ThyssenKrupp techforum 1/2011 (PDF, 13,8 MB)

Zur Zeit existiert keine kommerzielle Software mit der die modale
Dämpfung von Faserverbundstrukturen berechnet werden kann.
Zusammen mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
der TU Dresden wurde daher eine numerische Methode zur Modellierung
der Dämpfungseigenschaften von Faserverbundstrukturen
entwickelt. Die Berechnungen werden mit Hilfe der neuentwickelten
numerischen Prozeduren in einem Finite-Elemente-Verfahren durchgeführt
und der modale Verlustfaktor als Funktion der Faserorientierung
und des Lagenaufbaus maximiert. Für eine ebene Platte ergaben
diese Berechnungen für den modalen Verlustfaktor einen Wert von
η = 10 %. Messtechnisch wurde ein Wert von η = 8 % ermittelt. Aufgrund
der deutlich höheren Komplexität der Propellerflügel erwarten wir
für diese einen Wert von η = 4 %.
Die Ermittlung der für die Finite-Elemente-Berechnung erforder-
lichen Festigkeitskennwerte erfolgt durch Versuche an unidirektionalen
Probekörpern. Diese Versuche sind zwingend erforderlich, da die
rechnerische Ermittlung aus den Festigkeiten von Faser und Matrix zu
keinen aussagekräftigen Ergebnissen führt.
Konstruktion
Zur Verbesserung der Handhabung werden – im Vergleich zu den bis-
herigen Kompositpropellern an der Klasse 206A und 212A – die
Propellerflügel zukünftig demontierbar sein. Die Flügel aus Verbund-
werkstoff werden hierfür formschlüssig und mit einer Klebung in
einen zweigeteilten Bronzefuß eingefügt, der mit Schrauben an die
Bild 3 / Propellerflügel, Nabe und Ablaufhaube (rechts, HDW-Patent) für die Klasse 212A Bild 4 / Schnitt durch einen Propellerfuß
ThyssenKrupp techforum 1 I 2011
Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen / 67
Nabe montiert wird / Bilder 3 und 4 /. Dadurch ist es möglich, beschädigte
Flügel auch auf See zu tauschen.
Die Propellerflügel bestehen aus Kohle- und Glasfaser mit
hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenlagen. Für die Verbund-
werkstoffkonstruktion einschließlich des Erstellens der Fertigungsunterlagen
wird die CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer
Aided Manufacturing) Software FiberSIM ® von Vistagy verwendet.
Fertigung und Qualitätssicherung
HDW hat langjährige Erfahrung mit Herstellverfahren und mit der
Fertigung von Teilen aus Faserverbundstoffen auf Glas-, Aramid- und
Carbonfaserbasis mit hohen Ansprüchen hinsichtlich Größe, Form,
Festigkeit, Genauigkeit und Oberflächenqualität. Diese Erfahrungen
können auch bei der Fertigung des Kompositpropellers genutzt
werden. Die Propellerflügel werden als zwei Halbschalen gefertigt.
Um höchste Qualität zu erreichen, wird mit so genannten ’Prepregs’
(Preimpregnated Fibers) gearbeitet. Dadurch erreicht man eine sehr
gleichmäßige Verteilung und gute Ausrichtung der Fasern, eine nahezu
luftblasenfreie Imprägnierung und geringe Dickenschwankungen. Die
Imprägnierung der Fasern erfolgt maschinell.
Die automatisiert zugeschnittenen Lagen werden mittels Laser-
projektion abgelegt. Nach Kalthärten und Nachhärten/Tempern
werden beide Halbschalen auf ihr endgültiges Maß gefräst, zur
Kontrolle geröntgt und erst miteinander sowie abschließend mit dem
Bronzefuß verklebt.