damping layer.
  • the distance may be particularly preferred depending on the thickness of the
  • Reinforcement element can be determined.
  • the component is a structural component of a ship, in particular a component of a ship's hull, a ship's wall, a bulkhead, a ship's ventilation duct and / or a
  • the method further comprises:
  • upstream location-wise fixing of the cover plate in particular a more precise arrangement of the individual components can be achieved. It has been shown that otherwise a thermal distortion in particular the distance of the cover plate, such as the stiffening element, can influence. Fixing in places may, for example, also be effected in a material-locking manner, in particular by welding, in particular fusion welding. - -
  • the method further comprises:
  • the recesses are designed, for example, as holes. It has been shown that by introducing recesses in the cover plate and the
  • Damping layer a direct joining (in particular welding, for example MIG spot welding) of cover plate and base plate (in addition to the
  • connection via the damping layer can be achieved. This reduces the risk that delamination of the base plate and cover plate, for example, due to thermal distortion occurs.
  • the joining is preferably carried out in the already connected via the damping layer (in particular glued) state of the cover plate and base plate.
  • the component preferably has recesses in the cover plate and the damping layer, wherein the cover plate is joined to the base plate in the region of the recesses with each other.
  • the recesses may be closed, for example by a welding additive.
  • Construction machinery agricultural machinery, transformers or vehicles are used.
  • a component according to the first aspect in shipbuilding in particular for a load-bearing ship structure, for a ship's hull, for a ship's wall, for a ship's bulkhead, is particularly advantageous
  • Fig. 2 is a schematic representation of the embodiment of Fig le in a perspective view
  • Fig. 3 is an enlarged schematic side view of the embodiment of Fig. Le;
  • connection area 4 is a schematic side view of the connection area in front of the
  • FIGS. 5a, b are enlarged views of welded areas of a
  • FIGS. 1a-e show first schematic representations of a
  • FIG. La initially two base plates 2 are shown.
  • the base plates are made for example of steel and have a thickness of about 3 mm.
  • Fig. Lb is shown as on each base plate 2 a plurality of cover plates 4 can be arranged.
  • the cover plates 4 are provided on their underside with a self-adhesive damping layer 10.
  • Fig. Lc and Fig.ld is shown how the cover plates 4 are patchwork-like arranged on the base plate 2 and glued thereto.
  • stiffening elements 6, 8 which as
  • FIG. 1e shows a schematic plan view of the embodiment from FIG. 1
  • FIG. 3 shows an enlarged schematic side view of the embodiment from FIG.
  • connection region 12 shows a connection region 12, the base plate 2 in this connection region 12 being at least partially free of the cover plate 4 and the damping layer 10 (see FIG.
  • connection region 12 shows a further enlarged schematic side view of this connection region 12 before welding.
  • the stiffening element 6 can be connected to the cover plate side in the connection region 12 both with the base plate 2 and the cover plate 4.
  • the stiffening elements 6, 8 on its side facing the base plate 2 on both sides at an angle of about - -
  • Fig. 4 the resulting chamfers 14 are shown.
  • the stiffening elements 6, 8 are arranged on the base plate 2 and fixed with this preferably with welds (provisionally). Subsequently, the surfaces between the longitudinal and
  • Transverse stiffening elements 6, 8 provided with the self-adhesive cover plates 4.
  • a predefined distance is maintained between the glued-on patch (comprising a cover sheet 4 and a film damping layer 10, film thickness, for example, about 50 ⁇ m) and the circumferential longitudinal and transverse reinforcing elements 6, 8. This distance may vary depending on the thickness of the stiffening element.
  • the connection region 12 the
  • Base sheet 2 in any case sections free of the cover plate 4 and the
  • the free area in this case has a width 16 of about 16 mm.
  • Stiffening elements 6, 8 welded in T-joint both with the base plate 2 and with the cover plate 4 circumferentially with a fillet weld 18.
  • Wire electrode in particular a solid wire electrode used.
  • a Böhler EMK8 wire electrode with a wire gauge of 1.0 mm and a wire feed speed of 13 m / min was used at about 240A.
  • Wire feed speed of 8 m / min used in pulsed mode. In both cases were welded under an atmosphere of 82% Ar and 18% C0 2 . The use of the wires leads to a very good production
  • cover plate 4 and damping layer 10 does not lift off the base plate 2 as a result of thermal distortion
  • a punctual connection to the base plate 2 by means of MIG spot welding is also provided on the surface of the cover plate 4.
  • the composite of cover plate 4 and damping layer 10 do not lift off the base plate 2 as a result of thermal distortion
  • the distance of the base plates 2 is about 1 mm, the distance of the cover plates 4 about 3 mm.
  • the use of a butt joint the use of a
  • Wire electrode in particular a metal powder filling, proven (for example, the type Robofil M71 or Union K56 type), proven.
  • Fig. 5b shows an accomplished weld by means of butt joint and I-seam 20.
  • the base plate or the base plates and the cover plate or the cover plates may have substantially the same dimension, which are connected or glued together via a damping layer, in particular locally if necessary by means of welds additionally fixed.
  • a predefined connection area is used to connect to the
  • Stiffening elements exposed by local removal of a portion of the cover plate and the associated damping layer by thermal and / or machining up to the base plate.
  • the removal can be carried out for example by means of plasma gouging or milling. Afterwards, the

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Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein Bauteil, umfassend zumindest ein Grundblech (2), zumindest ein auf dem Grundblech angeordnetes Deckblech (4), zumindest eine zwischen dem Grundblech (2) und dem Deckblech angeordnete Dämpfungsschicht (10), und zumindest ein Versteifungselement (6, 8), wobei das Grundblech (2) in einem Anbindungsbereich (12) deckblechseitig zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech (4) und der Dämpfungsschicht (10) ist, und wobei das Versteifungselement (6, 8) deckblechseitig in dem Anbindungsbereich (12) mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4) verbunden ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und eine Verwendung eines Bauteils.

Description

Mehrschichtbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend zumindest ein Grundblech, zumindest ein auf dem Grundblech angeordnetes Deckblech und zumindest eine zwischen dem Grundblech und dem Deckblech angeordnete Dämpfungsschicht. Zudem wird eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Bauteils vorgeschlagen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils.
Gattungsgemäße Bauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielsweise in der maritimen Industrie, insbesondere im Schiffsbau verwendet werden.
Der Hintergrund für die Verwendung derartiger Materialien ist insbesondere durch den heutzutage sehr hohen Stellenwert von Komfort und Arbeitssicherheit für Menschen an Bord eines Schiffes begründet. Denn einen wesentlichen Anteil am Komfort und der Arbeitssicherheit haben die auf den Menschen einwirkenden
Vibrationen im niederfrequenten Bereich. Hier reagiert der Mensch an Bord eines Schiffes ausgesprochen empfindlich, insbesondere auf Vertikalschwingungen im Resonanzbereich zwischen 4 und 8 Hz der Wirbelsäule und des Unterkiefers. Durch die Vibrationseinwirkung entstehen Kräfte entlang der Wirbelsäule. Die größten Kräfte wirken dabei im Bereich der Lendenwirbelsäule. Wirken derartige Kräfte über mehrere Jahre mit entsprechend hoher Intensität so können daraus Veränderungen in den Bandscheiben und den Wirbelkörpern entstehen.
Verursacht werden die unangenehmen Schwingungen im Schiff mit nahezu 95% durch propellerinduzierte Druckschwankungen und durch die
Hauptmaschinenerregung. Primär lassen sich die vom Antriebsbereich verursachten Schwingungen durch eine entsprechend angepasste Hauptmaschinen- Fundamentierung, eine abgestimmte Motorengeometrie sowie eine genau definierte - -
Zündreihenfolge signifikant beeinflussen. Ferner können die durch den Propeller verursachten Vibrationen durch eine hohe Flügelanzahl reduziert werden, da dieser dann in einem ungleichförmigen Nachstrom arbeitet. Je weniger Flügel verwendet werden, umso höher werden die einzelnen Flügel belastet und umso höher müssen die in die Wellenleitung eingeleiteten Drehmoment- und Schubschwankungen sein. Wichtig ist, dass die Flügelzahl auch auf die Anzahl der Motorzylinder genau abgestimmt wird, sodass die Erregung von Propeller und Motor nicht zusammenfällt.
Im modernen Schiffbau kommen in erster Linie harte Materialien, wie Stahl oder Aluminium, zum Einsatz. Aufgrund ihrer schlechten Körperschalldämpfung
begünstigen diese Materialien die Übertragung von Schallwellen. Daher kann trotz der vorgenannten Maßnahmen auf eine großflächige sekundäre Dämpfung und
Entdröhnung von großen Flächen wie beispielsweise Decken und Wände bis heute nicht verzichtet werden.
Die heute verwendeten Decksbeläge können in der schiffbaulichen Praxis in drei Grundvarianten unterteilt werden: Standard-Fußboden, schwingungsgedämpfter Fußboden und schwimmender Fußboden. Die Auswahl des konstruktiven Aufbaus der Decksbeläge erfolgt in Abhängigkeit von der Art der Nutzung der Decksbereiche sowie deren dynamischer Beanspruchungssituation. Auch Kombinationen der einzelnen Varianten sind möglich.
Ein Standard-Fußbodenbelag besteht in der Regel aus Leichtbeton, der in Dicken von 0 - 30 mm auf Stahl-, Aluminium- oder verzinkte Decksflächen mit sehr guter Haftung aufgetragen wird. Die Betonschicht dient in Dicken von 0 - 5 mm als Beulausgleich und in größerer Dicke als Druckverteilungs- u. Stabilisierungsschicht mit guter Oberflächenfestigkeit bei niedrigem spezifischem Gewicht von 1.0 - 1.2 kg/m2/mm.
Schwingungsgedämpfte Fußbodenkonstruktionen werden typischerweise in
Bereichen mit hoher Körperschallbeaufschlagung der tragenden Decksstruktur eingesetzt und dort, wo Strukturen direkter dynamischer sowie stoßartiger Belastung - - ausgesetzt sind. Das Prinzip schwingungsgedämpfter Fußböden besteht in einem speziell abgestimmten Schichtenaufbau unter Verwendung einer (oder mehrerer) ausgeprägt viskoelastischen, gummiartigen Zwischenschicht. Damit wird die tragende Decksstruktur aus Stahl oder Aluminium wirksam bedämpft und die
Schwingungsamplituden sowohl dieser Schicht als auch die der darüber liegenden Schichten sowie die Schallabstrahlung in die Umgebung deutlich reduziert. Niedrige Schermodule der viskoelastischen Schicht bewirken vor allem bei der für Körperschall und Trittschall typischen Biegebeanspruchung von Flächentragwerken eine gute Entkopplung der angrenzenden Schichten. Als Deckschichten über der
viskoelastischen Schicht kommen sowohl verschiedene Arten von Leichtbeton als auch Stahlplatten zum Einsatz. Die Dicke der Betonschicht richtet sich nach der Anwendung und variiert in der Regel zwischen 4 und 30 mm. Oberschichten aus Stahlplatten haben Dicken zwischen 1.5 und 2 mm. Die spezifischen Gewichte ausgeführter schwingungsgedämpfter Fußböden liegen zwischen 10 und 30 kg/m2. Fußböden mit höherem spezifischem Gewicht besitzen im Allgemeinen auch eine höhere Dämpfung, obwohl die Dicke der viskoelastischen Schicht mit 1.5 - 2 mm meist einheitlich ist. Einen Einfluss hat hier die ebenfalls gut ausgeprägte Dämpfung der Betonschicht. Schließlich werden schwimmende Fußbodenkonstruktionen in Bereichen mit hohem Luftschalleintrag und großer Körperschallintensität verwendet. Bei schwimmenden Fußböden wird in der Regel durch den Einsatz einer 30 bis 50 mm starken
Mineralwolleschicht mit geringem Elastizitätsmodul eine sehr wirksame
Schwingungsentkopplung zwischen der tragenden Decksstruktur und der Deckplatte erreicht. Um diese Wirkung zu verstärken, wird die Deckplatte verhältnismäßig massiv (Dicke ca. 30 mm) ausgeführt Gleichzeitig dient diese Schicht als
Druckverteilungsschicht und benötigt eine genügend große Festigkeit. Teilweise wird die Deckschicht ihrerseits aus mehreren Schichten, häufig aus 1.5 bis 3 mm dicken Stahlplatten einschließlich der viskoelastischen Zwischenschichten, aufgebaut. Die Resonanzfrequenzen für die Bewegung der tragenden Schicht und der oberen
Deckschicht liegen im Bereich unter 100 Hz. Obwohl für den unter der Resonanzfrequenz liegenden Bereich aus physikalischen Gründen keine Reduzierung der Schwingungsamplituden durch Entkopplung erreicht werden kann, bewirkt das in der Mineralwolle enthaltene Dämpfungsvermögen (Dissipationseffekte) eine deutliche Bedämpfung der in diesem Frequenzbereich liegenden Schwingformen von tragender und oberer Schicht. Für den über der genannten untersten
Resonanzfrequenz liegenden Frequenzbereich wird eine sehr starke Verminderung der Schallabstrahlung erreicht. Die spezifischen Gewichte ausgeführter
schwimmender Fußböden liegen zwischen 25 und 70 kg/m2. Nachteilig an den vorgenannten Fußbodenvarianten ist allerdings, dass alle im
Verhältnis zu ihrer akustischen Wirkung ein sehr hohes spezifisches Gewicht aufweisen. In besonders lärmkritischen Bereichen werden so zusätzliche
Flächengewichte von bis zu 70 kg/m2 erreicht. Um dieser Problematik zu begegnen, wurden im Stand der Technik der DE 10 2014 007 066 B3 Bauelemente bestehend aus zwei Decklagen aus einem Stahlwerkstoff und einer zwischen den Decklagen angeordneten nichtmetallischen Kernschicht vorgeschlagen. Dabei besitzen die Bauelemente körperschalldämpfende Eigenschaften und können für Konstruktionen vorzugsweise in der maritimen Industrie, wie beispielsweise dem Schiffsbau verwendet werden. Dabei soll eine spezielle
Kernschicht verwendet werden, um die Schweißeignung zu verbessern.
In der WO 2015/047081 AI ist zudem ein Verfahren zur Konstruktion eines
Konstruktionspanels mit zwei Metallplatten und einer dazwischen angeordneten akustischen Isolationsschicht beschrieben. Die Metallplatten können dabei mittels eines Schweißbolzens miteinander verbunden werden, um einem Delaminieren vorzubeugen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Bauelemente im Einsatz, das heißt im verschweißten Zustand, die Betriebsfestigkeits- als auch die
Steifigkeitsanforderungen nicht oder nur mit großem Aufwand erreichen können. - -
Vor diesem Hintergrund stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein Bauteil, ein
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und eine Verwendung eines Bauteils anzugeben, wobei bei geringem Gewicht auf prozesssichere Weise die erforderlichen Betriebsfestigkeits- und Steifigkeitseigenschaften erreicht werden können.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Bauteil, insbesondere hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, gelöst, umfassend
- zumindest ein Grundblech,
zumindest ein auf dem Grundblech angeordnetes Deckblech,
zumindest eine zwischen dem Grundblech und dem Deckblech angeordnete
Dämpfungsschicht, und
zumindest ein Versteifungselement,
wobei das Grundblech in einem Anbindungsbereich deckblechseitig zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech und der Dämpfungsschicht ist, und wobei das Versteifungselement deckblechseitig in dem Anbindungsbereich mit dem Grundblech und dem Deckblech verbunden ist. Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines erfindungsgemäßen Bauteils, gelöst, das Verfahren umfassend:
Bereitstellen zumindest eines Grundblechs,
Bereitstellen zumindest eines Versteifungselements,
- Anordnen zumindest eines Deckblechs auf dem Grundblech, wobei eine
Dämpfungsschicht zwischen dem Grundblech und dem Deckblech vorgesehen wird,
Verbinden des Versteifungselements deckblechseitig mit dem Grundblech und dem Deckblech in einem Anbindungsbereich des Grundblechs, wobei der Anbindungsbereich zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech und der Dämpfungsschicht ist. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass die Anforderungen an die Betriebsfestigkeit und Steifigkeit insbesondere dann gewichtssparend und prozesssicher erfüllt werden können, wenn das Versteifungselement sowohl mit dem Grundblech als auch dem Deckblech verbunden wird bzw. verbunden ist. Im Ergebnis kann die Erregung lokaler Strukturen (beispielsweise ausgehend von globalen Schiffsschwingungen) durch den Einsatz erfindungsgemäßer Bauteile oder erfindungsgemäß hergestellter Bauteile bereits in der (tragenden) Struktur deutlich reduziert werden. Insbesondere im Schiffsbau war bisher mit den auf den Werften üblichen Schweißverfahren eine sichere Verschweißung sowohl des Grundblechs als auch des Deckblechs, etwa auf Basis eine T- oder Kreuzstoßes, nicht möglich.
Durch die Verbindung des Versteifungselements mit dem Grundblech und dem Deckblech wird insbesondere eine unlösbare Verbindung dieser Komponenten geschaffen. Dies kann bevorzugt durch ein stoffschlüssiges Verfahren, insbesondere durch Schweißen erfolgen. Denkbar ist auch ein Kleben und/oder Löten als stoffschlüssiges Verfahren.
Das Grundblech und/oder das Deckblech ist beispielsweise ein Stahlblech oder ein Aluminiumblech. Beispielsweise ist das Grundblech und/oder das Deckblech im
Wesentlichen flächig ausgebildet. Beispielsweise weist das Grundblech und/oder das Deckblech eine Dicke von 1 bis 10mm, vorzugsweise 2 bis 5mm auf. Beispielsweise beträgt die Dicke des Grundblechs im Wesentlichen 3 mm. Grundsätzlich können auch noch weitere Bleche vorgesehen sein.
Die Dämpfungsschicht stellt insbesondere schalldämpfende Eigenschaften bereit. Beispielsweise ist die Dämpfungsschicht eine nicht-metallische Dämpfungsschicht. Beispielsweise besteht die Dämpfungsschicht aus einer Kunststoffschicht.
Beispielsweise ist die Dämpfungsschicht als Folie ausgebildet. Beispielsweise besteht die Dämpfungsschicht aus einem silikonhaltigen Werkstoff. Grundsätzlich sind jedoch - - auch andere Werkstoffe denkbar, die eine ausreichende dämpfende Funktion haben. Ebenfalls ist denkbar, dass weitere Dämpfungsschichten vorgesehen sein können. Das Grundblech, das Deckblech und die dazwischen angeordnete Dämpfungsschicht bilden insbesondere eine Mehrschicht- oder Sandwichstruktur.
Auch das Versteifungselement kann als ein Blech, insbesondere Stahlblech oder Aluminiumblech, ausgebildet sein. Beispielsweise steht das Versteifungselement im Wesentlichen winkelig, insbesondere rechtwinkelig in dem Anbindungsbereich auf dem Grundblech und/oder Deckblech. Beispielsweise ist das Verbindungselement mit einem T-Stoß oder Schrägstoß in dem Anbindungsbereich angebunden.
Bevorzugt ist das Grundblech deckblechseitig im Wesentlichen ausschließlich im Anbindungsbereich und optional zumindest abschnittsweise im Randbereich frei von dem Deckblech und der Dämpfungsschicht. Das heißt, dass ansonsten das Grundblech bevorzugt durch das Deckblech oder bevorzugt mehrere Deckbleche und die entsprechenden Dämpfungsschichten im Wesentlichen flächig bedeckt ist. Auf der dem Deckblech abgewandten Seite ist das Grundblech bevorzugt frei von einer Dämpfungsschicht oder einem Deckblech. Der Teil des Anbindungsbereichs der frei von dem Deckblech und der
Dämpfungsschicht ist, kann insbesondere in Abhängigkeit von der Dicke des
Versteifungselements gewählt werden. Beispielsweise beträgt die Breite des Bereichs frei von dem Deckblech und der Dämpfungsschicht zwischen 10 bis 20 mm, beispielsweise etwa 16 mm.
Da zumindest ein Grundblech, zumindest ein Deckblech, zumindest eine
Dämpfungsschicht und zumindest ein Versteifungselement vorgesehen ist, kann das Bauteil auch mehrere Grundbleche, Deckbleche, Dämpfungsschichten und/oder Versteifungselemente (beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr) umfassen. Insofern ist unter dem Grundblech, dem Deckblech, der Dämpfungsschicht oder dem
Versteifungselement, das mindestens eine Grundblech, das mindestens eine - -
Deckblech, die mindestens eine Dämpfungsschicht bzw. das mindestens eine
Versteifungselement zu verstehen. Sofern mehrere Grundbleche, Deckbleche,
Dämpfungsschichten und/oder Versteifungselemente vorgesehen sind, gelten die vorherigen oder folgenden Ausführungen für zumindest ein Grundblech, ein
Deckblech, eine Dämpfungsschicht bzw. ein Versteifungselement, bevorzugt aber für alle vorhandenen Grundbleche, Deckbleche, Dämpfungsschichten bzw.
Versteifungselemente.
Gemäße einer bevorzugten Ausgestaltung der Aspekte ist das Versteifungselement leistenförmig, insbesondere als Hollandprofil ausgebildet. Beispielsweis ist das Versteifungselement im Wesentlichen als Rechteckprofil ausgebildet. Unter einem Hollandprofil, auch Wulstprofil genannt, wird im Wesentlichen ein Profil mit einer einseitigen Gurtung, insbesondere ein abgerundetes L-förmiges Profil verstanden, insbesondere gemäß der DIN EN 10067. Zur Anwendung können beispielsweise auch andere Profilformen kommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist das
Versteifungselement stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen mit dem
Grundblech und dem Deckblech verbunden.
Dementsprechend wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts das Versteifungselement stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen mit dem Grundblech und dem Deckblech verbunden. Beispielsweise erfolgt die Verbindung mittels Druck und/oder Wärme. Beispielsweise erfolgt die Verbindung mit oder ohne einen Schweißzusatzstoff. Beispielsweise wird ein MIG-Schweißen, ein MAG-Schweißen, ein Laserschweißen, ein
Laserhybridschweißen oder ein Autogenschweißen eingesetzt. Weitere
Schweißverfahren können beispielsweise ebenfalls zur Anwendung. Ebenso Kleb- oder Lötverfahren. Beispielsweise erfolgt das stoffschlüssige Verbinden automatisiert oder per Hand. - -
Wie bereits ausgeführt kann das Versteifungselement insbesondere mittels T-Stoß im Anbindungsbereich verbunden werden. Dabei kommen bevorzugt Kehlnähte zum Einsatz.
Als besonders vorteilhaft haben sich dabei folgende Parameter beim
Schweißverfahren gezeigt. Bevorzugt erfolgt das Schweißen mittels einer
Massivdrahtelektrode. Es hat sich gezeigt, dass ein Massivdraht zu sehr gutem
Nahtaussehen und flachen Nahtübergängen und geringen Spritzern führt. Dabei kann das zugeführte Material die Funktion einer Spaltüberbrückung übernehmen.
Beispielsweise wird eine Massivdrahtelektrode aus Stahl eingesetzt, beispielsweise weist der Draht die Legierungskomponenten 0.1 C, 1.0 Si und 1. 7 Mn in Gew-% (beispielsweise Böhler EMK8) auf. Gemäß einem anderen Beispiel weist der Draht die Legierungskomponenten 0.08 C, 1.05 Si und 1.65 Mn in Gew-% (beispielsweise Union K56) auf. Beispielsweise wird ein Drahtdurchmesser von 0,8 - 1,2 mm verwendet. Vorzugsweise wird eine unter einer Ar-CCh-Atmosphäre (zum Beispiel mit etwa 82%Ar und etwa 18% C02) geschweißt. Eine vorteilhafte
Drahtvorschubgeschwindigkeit liegt zwischen 5 und 15 m/min, beispielsweise bei 8 m/min oder bei 13 m/min. Zur Anwendung können beispielsweise auch andere Schweißzusätze, insbesondere in Drahtform kommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Aspekts weist das
Versteifungselement auf der dem Grundblech zugewandten Seite einseitig oder vorzugsweise beidseitig eine Fase auf. Alternativ kann das Versteifungselement auf der dem Grundblech zugewandten Seite plan, also nicht gefast sein.
Dementsprechend umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten
Aspekts das Verfahren weiterhin:
einseitiges oder vorzugsweise beidseitiges Fasen des Versteifungselements auf der dem Grundblech zugewandten Seite des Versteifungselements vor dem Verbinden des Versteifungselements mit dem Grundblech und dem Deckblech. - -
Die dem Grundblech zugewandte Seite des Versteifungselements ist beispielsweise mit dem Grundblech (zum Beispiel im T-Stoß) in Kontakt. Die dem Grundblech zugwandte Seite ist beispielsweise eine Stirnseite mit zwei Kanten, von denen eine oder beide gefast werden oder sind. Beispielsweise ist das Versteifungselement unter einem Winkel zwischen 20° und 50°, vorzugsweise zwischen 30°C und 40°C gefast, insbesondere in Bezug auf die Oberfläche des Versteifungselements.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts umfasst das Verfahren weiterhin:
stellenweises Fixieren des Versteifungselements auf dem Grundblech, insbesondere vor dem Anordnen des Deckblechs auf dem Grundblech.
Durch ein insbesondere dem eigentlichen Verbinden des Versteifungselements mit Grundblech und Deckblech vorgelagertes Fixieren des Versteifungselements auf dem Grundblech, kann die Prozesssicherheit weiter erhöht und eine besonders präzise Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander erzielt werden. Beispielsweise erfolgt das Fixieren durch vereinzeltes Punktschweißen (MIG, MAG oder autogen). Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Aspekts ist die Dämpfungsschicht mit dem Grundblech und dem Deckblech stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt.
Dementsprechend wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts das Deckblech mit dem Grundblech über die Dämpfungsschicht stoffschlüssig verbunden.
Ein stoffschlüssiges Verbinden, insbesondere ein Verkleben ermöglicht auf einfache Weise eine flächige und stabile Verbindung. Das Verbinden von Deckblech und oder Grundblech mit der Dämpfungsschicht erfolgt bevorzugt nach dem (vorläufigen) Fixieren der Versteifungselemente. Bevorzugt ist die Dämpfungsschicht als - - selbstklebende Schicht ausgebildet. Bevorzugt erfolgt anschließend das endgültige Verbinden des Versteifungselements mit dem Deckblech und dem Grundblech.
In dieser Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts, das Verfahren weiterhin umfasst:
Bereitstellen zumindest eines bereits mit einer Dämpfungsschicht versehenen Deckblechs.
Ist das Deckblech bereits mit der Dämpfungsschicht versehen, kann das Deckblech zusammen mit der Dämpfungsschicht in einem Arbeitsschritt auf dem Grundblech angeordnet und beispielsweise aufgrund einer selbstklebenden Dämpfungsschicht hierauf geklebt werden. Das Deckblech bildet mit der Dämpfungsschicht einen Patch oder Verbund und kann in diesem Verbund aufgebracht werden. Einzelne Deckbleche mit jeweils bereits vorgesehener Dämpfungsschicht können somit nach Art eines Patchworks auf dem Grundblech angeordnet werden und mit diesem verbunden werden. Alternativ kann auch nur ein Deckblech mit einer bereits aufgetragenen Dämpfungsschicht auf ein Grundblech aufgebracht und mit diesem verbunden werden, wobei die Abmessung des Deckblechs im Wesentlichen der Abmessung des Grundblechs entsprechen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Aspekte ist die Dämpfungsschicht als Folie, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 200 μιη, vorzugsweise weniger als 100 μπι ausgebildet. Durch die Ausbildung der Dämpfungsschicht als Folie kann eine Schalldämpfung besonders gewichtssparend erreicht werden. Zudem kann eine als Folie ausgebildete Dämpfungsschicht vorteilhaft bereits auf den Deckblechen vorgesehen werden, sodass diese zusammen mit den Deckblechen aufgebracht werden kann. Bevorzugt liegt die Dicke der Folie im Bereich von 20 - 100 μιτι, vorzugsweise 40 - 60 μιη, beispielsweise bei etwa 50 μιη. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Aspekte weist das Bauteil mehrere Grundbleche, mehrere Deckbleche und/oder mehrere Versteifungselemente auf. - -
Beispielsweise sind zumindest zwei Grundbleche, Deckbleche und/oder
Versteifungselemente vorgesehen. Insbesondere können mit einem Grundblech mehrere Deckbleche und/oder Versteifungselemente verbunden werden. Wie bereits ausgeführt können die Deckbleche (insbesondere inklusive der bereits damit verbundenen Dämpfungsschicht) patchworkartig auf dem Grundblech angeordnet werden. Insbesondere können die Versteifungselemente einen Bereich auf dem Grundblechs umranden, in dem dann ein Deckblech mit der Dämpfungsschicht angeordnet wird.
Bevorzugt kann dabei auch ein Versteifungselement mehrere (beispielsweise zwei) Grundbleche überspannen, was die Steifigkeit und Festigkeit bei mehreren
vorgesehenen Grundblechen steigert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst das Bauteil zumindest zwei Grundbleche jeweils mit zumindest einem darauf angeordneten Deckblech, wobei angrenzende Grundbleche mit den darauf angeordneten
Deckblechen im Stumpfstoß miteinander verbunden sind.
Dementsprechend werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts mehrere Grundbleche jeweils mit zumindest einem darauf angeordneten Deckblech bereitgestellt, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
Verbinden angrenzender Grundbleche mit den darauf angeordneten
Deckblechen miteinander im Stumpfstoß.
Beispielsweise sind zumindest zwei Grundbleche vorgesehen. Die Grundbleche können beispielsweise stoffschlüssig mittels Schweißens, insbesondere mit einer I- Naht oder V-Naht im Stumpfstoß verbunden werden. Dadurch, dass die angrenzenden Grundbleche miteinander verbunden sind bzw. werden und zudem die angrenzenden Deckbleche miteinander verbunden sind bzw. werden, kann eine weitere
Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit des Bauteils erreicht werden. - -
Damit die Bleche von der Verbindung prozesssicher erfasst werden, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dämpfungsschicht und/oder ein vorgesehener Klebstoff in dem zu verbindenden Bereich zunächst zersetzt wird. Hierzu können die zu verbindenden Deckblechkanten zunächst auf etwa 900 bis 1000°C erhitzt werden [zum Beispiel mittels einer Autogenflamme), sodass eine thermische Zersetzung erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass ein anschließendes Verschweißen weniger
Imperfektionen aufweist. Bevorzugt erfolgt ein Verbinden mittels einer
Drahtelektrode, zum Beispiel eines Metallpulverfülldrahts. Beispielsweise weist der Draht die Legierungskomponenten 0.03 C, 1.35 Mn und 0.06 Si in Gew-% (zum Beispiels Robofil M71) auf. Gemäß einem anderen Beispiel weist der Draht die
Legierungskomponenten 0.08 C, 1.05 Si und 1.65 Mn in Gew-% (beispielsweise Union K56) auf. Beispielsweise wird ein Drahtdurchmesser von 1,2 bis 1,6 mm verwendet. Es hat sich gezeigt, dass ein gutes Nahtaussehen und flache Nahtübergänge erreicht werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Aspekte weist das Bauteil zumindest ein Längsversteifungselement und Querversteifungselement als Versteifungselemente auf. Beispielsweise verlaufen die Längsversteifungselement und die
Querversteifungselement im Wesentlichen quer, insbesondere rechtwinkelig zueinander. Bevorzugt sind mehrere Längsversteifungselemente und mehrere Querversteifungselemente vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten Aspekts weist das
Versteifungselement einerseits und das Deckblech und die Dämpfungsschicht andererseits in dem Anbindungsbereich einen vordefinierten Abstand voneinander auf.
Dementsprechend werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts das Deckblech, die Dämpfungsschicht und das Versteifungselement derart zueinander angeordnet, dass in dem Anbindungsbereich zwischen dem
Versteifungselement einerseits und dem Deckblech und der Dämpfungsschicht andererseits ein vordefinierter Abstand eingehalten wird. Die Verbindung des
Versteifungselements mit dem Grundblech und dem Deckblech kann beispielsweise beim Schweißen durch den eingebrachten Schweißzusatzstoff (zum Beispiel
Elektrodenmassivdraht) erreicht werden.
Es hat sich gezeigt, dass durch ein Einhalten eines vorgegebenen Abstandes die Eigenschaften des Bauteils verbessert werden können. Das Versteifungselement steht also zunächst nicht in Kontakt mit dem Deckblech und der Dämpfungsschicht. Der Abstand kann dabei besonders bevorzugt in Abhängigkeit von der Dicke des
Verstärkungselementes bestimmt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Aspekte ist das Bauteil ein tragendes Strukturbauteil eines Schiffs, insbesondere ein Bestandteil eines Schiffsrumpfes, einer Schiffswand, einer Schiffschotte, eines Schiffslüftungskanals und/oder eines
Schiffsdecks. Insbesondere in diesem Bereich werden hohe Anforderungen an die Steifigkeit und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig hoher Schalldämpfung gestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts umfasst das Verfahren weiterhin:
stellenweises Fixieren des Deckblechs auf dem Grundblech, insbesondere vor dem deckblechseitigen Verbinden des Versteifungselements mit dem
Grundblech und dem Deckblech.
Durch ein dem Verbinden des Versteifungselementes mit dem Grundblech
vorgelagertes stellenweises Fixieren des Deckblechs, kann insbesondere eine präzisere Anordnung der einzelnen Komponenten erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass andernfalls ein thermischer Verzug insbesondere den Abstand des Deckblechs, etwa zum Versteifungselement, beeinflussen kann. Das stellenweise Fixieren kann beispielsweise ebenfalls stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, insbesondere Schmelzschweißen erfolgen. - -
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Aspekts umfasst das Verfahren weiterhin:
Einbringen von Aussparungen in das Deckblech und die Dämpfungsschicht vor dem Verbinden mit dem Grundblech, und
- Fügen, insbesondere Verschweißen des Deckblechs mit dem Grundblech im Bereich der eingebrachten Aussparungen.
Die Aussparungen sind beispielsweise als Bohrungen ausgeführt. Es hat sich gezeigt, dass durch das Einbringen von Aussparungen in das Deckblech und die
Dämpfungsschicht ein direktes Fügen (insbesondere Verschweißen, beispielsweise MIG-Punktschweißen) von Deckblech und Grundblech (zusätzlich zu dem
beschriebenen Verbinden über die Dämpfungsschicht) erreicht werden kann. Dies reduziert die Gefahr, dass eine Delaminierung von Grundblech und Deckblech, beispielsweise aufgrund eines thermischen Verzugs, erfolgt. Das Fügen erfolgt bevorzugt im bereits über die Dämpfungsschicht verbundenen (insbesondere verklebten) Zustand von Deckblech und Grundblech.
Entsprechend weist das Bauteil bevorzugt Aussparungen in dem Deckblech und der Dämpfungsschicht auf, wobei das Deckblech mit dem Grundblech im Bereich der Aussparungen miteinander gefügt ist. Dabei können die Aussparungen etwa durch einen Schweißzusatzstoff geschlossen sein.
Bauteile gemäß dem ersten Aspekt können vorteilhaft insbesondere für
Baumaschinen, Landmaschinen, Transformatoren oder Fahrzeuge verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist gemäß einem dritten Aspekt die Verwendung eines Bauteils nach dem ersten Aspekt im Schiffsbau, insbesondere für eine tragende Schiffsstruktur, für einen Schiffsrumpf, für eine Schiffswand, für eine Schiffschotte, für ein
Schiffslüftungskanal und/oder für ein Schiffsdeck, da vor allem in diesem Bereich hohe Anforderungen an die Steifigkeit und Betriebsfestigkeit bei gleichzeitig hoher Schalldämpfung gestellt werden. Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des zweiten Aspekts sollen auch entsprechend hergestellte Bauteile offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von
Bauteilen gemäß bevorzugter Ausführungsformen des ersten Aspekts entsprechende Verfahrensschritte zu deren Herstellung offenbart sein.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. la - e schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils in perspektiveischer Ansicht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig. le in perspektivischer Ansicht;
Fig. 3 eine vergrößerte schematische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. le;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des Anbindungsbereichs vor dem
Schweißen; und Fig. 5a, b vergrößerte Aufnahmen geschweißter Bereiche eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils.
Die Fig. la - e zeigen zunächst schematische Darstellungen eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 [vgl. Fig. le) in - - perspektiveischer Ansicht. Dabei soll die Darstellungsreihenfolge lediglich der Anschaulichkeit dienen. Das heißt bei der Durchführung des Verfahrens kann bevorzugt eine andere Reihenfolge der Verfahrensschritte erfolgen. In Fig. la sind zunächst zwei Grundbleche 2 dargestellt. Die Grundbleche sind beispielsweise aus Stahl hergestellt und weisen ein Dicke von etwa 3 mm auf. In Fig. lb ist dargestellt wie auf jedem Grundblech 2 mehrere Deckbleche 4 angeordnet werden können. Dabei sind die Deckbleche 4 auf ihrer Unterseite mit einer selbstklebenden Dämpfungsschicht 10 versehen. In Fig. lc und Fig.ld ist dargestellt, wie die Deckbleche 4 auf dem Grundblech 2 patchworkartig angeordnet und mit diesem verklebt sind. Zudem sind Versteifungselemente 6, 8, welche als
Längsversteifungselemente 6 und Querversteifungselemente 8 ausgebildet sind dargestellt. In Fig. le sind alle Versteifungselemente, das heißt in diesem Fall sechs Längsversteifungselemente 6 und zwei Querversteifungselemente 8, an ihrer entsprechenden Position angeordnet, welche das Bauteil 1 ergeben. Fig. 2 zeigt hierzu eine schematische Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. le und Fig. 3 eine vergrößerte schematische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. le.
Bevorzugt verläuft die Herstellung des Bauteils 1 jedoch nicht in der dargestellten Reihenfolge ab. Dies soll nun insbesondere mit Verweis auf die weiteren Figuren beschrieben werden.
In Fig. 3 ist ein Anbindungsbereich 12 dargestellt, wobei das Grundblech 2 in diesem Anbindungsbereich 12 deckblechseitig zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech 4 und der Dämpfungsschicht 10 (vgl. Fig. 4) ist.
Fig. 4 zeigt hierzu eine weiterhin vergrößerte schematische Seitenansicht dieses Anbindungsbereichs 12 vor dem Schweißen. Das Versteifungselement 6 kann deckblechseitig in dem Anbindungsbereich 12 sowohl mit dem Grundblech 2 als auch dem Deckblech 4 verbunden werden. Hierzu werden die Versteifungselemente 6, 8 an ihrer dem Grundblech 2 zugewandten Seite beidseitig unter einem Winkel von etwa - -
30° bis 40° angefast. In Fig. 4 sind die dadurch entstehenden Fasen 14 dargestellt. Die Versteifungselemente 6, 8 werden auf dem Grundblech 2 angeordnet und mit diesem vorzugsweise mit Schweißpunkten (vorläufig) fixiert. Anschließend werden die Flächen zwischen den Längs- und
Querversteifungselementen 6, 8 mit den selbstklebenden Deckblechen 4 versehen. Dabei wird zwischen dem aufgeklebten Patch (bestehend aus Deckblech 4 und als Folie ausgebildete Dämpfungsschicht 10, Foliendicke beispielsweise ca. 50μηι) und den umlaufenden Längs- und Querversteifungselementen 6, 8 ein vordefinierter Abstand eingehalten. Dieser Abstand kann je nach Dicke des Versteifungselements variieren. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist in dem Anbindungsbereich 12 das
Grundblech 2 jedenfalls abschnittsweise frei von dem Deckblech 4 und der
Dämpfungsschicht 10. Der freie Bereich hat in diesem Fall eine Breite 16 von etwa 16 mm.
Nachfolgend wird das Deckblech 4 mit der Dämpfungsschicht 10 gegen thermischen Verzug punktuell in einem genau definierten Abstand am Grundblech 2
schmelzschweißtechnisch fixiert. Anschließend werden dann die
Versteifungselemente 6, 8 im T-Stoß sowohl mit dem Grundblech 2 als auch mit dem Deckblech 4 umlaufend mit einer Kehlnaht 18 verschweißt.
Hierzu zeigt Fig. 5a eine vergrößerte Aufnahme des bereits in Fig. 4 gezeigten Anbindungsbereichs 14 nach dem Schweißen. Zu erkennen sind die Kehlnähte 18, welche die Versteifungselemente 6, 8 sowohl mit dem Grundblech 2 als auch mit dem Deckblech 4 verbinden. Für die Herstellung der Kehlnähte 18 wurde eine
Drahtelektrode, insbesondere eine Massivdrahtelektrode, verwendet. In einer Ausführung wurde eine Drahtelektrode vom Typ Böhler EMK8 mit einer Drahtstärke von 1,0 mm und einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 13 m/min bei etwa 240A verwendet. In einer alternativen Ausführung wurde eine Drahtelektrode vom Typ Union K56 mit einer Drahtstärke von 1,2 mm mit einer
Drahtvorschubgeschwindigkeit von 8 m/min im gepulsten Betrieb verwendet. In beiden Fällen wurde unter einer Atmosphäre von 82% Ar und 18% C02 geschweißt. Die Verwendung der Drähte führt bei der Herstellung zu einem sehr guten
Nahtaussehen, flachen Nahtübergängen und geringen Spritzern. Insbesondere ist zu erkennen, dass keine Einbrandkerben und keine Delaminierung aufgetreten sind.
Damit der Verbund aus Deckblech 4 und Dämpfungsschicht 10 infolge eines thermischen Verzuges nicht vom Grundblech 2 abhebt, ist auch auf der Fläche des Deckblechs 4 eine punktuelle Verbindung zum Grundblech 2 mittels MIG- Punktschweißen vorgesehen. Dazu wird der Verbund aus Deckblech 4 und
Dämpfungsschicht 10 vor der Verklebung mit dem Grundblech 2 mit einer oder mehreren Bohrungen (nicht dargestellt) versehen und im aufgeklebten Zustand mit dem Grundblech 2 oberflächenbündig verschweißt.
Im Zuge der Herstellung großer Bauteile, beispielsweise für große Schiffssegmente, werden einzelne Sandwichelemente oder Verbünde aus Grundblech 2, Deckblech 4 und Dämpfungsschicht 4 mittels Stumpfstoß verbunden. Entsprechend angrenzende Bleche 2, 4 sind in Fig. 3 auf der linken Seite in Bereich 13 dargestellt. Für eine fehlerfreie Erfassung der Bleche 2, 4 hat sich folgende Arbeitsweise bewährt. Die Kanten der Deckbleche 4 werden im Fügebereich mit einer Autogenflamme kurz auf ca. 900 bis 1000°C erwärmt. Die lokale Erwärmung führt zu einer thermischen
Zersetzung der Klebstoffschicht und reduziert dadurch mögliche Imperfektionen während des nachfolgenden Schweißprozesses. Zum Schweißen beträgt in diesem Fall der Abstand der Grundbleche 2 etwa 1 mm, der Abstand der Deckbleche 4 etwa 3 mm. Für das Schweißen eines Stumpfstoßes hat sich die Verwendung einer
Drahtelektrode, insbesondere ein Metallpulverfülldraht, (beispielsweise vom Typ Robofil M71 oder vom Typ Union K56), bewährt.
Fig. 5b zeigt hierzu eine erfolgte Schweißung mittels Stumpfstoß und I-Naht 20. In einer Ausführung wurde eine Drahtelektrode vom Typ Union K56 mit einer
Drahtstärke von 1,2 mm und einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 6 m/min verwendet. Es wurde unter einer Atmosphäre von 82% Ar und 18% C02 geschweißt. - -
Der vorgenannte Draht führt zu einem guten Nahtaussehen und zu flachen
Nahtübergängen. Die beschriebenen Fügeverfahren können sowohl per
Handschweißung als auch automatisiert durchgeführt werden. Insbesondere ist der Einsatz eines Laserhybrid-Verfahrens denkbar.
Die wie zuvor beschrieben geschweißten Bauteile wurden einem zyklischen
Lastwechseltest unterzogen. Dabei wurde eine Oberlast von 20 kN und eine Unterlast von 2 kN verwendet. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise bei einer
Startwegschwingbreite von 0,227 mm lediglich eine Wegänderung von 0,051 mm bei einer Wegschwingbreite von 0,227 mm nach 2,0 x 105 Lastwechseln erreicht werden kann. Mit einer weiteren Probe wurde beispielsweise bei einer Startwegschwingbreite von 0,218 mm lediglich eine Wegänderung von 0,013 mm bei einer Wegschwingbreite von 0,221 mm nach 2,0 x 106 Lastwechseln erreicht. Somit können die Bauteile die erforderlichen Betriebsfestigkeits- und Steifigkeitseigenschaften bei geringem
Gewicht erfüllen.
Alternativ und hier nicht dargestellt, können das Grundblech oder die Grundbleche und das Deckblech oder die Deckbleche im Wesentlichen die gleiche Abmessung aufweisen, welche über eine Dämpfungsschicht miteinander verbunden bzw. verklebt werden, insbesondere bei Bedarf lokal mittels Schweißpunkten zusätzlich fixiert werden. Im Unterschied zu der oben beschriebenen Verfahrensweise (Patchwork) wird ein vordefinierter Anbindungsbereich zur Verbindung mit den
Versteifungselementen durch lokalen Abtrag eines Bereichs des Deckblechs und der damit verbundenen Dämpfungsschicht mittels thermischer und/oder spanender Bearbeitung bis auf das Grundblech freigelegt. Der Abtrag kann beispielsweise mittels Plasma-Fugenhobeln oder Fräsen durchgeführt werden. Im Anschluss kann die
Verbindung mit den Versteifungselementen in den freigelegten Bereichen, wie bereits oben beschrieben, erfolgen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Bauteil, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 13 bis 22, umfassend
zumindest ein Grundblech (2],
zumindest ein auf dem Grundblech angeordnetes Deckblech (4), zumindest eine zwischen dem Grundblech [2] und dem Deckblech angeordnete Dämpfungsschicht (10), und
zumindest ein Versteifungselement (6, 8),
wobei das Grundblech (2) in einem Anbindungsbereich (12) deckblechseitig zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech (4) und der
Dämpfungsschicht (10) ist, und
wobei das Versteifungselement (6, 8) deckblechseitig in dem Anbindungsbereich (12) mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4) verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Versteifungselement (6, 8) leistenförmig, insbesondere als Hollandprofil ausgebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Versteifungselement (6, 8) stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißens mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4) verbunden ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Versteifungselement (6, 8) auf der dem Grundblech (2) zugewandten Seite einseitig oder vorzugsweise beidseitig eine Fase (14) aufweist. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsschicht (10) mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsschicht (10) als Folie, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 200 μπι,
vorzugsweise weniger als ΙΟΟμηι ausgebildet ist
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (1) mehrere Grundbleche (2), mehrere Deckbleche (4) und/oder mehrere
Versteifungselemente (6, 8) aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (1) zumindest zwei Grundbleche (2) jeweils mit zumindest einem darauf
angeordneten Deckblech (4) umfasst, wobei angrenzende Grundbleche (2) mit den darauf angeordneten Deckblechen (4) im Stumpfstoß miteinander verbunden sind.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil zumindest ein Längsversteifungselement und Querversteifungselement als
Versteifungselemente aufweist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Versteifungselement (6, 8) einerseits und das Deckblech (4) und die
Dämpfungsschicht (10) andererseits in dem Anbindungsbereich (12) einen vordefinierten Abstand voneinander aufweisen.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (1) ein tragendes Strukturbauteil eines Schiffs, insbesondere ein Bestandteil eines Schiffsrumpfes, einer Schiffswand, einer Schiffschotte, eines
Schiffslüftungskanals und/ oder eines Schiffsdecks ist.
12. Verwendung eines Bauteils [1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Schiffsbau, insbesondere für eine tragende Schiffsstruktur, für einen
Schiffsrumpf, für eine Schiffswand, für eine Schiffschotte, für ein
Schiffslüftungskanal und/oder für ein Schiffsdeck.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, das Verfahren umfassend:
Bereitstellen zumindest eines Grundblechs (2),
Bereitstellen zumindest eines Versteifungselements (6, 8),
Anordnen zumindest eines Deckblechs (4] auf dem Grundblech (2), wobei eine Dämpfungsschicht [10) zwischen dem Grundblech (2) und dem
Deckblech (4) vorgesehen wird,
Verbinden des Versteifungselements (6, 8) deckblechseitig mit dem
Grundblech (2) und dem Deckblech (4) in einem Anbindungsbereich (12) des Grundblechs (2), wobei der Anbindungsbereich (12) zumindest abschnittsweise frei von dem Deckblech (4) und der Dämpfungsschicht (10) ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Versteifungselement (6, 8) stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißens mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4) verbunden wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
einseitiges oder vorzugsweise beidseitiges Fasen des Versteifungselements (6, 8) auf der dem Grundblech (2) zugewandten Seite des
Versteifungselements (6, 8) vor dem Verbinden des Versteifungselements (6, 8) mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren weiterhin umfasst stellenweises Fixieren des Versteifungselements (6, 8) auf dem Grundblech (2), insbesondere vor dem Anordnen des Deckblechs (4] auf dem Grundblech (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
Bereitstellen zumindest eines bereits mit einer Dämpfungsschicht (10) versehenen Deckblechs (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Deckblech (4) mit dem Grundblech (2) über die Dämpfungsschicht (10) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Deckblech (2), die Dämpfungsschicht (10) und das Versteifungselement (6, 8) derart zueinander angeordnet werden, dass in dem Anbindungsbereich (12) zwischen dem
Versteifungselement (6,8) einerseits und dem Deckblech (4) und der
Dämpfungsschicht (10) andererseits ein vordefinierter Abstand eingehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das Verfahren weiterhin umfasst
stellenweises Fixieren des Deckblechs (4) auf dem Grundblech (2),
insbesondere vor dem deckblechseitigen Verbinden des Versteifungselements (6, 8) mit dem Grundblech (2) und dem Deckblech (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
Einbringen von Aussparungen in das Deckblech (4) und die
Dämpfungsschicht (10) vor dem Verbinden mit dem Grundblech (2), und Fügen, insbesondere Verschweißen des Deckblechs (4) mit dem
Grundblech (2) im Bereich der eingebrachten Aussparungen. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei mehrere Grundbleche (2) jeweils mit zumindest einem darauf angeordneten Deckblech (4) bereitgestellt werden, und das Verfahren weiterhin umfasst:
Verbinden angrenzender Grundbleche (2) mit den darauf angeordneten
Deckblechen (4) miteinander im Stumpfstoß.
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