A120 / P350

Genaufertigung von zweiachsig gekrümmten Flächen- und Volumenbaugruppen aus Stahl (curved panel)

(A120 / P350 S 24/02/97)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. November 1997 – 31. Mai 2000

Bei Baugruppen mit einer zweiachsig gekrümmten Begrenzungsfläche (= gekrümmte Baugruppe) - wie sie für den Übergang vom Mittelschiffsbereich zum Vor- und Achterschiff typisch sind -  ist es in der heutigen Werftpraxis noch notwendig, bei der Montage Ungenauigkeiten bezüglich Abmessungen, Form- und Lagebeziehungen durch Zugaben etc. auszugleichen. Demzufolge fallen viele Anpaß- und Nacharbeiten an. Die Erfolge einer konsequenten Genaufertigung im weitgehend orthogonal strukturierten Mittelschiffsbereich legen nahe, die Bedingungen und Möglichkeiten einer möglichst weitgehend anpaß- und nacharbeitsarmen Fertigung auch für gekrümmte Baugruppen zu untersuchen. Diese Aufgabe war das Ziel des vorliegenden Projektes.

Eine Analyse der Fertigungsmethoden von gekrümmten Baugruppen, wie sie auf den deutschen Werften praktiziert werden, wurde zu einer "Zwischenerzeugnisgliederung" verdichtet. In ihr werden Fertigungsebenen definiert, in denen charakteristische Zwischenerzeugnisstrukturen geschaffen werden. Die dabei auszuführenden Schweißarbeiten bedingen infolge örtlicher Schrumpfungen, Deformationen, deren Beherrschung (also Kenntnis) eine wesentliche Komponente einer schiffbaulichen Genaufertigung ist. In einem vorgelagerten Forschungsprojekt "Shrinkage Manager" ist es weitgehend gelungen, charakteristischen Fertigungsebenen (mit bestimmten Zwischenerzeugnisstrukturen und Schweißaufgaben) Schweißdeformationen zuzuordnen, wobei diese auf Maßänderungen zurückgeführt werden. Für gekrümmte Baugruppen sollten in dieser Richtung erste Erkenntnisse erarbeitet werden, wozu die weiter unten aufgeführten Messungen dienten.

Zunächst wurde durch Multimomentaufnahme (MMA) auf zwei Werften belegt, daß bei der Fertigung gekrümmter Sektionen sehr viel Schweißanteile anfallen, die weitgehend nur teilmechanisiert ausgeführt werden. Das bedingt eine Besonderheit der Fertigung dieser Baugruppen gegenüber dem Mittelschiffsbereich: hoher manueller Schweißanteil mit viel Wärmeeintrag sowie Streuungen im Schweißprozeß  und im Fertigungsablauf. Darüber hinaus weisen die MMA auch einen nennenswerten Anteil von Anpaß- und Nacharbeiten auf (wobei viele dieser Arbeiten in anderen Tätigkeiten enthalten und nicht explizit erfaßbar sind), die entsprechendes Rationalisierungspotential darstellen.

Eine Genaufertigung erfordert ein aussagefähiges Prüfen von IST-Geometrien. Dazu müssen einerseits entsprechende SOLL-Daten durch CAD-Systeme zur Verfügung gestellt werden und andererseits muß geeignete Meßtechnik für die Erfassung von IST-Daten zum Einsatz kommen. Beide Komplexe wurden analysiert. Im Ergebnis muß konstatiert werden, daß zwar Daten für die Fertigung und auch Prüfung speziell vom CAD-System TRIBON bereitgestellt  werden, daß aber Lücken und auch Unstimmigkeiten vorhanden sind.

Die Bewertung einer IST-Geometrie, also letztlich ein SOLL-IST-Vergleich, benötigt neben der o.g. Bereitstellung entsprechender Daten im weiteren noch die Definition von Referenzen (auf deren Basis SOLL- und IST-Zustände in vergleichbare Position zueinander gebracht werden) und die Angabe von begründeten zulässigen Abweichungen, also von fundierten- fertigungs- und auch funktionsbedingten Toleranzen. Auch hierzu wurden im Projekt Untersuchungen durchgeführt.

Im Rahmen der Messungen wurde zunächst auf einer Werft die Einstellgenauigkeit einer Stempellehre überprüft, wie sie für die Montage von gekrümmten Baugruppen (von der gekrümmten Fläche ausgehend) eingesetzt wird. Dabei wurde festgestellt, daß die Präzision von einer Vielzahl praktizierter Stempeleinstellungen für eine Genaufertigung mit Sicherheit nicht ausreichend ist.

Die Erfassung von IST-Zuständen während der Montage  gekrümmter Baugruppen erwies sich als insbesondere organisatorisch und zeitlich aufwendiges Verfahren. Insgesamt war es nur möglich, im Rahmen der im Projekt zur Verfügung stehenden Kapazität, fünf Sektionen (davon drei auf die Volkswerft Stralsund und zwei auf der AKER-MTW Wismar) in zwei bzw. drei unterschiedlichen Fertigungsphasen zu messen. Die Ergebnisse führen zu wichtigen Erkenntnissen  und weisen dabei auf die Probleme der Fertigung gekrümmter Baugruppen hin. Für die Bewertung der eintretenden Schweißschrumpfungen und der aus ihr resultierenden Maß- und Formänderungen sind praxisrelevante objektive, fertigungs- und auch funktionsbedingte Festlegungen zu Maßbezügen, Referenzpunkten und repräsentativen Geometrieelementen unerläßlich. Für die Bestimmung der Genauigkeit (=Vergleich SOLL-IST) wurden diesbezüglich Ansatzpunkte erarbeitet und Tendenzen hinsichtlich Datengenerierung und -transfer aufgezeigt.

Aus diesen skizzierten Erkenntnissen und Problemen leiten sich die Notwendigkeit und auch der Inhalt weiterer Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Genaufertigung gekrümmter Baugruppen ab.

Forschungsstelle 1:
Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik - Uni Rostock (FMS)
www.msf.uni-rostock.deForschungsleiter 1:
kommissarischer Leiter:
Dr-Ing. H. Zorn
(vorgelegt vom Verband für Schiffbau und Meerestechnik, Hamburg für Forschungszentrum des Deutschen Schiffbaus)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF