DE102014111060A1

DE102014111060A1 - Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung

Info

Publication number: DE102014111060A1
Application number: DE102014111060.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd c/o Airbus Operations GmbH Räckers; Lutz c/o Airbus Operations GmbH Wiese
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-02-04
Also published as: EP2982961B1; US9885651B2; EP2982961A1; US20160033388A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung zwischen zwei Bauelementen aus faserverstärktem Kunststoff durch Herstellung einer Testverbindung zwischen zwei Probenelementen und Aufbringen einer Zugbelastung auf diese Testverbindung bis zu einem vorgegebenen Wert. Dabei wird eines dieser Probenelemente von einem der Bauelemente der herzustellenden Verbindung gebildet, und die Zugkraft greift am anderen Probenelement an.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung zwischen zwei Bauelementen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) durch Herstellung einer Testverbindung zwischen zwei Probenelementen und Aufbringen einer Zugbelastung auf diese Testverbindung bis zu einem vorgegebenen Wert.
Derartige Verfahren sind in unterschiedlichen Formen bekannt. So werden bei einem bekannten Haftzugversuch zwei Probenelemente aus dem gleichen Material wie die zu verbindenden Bauelemente miteinander verklebt, und die Außenflächen der Probenelemente werden durch Klebung jeweils mit einem Prüfstempel verbunden. Über diese Prüfstempel wird auf die Proben eine Zugkraft aufgebracht, die entweder bis zum Abreißen der Verbindung oder bis zu einem vorgegebenen, für die für die Klebeverbindung erforderliche Haftkraft vorgesehenen Grenzwert gesteigert wird. Aus dem Versuchsergebnis wird geschlossen, welche Festigkeit eine zwischen den zu verbindenden Bauteilen ausgebildete Klebeverbindung haben wird.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden zwei Probenelemente durch Klebung miteinander verbunden, und dann wird durch Einführen eines Keilelements zwischen die Probenelemente ermittelt, wie groß die Kraft ist, die auf das Keilelement aufgebracht werden muss, um die Proben voneinander zu trennen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung zu schaffen, das einfach auszuführen ist und das den Einfluss der Eigenschaften der zu verbindenden Bauelemente auf die Klebeverbindung besser berücksichtigt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass eines der Probenelemente das eine Bauelement der herzustellenden Verbindung ist und dass die Zuglast am anderen Probenelement angreift. Dabei kann das andere Probenelement kreisförmig sein und vorzugsweise einen Durchmesser von 8 mm bis 60 mm, insbesondere 10 mm bis 50 mm, haben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Prüfen der Bruchzähigkeit der herzustellenden Klebeverbindung direkt auf einem der Bauelemente vorgenommen, das mit einem anderen Bauelement verbunden werden soll, wodurch Oberflächen- und Struktureigenschaften des Bauelements, auf dem das andere Probenelement befestigt wird, in das Prüfergebnis eingehen. Darüber hinaus lässt sich mit einem kleineren Probenelement arbeiten, als dies bei den bekannten Prüfverfahren der Fall ist.
Zur Durchführung des Belastungstests kann auf dem anderen Probenelement durch Klebung ein Zugelement befestigt werden, das sich in ein rohrförmiges Abstützelement erstreckt, das sich das andere Probenelement umgebend auf dem einen Bauelement abstützt. Derartige Geräte zur Durchführung von Belastungstests sind bekannt und werden beispielsweise von der DeFelsco Corporation, New York, U.S.A., unter der Bezeichnung PosiTest AT-A Automatic und PosiTest AT-A Manual vertrieben.
Bei diesem Versuchsaufbau wird für die Verbindung von Zugelement und Probenelement eine Klebeverbindung mit größerer Haftkraft als die Klebeverbindung zwischen Probenelement und Bauelement vorgesehen, um sicherzustellen, dass im Falle einer Überlastung einer der Klebeverbindungen diejenige zwischen Probenelement und Bauelement zuerst reißt. Diese unterschiedlichen Haftkräfte der Klebeverbindungen können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die dem einen Bauelement zugewandte, mit Klebstoff beschichtete Fläche des Probenelements kleiner ist als die Gesamtfläche des Probenelements.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbereitung der Reparatur einer Schadstelle an dem einen Bauelement eingesetzt, wird vorzugsweise im Bereich der Schadstelle Material abgetragen und der Rand des abgetragenen Bereichs geschäftet, sodass eine Vertiefung mit schräg verlaufenden Außenrändern entsteht, in die später das Reparaturelement eingesetzt und mit dem Bauelement verbunden wird. Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird das Probenelement im abgetragenen Bereich befestigt und dann auf Zug belastet.
Durch die Durchführung des Belastungsversuchs im Bereich der Schadstelle werden bei dem Versuch auch Material- und Struktureigenschaften des Bauelements im Bereich der Schadstelle berücksichtigt, die an der Oberfläche und/oder im Innenaufbau des Bauelements vorhanden sind und die insbesondere gerade eine Folge der Schadstelle sind.
Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens kann das andere Probenelement mittels eines Keilelements von dem einen Bauelement abgelöst und dabei zusätzlich der an sich bekannte Keiltest durchgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematisch und stark vereinfacht ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figur näher erläutert.
In der einzigen Figur ist schematisch ein Teil eines Bauelements 1 aus FVK gezeigt, etwa ein Teil eines Flugzeugrumpfs. In diesem Bauteil befand sich in der oberen Fläche eine nicht dargestellte Schadstelle, die ausgebessert werden soll. Hierzu wurde im Bereich 2 der Schadstelle Material entfernt, und die Ränder 3 im Übergang vom Bereich 2 zur oberen Fläche des Bauelements 1 wurden durch Schäftung angeschrägt, um in die so entstandene Vertiefung in üblicher Weise ein nicht dargestelltes Reparaturelement einzusetzen und durch Klebung zu befestigen.
Um die Bruchzähigkeit der herzustellenden Klebeverbindung zwischen Bauelement 1 und Reparaturelement zu prüfen, wird, wie in der Figur angedeutet, ein Probenelement 5, das aus dem gleichen Material besteht wie das zu verwendende Reparaturelement, mittels einer Klebstoffschicht 6 am Boden des abgetragenen Bereichs 2 befestigt, wobei derselbe Klebstoff verwendet wird, wie er auch für die spätere Befestigung des Reparaturelements benutzt wird. Auf der Oberseite des Probenelements 5 wird mittels einer Klebstoffschicht 7 als Zugelement der Stempel 8 eines Prüfgeräts, etwa des bekannten Geräts PosiTest AT-A Automatic der DeFelsco Corporation, New York, U.S.A., befestigt. Dabei erstreckt sich das Zugelement bzw. der Stempel 8 in ein rohrförmiges Abstützelement, das sich das Probenelement 5 umgebend auf dem Bauelement 1 abstützt.
Um sicherzustellen, dass die Haftkraft zwischen Stempel 8 und Probenelement 5 größer ist als die Haftkraft zwischen Probenelement 5 und Bauelement 1, kann die wirksame Klebstoffschicht 6 zwischen Probenelement 5 und Bauelement 1 gegenüber der Größe der Klebstoffschicht 7 verkleinert werden, etwa indem im Randbereich des Probenelements 5 zwischen Klebstoffschicht 6 und Bauelement 1 Trennfolien 10, beispielsweise eine oder zwei kreisringförmige Trennfolien, eingelagert werden, die den Kontakt der Klebeschicht 6 mit dem Bauelement 1 verhindern.
Nach Aushärten der Klebstoffschichten 6 und 7 (oder ggf. auch der Lagen des Probenelements 5) wird über den Stempel 8, wie durch den Pfeil angedeutet, eine Zugkraft aufgebracht und diese bis zu einem vorgegebenen Grenzwert gesteigert, wobei sich das Abstützelement des Testgeräts auf dem Bauelement 1 oder der Trennfolie 10 abstützt. Hält die Klebeverbindung zwischen Probenelement 5 und Bauelement 1 bis zu diesem Grenzwert, so kann davon ausgegangen werden, dass die entsprechende Klebstoffschicht, die das einzusetzende Reparaturelement mit dem Bauelement 1 verbindet, ebenfalls eine ausreichende Bruchzähigkeit hat.
Um das Probenelement 5 einschließlich Stempel 8 nach Durchführung der beschriebenen Prüfung vom Bauelement 1 zu entfernen, kann ein Keilelement 12 verwendet werden, wie es auch zur Durchführung des bekannten Keiltests verwendet wird, um so zusätzlich die Haftfähigkeit der Klebeverbindung zu prüfen.
Wie in der Figur schematisch angedeutet, kann ein entsprechendes Prüfverfahren auch auf der nicht veränderten Außenfläche des Bauelements 1 ggf. parallel zum Befestigen des Reparaturelements durchgeführt werden. Dies ist durch das Probenelement 5' dargestellt, das über eine Klebstoffschicht 6' (und ggf. Trennfolien 10‘) an der unveränderten oberen Fläche außerhalb der Ränder 3 des Bereichs 2 des Bauteils 1 angebracht ist. Dabei sind evtl. vorhandene Farbschichten vorher zu entfernen. An das Probenelement 5' ist über eine Klebstoffschicht 7' wiederum ein als Stempel 8‘ ausgebildetes Zugelement befestigt.
Diese Vorgehensweise ermöglicht, das in den Bereich 2 einzusetzende Reparaturelement und das Probenelement 5' aus derselben Charge hergestellter Bauteile zu entnehmen. Genauso können die Klebstoffschichten 6', 7', mit denen das Probenelement 5' befestigt wird, sowie die Klebstoffschicht zur Befestigung des Reparaturelements aus derselben Klebstoffcharge stammen. Damit wird die Vergleichbarkeit von Testverbindung und realer Klebeverbindung weiter verbessert, wobei Reparatur und Test parallel durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung zwischen zwei Bauelementen aus faserverstärktem Kunststoff durch Herstellen einer Testverbindung zwischen zwei Probeelementen und Aufbringen einer Zugbelastung auf diese Testverbindung bis zu einem vorgegebenen Wert, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Probenelemente das eine Bauelement (1) der herzustellenden Verbindung ist und dass die Zuglast am anderen Probenelement (5, 5') angreift.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Probenelement (5, 5') kreisförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Probenelement (5, 5') einen Durchmesser von 8 mm bis 60 mm, vorzugsweise 10 mm bis 50 mm, hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem anderen Probenelement (5, 5') durch Klebung ein Zugelement (8, 8') befestigt wird und dass sich das Zugelement (8, 8') in ein rohrförmiges Abstützelement erstreckt, das sich das andere Probenelement (5, 5') umgebend auf dem einen Bauelement (1) abstützt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftkraft der Klebeverbindung zwischen dem anderen Probenelement (5, 5') und dem Zugelement (8, 8') größer ist als die Haftkraft der Klebeverbindung zwischen dem anderen Probenelement (5, 5') und dem einen Bauelement (1).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem einen Bauelement (1) zugewandte, mit Klebstoff beschichtete Fläche des anderen Probenelements (5, 5') kleiner ist als die Gesamtfläche des anderen Probenelements (5, 5').
Verfahren zur Vorbereitung der Reparatur einer Schadstelle an dem einen Bauelement (1), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (2) der Schadstelle Material abgetragen und der Rand des abgetragenen Bereichs geschäftet wird und dass ein Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt wird, wobei das andere Probenelement (5) im abgetragenen Bereich befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Probenelement (5, 5') nach Durchführung des Prüfverfahrens mittels eines Keilelements (12) von dem einen Bauelement (1) abgelöst und dabei ein Keiltest durchgeführt wird.