DE102005028089A1

DE102005028089A1 - Geklebtes Bauelement und Verfahren zum Kleben

Info

Publication number: DE102005028089A1
Application number: DE200510028089
Authority: DE
Inventors: Olaf Thiede
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft durch Kleben verbundene Bauelemente aus flächigen Holzwerkstoffen und ein Verfahren zum Kleben, die für stark belastete Bauteile, wie z. B. Fußböden in Schienen-, Straßen- oder Luftfahrzeugen, die permanent dynamischen Krafteinwirkungen und Schwingungen oder wechselnden Oberflächenbelastungen ausgesetzt sind, eingesetzt werden können. DOLLAR A Die Bauelemente werden durch Kleben miteinander verbunden, wobei in eine oder beide Klebeflächen Nuten eingearbeitet sind, in die Widerstandsleiter eingebracht werden. Diese dienen dazu, die unmittelbare Klebezone nach dem Zusammenpressen beider Fügeteile durch das Widerstandsprinzip zu erwärmen und die Klebstoffaushärtung und damit den Fügeprozeß zeitlich zu beschleunigen.

Description

Die Erfindung betrifft gefügte Bauelemente aus Holzwerkstoffen durch Kleben und ein Verfahren zum Kleben der Bauelemente.
Es ist bekannt, für die Verbindung von flächenförmigen Holzelementen, wie Vollholz-, Mehrschicht- oder Sandwichsystemen, letztere bestehend aus Holzschichten, gegebenenfalls kombiniert mit Isolier- oder Dämmschichten, Klebetechnologien zu nutzen.
Für stark belastete Bauteile, wie z.B. Fussböden in Schienen-, Strassen- oder Luftfahrzeugen, die permanent dynamischen Belastungen, wie z.B. Schwingungen und wechselnden Oberflächenbelastungen ausgesetzt sind, müssen die zu verbindenden Klebestellen der Bauelemente, wie Nut-, Feder-, Falz- und Schäftungsverbindungen u.ä. besonders präzise ausgeführt werden. Der dadurch beim Fügen, neben der stoffschlüssigen Verbindung durch Kleben, realisierte zusätzliche Formschluß dient zur Vermeidung unerwünschter Krafteinwirkungen (z.B. Scherkräfte) in die geschaffene Klebverbindung. Zum Schutz vor eindringender Feuchtigkeit in die Klebefuge verwendet man wasserfeste Klebstoffe.
Als Nachteil stellt sich hier der hohe Aufwand beim Fügen dar, der durch die üblicherweise notwendige Einwirkung von flächiger gleichmässiger Krafteinwirkung auf die Klebestelle über einen rel. langen Zeitraum von 1 bis zu 12 Stunden unter Raum- oder Umwelttemperatur ausgeübt werden muss.
Bisher bekannte Klebeverfahren unter Verwendung flüssiger Klebstoffe, die unter Temperatureinwirkung durchgeführt wurden, haben immer zum Ziel gehabt, das Klebemittel oder die Fügeteile äußerlich zu erwärmen um den Klebevorgang zu beschleunigen.
Bekannte Ausgestaltungen, bei denen Metallgewebe, -drähte, -fasern, -folien o.ä. als Heizelemente zusammen mit dem Klebstoff, auf die Klebefläche/-n aufgebracht werden besitzen den Nachteil, dass zwischen den Fügebauteilen eine rel. dicke Eigenschicht des Klebstoffs, eine sogenannte Zwangsfuge gebildet wird, an die besondere Kohäsions-Anforderungen gestellt werden müssen. Diese zusätzliche Schicht ist besonders bei dynamischen Beanspruchengen hohen Kräften ausgesetzt und gefährdet bei Beschädigung (z.B. Rißbildung) die Sicherheit der Klebverbindung.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein vollflächig geklebtes Bauelement mit geringerem Aufwand durch einfach realisierbare Ausgestaltung der Klebeflächen und ein effektiveres Verfahren zur Ausführung einer sicheren stoffschlüssigen Verbindung zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wie in den Merkmalen der Ansprüche 1 und 16 und den Ausgestaltungen in den Unteransprüchen in mindestens eine der beiden miteinander zu verklebenden Klebeflächen über die gesamte Länge mindestens eine Nut ausgebildet ist, in die jeweils ein elektrisch leitfähiger Formkörper angeordnet ist.

Die Nuten sind in vorteilhafter Weise so gestaltet, dass die eingefügten leitfähigen Formkörper mit der Klebefläche oberflächenbündig abschliessen. Die Nuten können querschnittsseitig bei Mehrschicht oder Sandwichsystemen sowohl in den Holz- als auch den Dämm- oder sonstigen Schichten/Materiallagen angeordnet sein.

Die Nuten können halbrund, rechteckig, dreieckig, trapezförmig oder quadratisch ausgestaltet sein und richten sich in ihren Querschnitten nach den einzubringenden leitfähigen Formkörpern.

Als leitfähige Formkörper eignen sich Draht und Folien aus Kupfer, Aluminium, Stahl, Nickel-Eisen, Konstantan, und ähnliche leitfähige Materialien. Ihre geometrische Form kann rund, oval, kantig, verwirbelt als Litze oder flächenförmig ausgestaltet sein

Vorteilhafter Weise sind die Nuten in ihrer Form und Grösse so gestaltet, dass die leitfähigen Formkörper ohne zusätzliche Befestigungsmittel in der Nut gehalten (geklemmt) bzw. aufgenommen werden. In einer gesonderten Ausführungsform sind die Formkörper in der Nut punktweise fixiert.

Die Erfindung soll an nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden:

1 Querschnittsansicht auf die Fuge der zu klebenden Bauelemente mit zwei einseitig angeordneten Nuten

2 Bauelement im Querschnitt mit rechteckiger Nutung (Schlitze)

3 Schichtholz in Querschnittsansicht mit Rundnut

4 Klebefläche im Schrägbild

5 Querschnittsansicht auf die Fuge der zu klebenden Bauelemente mit einer einseitig angeordneten Nut

In 1 (Erwärmungselemente nur in einem Fügeteil) sind die zu klebenden Bauelemente 1 und 1a im Querschnitt dargestellt. In die Klebefläche 2a des Bauelementteils 1a sind einseitig zwei Nuten 3, 3a in dreieckiger Form eingearbeitet, in die als elektrisch leitfähige Formkörper 4, 4a runder Kupferdraht eingebracht ist.

2 (Erwärmungselemente in beiden Fügeteilen) stellt die zu klebenden Bauelemente 1 und 1a im Querschnitt dar. In die Klebeflächen 2 und 2a der Bauelemente 1 und 1a sind jeweils zwei Nuten 3, 3a, 3b, 3c in rechtecker Form (Schlitze) eingearbeitet, in die als elektrisch leitfähige Formkörper 4, 4a, 4b, 4c runder Kupferdraht eingebracht ist.

In 3 (Erwärmungselemente in Sandwichfügeteilen) sind die zu klebenden Bauelemente 1 und 1a im Querschnitt dargestellt. Beide Bauelemente bestehen aus schichtenartigem Aufbau (Sandwich). In die Klebeflächen 2 und 2a der Bauelemente 1 und 1a sind jeweils drei Nuten 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e in halbrunder Form (Schlitze) eingearbeitet, in die als elektrisch leitfähige Formkörper 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e runder Kupferdraht eingebracht ist.

In 4 (stirnseitiges Herausführen der Erwärmungselemente) sind die zu klebenden Bauelemente 1 und 1a im Schrägbild/Perspektive dargestellt. In die Klebefläche 2a des Bauelementteils 1a sind einseitig zwei Nuten 3, 3a in rechteckiger Form eingearbeitet, in die als elektrisch leitfähige Formkörper 4, 4a runder Kupferdraht eingebracht ist. Die Anschlussenden der elektrisch leitfähigen Formkörper werden aus den Stirnseiten 5a des Bauelementes 1a herausgeführt.

In 5 (ein Erwärmungselement in einem Fügeteil) sind die zu klebenden Bauelemente 1 und 1a im Querschnitt dargestellt. In die Klebefläche 2a des Bauelementteils 1a ist eine Nut 3 in dreieckiger Form eingearbeitet, in die als elektrisch leitfähiger Formkörper 4 runder Kupferdraht eingebracht ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Klebeverfahrens werden folgende Einzelschritte ausgeführt;

a) Einarbeitung von Nuten in die Klebefläche(n) und Einbringen der leitfähigen Formkörper in die Nuten
b) Fixieren eines der zu verklebenden Bauelemente
c) Aufbringen des Klebemittels auf die Klebefläche(n)
d) Positionieren des korrespondierenden Bauteils
e) Zusammenfügen der beiden Bauteile durch Aufbringen eines Anpreßdruckes, jeweils in Richtung der Klebefuge
f) Anschließen der leitfähigen, aus der Fuge in Längsrichtung herausführenden Enden und Zuführen von elektrischem Strom
g) Beenden der elektr. Stromzufuhr nach Erreichung der Klebezonenerwärmung
h) Entfernen der Anpreßvorrichtung nach Aushärten des Klebers

Im Detail wird das Verfahren zum Kleben wie folgt erläutert.

Nachdem die Klebeflächen als Präzisionsfugen ausgefertigt wurden, wird in mindestens eine der Klebeflächen die Nut(en) für die Aufnahme des(r) elektrisch leitfähigen Formkörper eingebracht. Das kann durch spanende Verfahren (z.B. Fräsen, Sägen, Formfräsen) oder nicht spanabhebende Verfahren (z.B. Einschneiden, schlitzen, walzen, eindrücken) erfolgen, indem über die gesamte Länge der Klebefläche diese Vertiefung eingearbeitet wird. In Abhängigkeit vom zu verwendenden leitfähigen Material wird die Nut in ihren Querschnitt so ausgeführt, dass es nach dem Einbringen in die Nut einerseits mit der Oberfläche der Klebefläche bündig abschliesst und andererseits in der Nut sicher fixiert ist. Die Enden der leitfähigen Formkörper ragen nach dem Fixieren in der Nut über die Stirnseite der Fügebauteile soweit hinaus, dass sie elektrisch anschliessbar sind.

Das Klebemittel wird nachfolgend in flüssiger Form (Fluid) einseitig und/oder beidseitig auf die Klebefläche(n) aufgetragen und die zu verbindenden Bauteile positioniert. Ein oder beide zu verbindenden Bauteile werden nun durch äussere Krafteinwirkung in Richtung der Klebefuge zusammengepresst. Der Preßdruck wird bis zur Aushärtung des Klebers aufrechterhalten.

Als Klebemittel können wasserfeste Einkomponenten-Klebstoffe verwendet werden, die in geringer Menge von 120 g/cm² bis 150 g/cm² aufgetragen werden.

Durch Anlegen des elektrischen Stromes an die stirnseitig aus dem Baulteil herausgeführten leitfähigen Formkörper wird nachfolgend die unmittelbare Klebezone durch Widerstandserwärmung auf Temperaturen von 40 °C bis 120 °C, vorzugsweise 40 °C bis 80 °C über einen Zeitraum von 5 min bis 10 min und einem Preßdruck von 1 bis 4 kg/cm² erwärmt. Der verwendete Klebstoff muss für diese Bedingungen ausgelegt sein.

Der erfindungsgemässe Vorteil besteht darin, dass ausschließlich die Klebezone direkt und von „innen" erwärmt wird, d.h. der Wärmeeintrag lokal gezielt und während des Zusammenpressens der Fügebauteile erfolgt und aufrechterhalten wird.

Dies führt erstens zur Beschleunigung der Klebstoffaushärtung und damit zur Möglichkeit eines vorzeitigeren Aufhebens des Fügeanpressdruckes und zweitens zu einer Viskositätserniedrigung des Klebstoffes, der dadurch günstiger in die, durch Wärme geöffneten Werkstoffporen eindringen kann, und dadurch eine intensivere und damit qualitativ höherwertige Benetzung mit dem Grundwerkstoff erreicht. Es entsteht eine vollflächige Verklebung der Fügeteile einer mit nahezu Nulltoleranz gefertigten fehlverleimungsfreien Bauteilverbindung.

Beispiel 1:
Zwei 22mm dicke Schichtholztafeln in den Abmessungen 1500 × 1800 mm mit mittig eingelegter Korkschicht werden mit jeweils einer Fugenvorbereitung zur Realisierung einer Schäftungsverbindung versehen. Die Klebenflächen betragen 55 mm × 1500 mm. In die Klebefläche eines Baulementes werden zwei 0,3 mm breite und 0,5 mm tiefe Nuten mit einem Abstand untereinander von 12 mm in Längsrichtung der Klebefläche eingearbeitet. In diese Nuten wird je ein Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 0,4 mm oberflächenbündig zur Klebefläche eingelegt. Durch das geringe Übermaß des Drahtdurchmessers gegenüber der Nutbreite werden die Drähte in der Nut durch Presspassung fixiert. Die eingelegten Drähte besitzen einen in Längsrichtung der Klebefuge vorhandenen Überstand von ca. 10 cm, so dass sie elektrisch anschließbar sind. Nach dem Einlegen der Drähte werden die Klebeflächen beider Bauteile mit Einkomponentenklebstoff bestrichen und in der Spanneinrichtung fixiert. Die aus der Klebefuge beidseitig überstehenden bzw. herausgeführten Drähte werden an einer Spannungsquelle elektr. angeschlossen bzw. verdrahtet. Danach werden beide Teile mittels Spanneinrichtung mit einem Preßdruck von 3 kp/cm² zusammengepresst und der elektr. Stromkreis zur Widerstandserwärmung der Drähte geschlossen (24 V; 10 A). Die Erwärmung der Klebezone wird nach 6 Minuten beendet. Der Spanndruck wird 10 Minuten aufrechterhalten und dann gelöst. Die gefügte Schichtholztafel wird aus der Spanneinrichtung entnommen. Eine dauerhaft haltbare Klebeverbindung ist entstanden.
Beispiele 2–5:
In Abänderung von Beispiel 1 werden folgende Parameter geändert:
Es werden fehlerfreie dauerhaft haltbare Verbindungen geschaffen.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1: Bauelement
1a: Bauelement
2: Klebefläche
2a: Klebeffläche
3: Nut
3a: Nut
3b: Nut
3c: Nut
3d: Nut
3e: Nut
4: leitfähiger Formkörper
4a: leitfähiger Formkörper
4b: leitfähiger Formkörper
4c: leitfähiger Formkörper
4d: leitfähiger Formkörper
4e: leitfähiger Formkörper
5: Stirnseite des Bauelements 1
5a: Stirnseite des Bauelements 1a

Claims

Geklebtes Bauelement, bestehend aus flächenförmigen Holzwerkstoffen, gekennzeichnet durch Präzisionsklebeflächen (2, 2a) mit mindestens einer Nut (3) und einen in der Nut fixierten elektrisch leitfähigen Formkörper (4) in einem der Fügebauteile (1, 1a).
Geklebtes Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) über die gesamte Länge der Klebefuge bis in die Stirnseite (5, 5a) des Bauelements (1, 1a) ausgeführt sind.
Geklebtes Bauelement nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) in beiden Klebeflächen der korrespondierenden Fügebauteile (1, 1a) ausgeführt sind.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) im Querschnitt dreieckig ausgeformt sind.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) im Querschnitt halbrund ausgeformt sind.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) im Querschnitt rechteckig bzw. schlitzförmig ausgeformt sind.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) in einem, für die rel. gleichmäßige Erwärmung der Klebezone, symmetrischen Abstand untereinander und zur Oberfläche der Bauteile liegen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) einen runden Querschnitt besitzen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) aus Kupfer bestehen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) aus Aluminium bestehen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) aus Stahl bestehen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) aus Nickel-Eisen bestehen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) aus Konstantan bestehen.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) über die Stirnseite (5, 5a) des Bauelements (1, 1a) elektrisch anschliessbar hinausragend angeordnet sind.
Geklebtes Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die in den Nuten (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) befindlichen elektrisch leitfähigen Formkörper (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e) oberflächenbündig mit der jeweiligen Klebefläche (2, 2a) ausgeführt sind.
Verfahren zum Kleben von Bauelementen, insbesondere flächenförmigen Holzwerkstoffen durch Kleben von Präzisionsverbindungen mit Einkomponenten-Klebstoff und unter Erwärmung, gekennzeichnet dadurch, dass die Klebestelle nach dem Auftragen des Klebers und des Zusammenpressens der Fügebauteile über die in den Nuten der Präzisionsfugen oberflächenbündig mit der Klebefuge eingebrachten elektrisch leitfähigen Formkörper durch Widerstandsheizung erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass das Erhitzen der Klebezone direkt, ausgehend vom Klebespalt bis zu den Oberflächen der Bauteile erfolgt und die Erwärmung während des Zusammenpressen der Fügebauteile aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16 und 17, gekennzeichnet dadurch, dass die Klebezone auf Temperaturen von 40 °C bis 120 °C erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 und 17, gekennzeichnet dadurch, dass die Klebezone insbesondere auf Temperaturen von 40 °C bis 80 °C erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 bis 19, gekennzeichnet dadurch, dass die Klebezone über einen Zeitraum von 5 min bis 10 min erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 bis 20, gekennzeichnet dadurch, dass der auf die Klebestelle ausgeübte Druck 1 bis 4 kp/cm² beträgt.