DE19945556A1

DE19945556A1 - Verfahren zum Herstellen von zumindest einem Prüfkörper, insbesondere aus Faserverbundwerkstoff, für eine Qualitätsprüfung einer Klebeverbindung

Info

Publication number: DE19945556A1
Application number: DE1999145556
Authority: DE
Inventors: Ulrike Goerschel; Thomas Kruschwitz; Jan Prockat
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2001-03-29
Also published as: CN1384918A; EP1221031A1; KR20020033824A; WO2001022054A1; JP2003510563A

Abstract

Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen von zumindest einem Prüfkörper (14), insbesondere aus Faserverbundwerkstoff, für eine Qualitätsprüfung einer Klebeverbindung werden zumindest zwei plattenförmige Fügeteile (2, 3) vorgesehen. Hierbei umfassen die Fügeteile (2, 3) jeweils zumindest einen einstückig an einem ihrer Randabschnitte angeformten Ansatz (8). Anschließend werden die Fügeteile (2, 3) aneinandergefügt, so daß sich Längsränder (4) der Fügeteile (2, 3) und ihrer Ansätze (8) im wesentlichen überlappen. Nachfolgend wird die Klebeverbindung in einem Bereich zwischen den aneinandergefügten Längsrändern (4) ausgebildet. Danach werden die in ihren Längsrändern (4) aneinandergefügten Ansätze (8) von den Fügeteilen (2, 3) abgetrennt, wobei die Fügeteile (2, 3) gleichzeitig zugeschnitten werden. Die abgetrennten Ansätze (8) werden als Prüfkörper (14) bereitgestellt.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft in Verfahren zum Herstellen von zumindest einem Prüfkörper, insbesondere aus Faserverbundwerkstoff, für eine Qualitätsprüfung einer Klebeverbindung.

Bei der Herstellung eines Wagenkästen für ein Schienenfahrzeug ist es bekannt, einzelne Faserverbundbauteile des Wagenkastens durch Klebeverbindungen aneinanderzufügen. Diese Klebeverbindungen zwischen den Bauteilen des Wagenkastens sind sowohl statischen Belastungen als auch hohen Kräften und Spannungen ausgesetzt, die beispielsweise bei Kurvenfahrten des Schienenfahrzeugs in dem Wagenkasten auftreten können. Im einzelnen ist deshalb sicherzustellen, daß die Klebeverbindungen den in den aneinandergefügten Bauteilen auftretenden Kräften und Spannungen standhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß Qualitätsprüfungen der Klebeverbindungen durchgeführt werden. Hierbei sind hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Prüfungsergebnisse zu stellen, um ein sicheres Zusammenhalten der Faserverbundbauteile auch bei statischen und dynamischen Beanspruchungen der Klebeverbindungen zu gewährleisten.

Stand der Technik

Für die Überprüfung oder Ermittlung der Qualität einer Klebeverbindung werden üblicherweise einzelne Faserverbundteile mit kleinen Abmessungen in einem Versuchslabor durch eine Klebeverbindung zu einem Prüfkörper zusammengefügt. Anschließend wird eine auf diese Weise unter Laborbedingungen hergestellte Klebenaht des Prüfkörpers auf ihre Qualität geprüft. Zwar können anhand dieses Prüfkörpers repräsentative Kennwerte einer Klebeverbindung zwischen Faserverbundbauteile ermittelt werden. Jedoch besteht das Problem, daß der unter Laborbedingungen hergestellte Prüfkörper bei seiner Fertigung nicht den realen Fügebedingungen unterliegt, die an den zum Einsatz kommenden Bauteilen eines Wagenkastens vorherrschen. So können bei der Untersuchung des Laborprüfkörpers zusätzliche Einflußfaktoren auf die Qualität einer Klebeverbindung, wie Verarbeitungstemperatur, Luftfeuchte, Druck, Verschmutzungsgrad in der Werkhalle, in der die Bauteile aneinandergefügt werden, die Qualität der real durchgeführten Vorbehandlung der Bauteile sowie Verschiebungen und Spannungen während des Fügens, weder erfaßt noch in die qualitative Auswertung der Klebeverbindung einbezogen werden. Anhand des nach dem bekannten Verfahren hergestellten Prüfkörpers lassen sich somit nicht immer hinreichend genaue Kennwerte einer unter realen Bedingungen ausgebildeten Klebeverbindung zwischen Bauteilen ermitteln.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers zu schaffen, bei dem mit geringem Arbeits- und Zeitaufwand sowie geringem konstruktiven Aufwand ein Prüfkörper aus einer unter realen Bedingungen ausgeführten Klebeverbindung erhalten werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.

Demzufolge werden für die Herstellung von zumindest einem Prüfkörper zunächst wenigstens zwei plattenförmige Fügeteile bereitgestellt. Die Fügeteile sind hierbei beispielsweise einzelne Bauteile, die zum Herstellen eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug im Bereich von Seitenwänden, Boden oder Decke des Wagenkastens eingesetzt werden können. Für die Verwendung als Bauteile eines Wagenkastens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Fügeteile aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem faserverstärktem Kunststoff, auszubilden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Herstellung einer stabilen Wagenkastenkonstruktion mit einem verhältnismäßig geringem Gewicht erreicht werden. Ferner weisen die Fügeteile jeweils wenigstens einen einstückig an zumindest einem ihrer Randabschnitte angeformten Ansatz auf Demnach ist ein Ansatz integral mit einem Randabschnitt eines Fügeteils verbunden, so daß das Fügeteil und sein Ansatz aus einem Werkstück gefertigt werden können. So kann das jeweilige Fügeteil mit seinem daran angeordneten Ansatz beispielsweise aus einer Faserverbundplatte ausgeschnitten werden. Die Form des einzelnen Fügeteils wird zwar weitgehend den Funktionsabmessungen des Fügeteils für seinen Einsatz, z. B. dem Einbau in einen Wagenkasten, angepaßt. Durch den als plattenförmigen Fortsatz eines Randabschnitts des Fügeteils ausgebildeten Ansatz nimmt das Fügeteil jedoch eine von seinen Funktionsabmessungen abweichende Kontur ein. Durch die Ausbildung des Ansatzes wird somit zusätzliches Material an einem Fügeteil bereitgestellt, das als Prüfkörpematerial vorgesehen wird.

Nach dem Bereitstellen der plattenförmigen Fügeteile werden die zumindest zwei Fügeteile unter realen Fügebedingungen derart aneinandergefügt, daß sich ein Längsrand des einen Fügeteils mit dem Längsrand des anderen Fügeteils im wesentlichen überlappt. Hierbei wird unter dem Begriff "Längsrand" eines Fügeteils ein Randbereich verstanden, der sich durchgehend an dem Fügeteil und an dem daran angeformten Ansatz erstreckt. Der Längsrand verläuft somit entlang eines Randbereichs des Fügeteils und des angeformten Ansatzes. Anschließend wird in einem Bereich zwischen den aneinandergefügten Längsrändern der sich gegenüberliegenden Fügeteile und ihrer Ansätze ein Klebstoff eingebracht. Hierdurch wird die Ausbildung einer Klebeverbindung zum Befestigen der Fügeteile aneinander sichergestellt.

Nach dem Verkleben der Fügeteile an ihren Längsrändern werden die an ihren Längsrändern zusammengeklebten Ansätzen von den Fügeteilen abgetrennt. Bei diesem Abtrennen der Ansätze werden die zusammengefügten Fügeteile gleichzeitig auf ihre Funktionsabmessungen für eine weitere Verwendung, z. B. als Bauteile einer Wagenkastenkonstruktion, zugeschnitten. Ein weiteres Anpassen der zusammengesetzten Fügeteile auf ihre erforderlichen Abmessungen und Funktionsgeometrie kann somit entfallen. Dies vereinfacht den Herstellungsprozeß erheblich. Die abgetrennten Ansätze, die die Klebeverbindung der unter realen Bedingungen zusammengesetzten Fügeteile umfassen, werden anschließend als Prüfkörper zur Überprüfung der Qualität der Klebeverbindung zwischen den Fügeteilen bereitgestellt.

Das beschriebene Verfahren kann zur Herstellung eines Prüfkörpers einfach, schnell und mit vergleichsweise geringem Aufwand durchgeführt werden, da der Prüfkörper während der Herstellung der Fügeteile gewonnen wird. Somit entfallen zusätzliche Arbeitsschritte, die für die Herstellung eines Prüfkörpers unter Laborbedingungen erforderlich sind. Insbesondere wird jedoch ein Prüfkörper bereitgestellt, dessen Klebeverbindung die Eigenschaften der an den Fügeteilen real ausgeführten Klebenaht aufweist und somit als Dokumentation und zur Prüfung des real ausgeführten Klebeprozesses dienen kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Es wird bevorzugt, daß der abgetrennte Prüfkörper in mehrere einzelne Prüfkörperabschnitte zerteilt wird. Durch dieses Zerteilen des Prüfkörpers können zum einen hinsichtlich der Größe der Prüfkörperabschnitte Verhältnisse hergestellt werden, welche eine Handhabung und korrekte Positionierung der Prüfkörperabschnitte bei der Untersuchung der Klebeverbindung erleichtern. Zum anderen werden mehrere Prüfkörper erhalten, an denen jeweils eine Qualitätsprüfung der Klebeverbindung vorgenommen werden kann. Dadurch ist es möglich, wiederholte Prüfungen der unter realen Bedingungen ausgeführten Klebeverbindung durchzuführen und somit ein Prüfungsergebnis zu bestätigen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in ihren Abmessungen im wesentlichen übereinstimmende Fügeteile verwendet. Hierdurch können die Fügeteile spiegelsymmetrisch an ihren Längsrändern aneinandergefügt werden, wobei eine Überlappung der Längsränder aufgrund der übereinstimmenden Geometrie leicht herzustellen ist.

Für die Gestaltung der Klebeverbindung ist es günstig, wenn durch diese zumindest eine Klebenaht zwischen den Fügeteilen ausgebildet wird. Hierbei verläuft die Klebenaht vorzugsweise im wesentlichen parallel zu und entlang der Längsränder der Fügeteile in dem Bereich, in dem sich die Längsränder der Fügeteile und der daran angeordneten Ansätze überlappen. Durch diese Anordnung der Klebenaht wird eine sichere und feste Verbindung zwischen den Fügeteilen gewährleistet.

Für die Formgebung des Prüfkörpers und der einzelnen Prüfkörperabschnitte wird es bevorzugt, die Ansätze beim Abtrennen von den zusammengeklebten Fügeteilen und/oder die einzelnen Prüfkörperabschnitte im wesentlichen senkrecht zu der Klebenaht, die durch die Ansätze oder den Prüfkörper verläuft, abzutrennen oder abzuteilen. Durch diese Anordnung der Trennstellen im wesentlichen senkrecht zu der Klebenaht beziehungsweise den Längsrändern vereinfacht sich die Handhabung der abgetrennten Prüfkörper bei der nachfolgenden Qualitätsprüfung erheblich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht aneinander geklebter Fügeteile gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der Fügeteile und Ansätze in auseinandergezogener Darstellung, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von Prüfkörperabschnitten.

Ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung

Wie in Fig. 1 zu erkennen, sind zwei plattenförmige Fügeteile 2, 3 an ihren Längsrändern 4 aneinandergefügt. Die Längsränder 4 verlaufen jeweils entlang der gesamten Längserstreckung eines plattenförmigen Fügeteils 2, 3 und parallel zu einer im wesentlichen geraden Stirnseite 12 eines Fügeteils 2, 3. Hierbei stimmen die beiden Fügeteile 2, 3 in ihren Abmessungen überein und liegen sich im wesentlichen spiegelsymmetrisch gegenüber. Jedes Fügeteil 2, 3 weist an seinem Randabschnitt 6 einen daran angeformten, rechteckförmigen Ansatz 8 auf, der sich in der Zeichenebene von dem Randabschnitt 6 des Fügeteils 2, 3 nach rechts erstreckt. Die Ansätze 8 sind derart über die Randabschnitte 6 der Fügeteile 2, 3 vorstehend ausgebildet, daß sie die Randabschnitte 6 nach rechts überlappen. Hierdurch wird auf konstruktiv einfache Art und Weise die erforderliche Form der Ansätze 8 als plattenförmige Fortsätze der Randabschnitte 6 der Fügeteile 2, 3 erreicht.

Die Längsränder 4 der Fügeteile 2, 3 und ihrer Ansätze 8 sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und überlappen sich entlang ihrer gesamten Längserstreckung. In dem Bereich der Überlappung der Längsränder 4 ist eine Klebeschicht vorgesehen, so daß die beiden Fügeteile 2, 3 unter Zwischenschaltung des Zwischenelementes 10 aneinandergeklebt sind. Durch die in dem Bereich zwischen den sich überlappenden Längsrändern 4 der Fügeteile 2, 3 vorgesehene Klebeverbindung wird somit sowohl zwischen dem oberen Fügeteil 2 und dem Zwischenelement 10 als auch zwischen dem unteren Fügeteil 3 eine Klebenaht ausgebildet. Diese Klebenähte gewährleisten ein sicheres Anhaften der Fügeteile 2, 3 aneinander und erstrecken sich durchgehend an den Fügeteilen 2, 3 sowie ihrer einstückig angeformten Ansätze 8. Die bei der Konstruktion der Fügeteile 2, 3 mit vorgesehenen Ansätze 8 sind als Bestandteile der Fügeteile 2, 3 den gleichen Fügebedingungen wie die Fügeteile 2, 3 selbst ausgesetzt, wie z. B. Vorbehandlung, Umwelteinflüsse und Spannungen während des Fügens.

Nachdem die Fügeteile 2, 3 nach Fig. 1 zusammengefügt sind, werden die Ansätze 8 von den Fügeteilen 2, 3 gemäß Fig. 2 abgetrennt. Hierbei erhalten die geklebten Fügeteile 2, 3 ihre (in Fig. 2 links zu erkennende) Funktionsgeometrie JUr eine weitere Verwendung, z. B. als Bauteil für einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs. Die abgetrennten Ansätze 8 werden hingegen als Prüfkörper 14 für eine Ermittlung und/oder Überprüfung der Kennwerte und Qualität der zwischen den Fügeteilen 2, 3 erzielten Klebeverbindung verwendet. Die Klebeverbindung des Prüfkörpers 14 weist die Eigenschaften der unter realen Bedingungen aufgeführten Klebenähten zwischen den Fügeteilen 2, 3 auf und kann somit als Dokumentation für und zur Prüfung des real aufgeführten Klebeprozesses dienen.

In Fig. 3 ist schematisch angeordnet, daß die in Fig. 2 als Prüfkörper 14 abgetrennten und aneinander geklebten Ansätze 8 auch in einzelne Prüfkörperabschnitte 16 zerteilt werden können. Diese Prüfkörperabschnitte 16 sind bei der Prüfung der Klebeverbindung aufgrund ihrer geringeren Größe als der Prüfkörper 14 zum einen leichter zu handhaben. Zum anderen können auf diese Weise mehrere Prüfungen einer Klebeverbindung durchgeführt werden, was die Genauigkeit des Ergebnisses der Qualitätsprüfung der Klebeverbindung erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für Klebeverbindungen von Faserverbundwerkstoffen untereinander sondern auch für andere Materialpaarungen, wie Kunststoff/Kunststoff und Metall/Kunststoff sowie Metall/Metall einsetzbar.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von zumindest einem Prüfkörper (14), insbesondere aus Faserverbundwerkstoff, für eine Qualitätsprüfung einer Klebeverbindung mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen von zumindest zwei plattenförmigen Fügeteilen (2, 3), wobei die Fügeteile (2, 3) jeweils wenigstens einen einstückig an zumindest einem ihrer Randabschnitte (6) angeformten Ansatz (8) umfassen;
b) Aneinanderfügen der Fügeteile (2, 3), so daß sich Längsränder (4) der Fügeteile (2, 3) und ihrer Ansätze (8) im wesentlichen überlappen;
c) Ausbilden der Klebeverbindung in einem Bereich zwischen den aneinandergefügten Längsrändern (4);
d) Abtrennen der an ihren Längsrändern (4) aneinandergefügten Ansätze (8) von den Fügeteilen (2, 3), wobei die Fügeteile (2, 3) gleichzeitig zugeschnitten werden; und
e) Vorsehen der abgetrennten Ansätze (8) als Prüfkörper (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Prüfkörper (14) in mehrere Prüfkörperabschnitte (16) zerteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ihren Abmessungen im wesentlichen übereinstimmende Fügeteile (2, 3) verwendet werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Klebeverbindung zumindest eine Klebenaht ausgebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (8) während des Verfahrensschritts (d) und/oder die einzelnen Prüfkörperabschnitte (16) im wesentlichen senkrecht zu der Klebenaht abgetrennt werden.