WO1999006652A1 - Verfahren zur befestigung einer flachbandlamelle an einer bauteiloberfläche - Google Patents

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Alexander Bleibler
Ernesto Schümperli
Werner Steiner
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    • E04G2023/0251Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the invention relates to a method for fastening a flat ribbon lamella consisting of a plurality of carbon fibers embedded in a binder matrix and aligned parallel to one another in the longitudinal direction of the lamella to a component surface, in which the flat ribbon lamella has a broad side over an adhesive layer applied in a pasty consistency and consisting of a reaction resin against the Pressed component surface and the adhesive layer is cured to produce an adhesive bond.
  • Ribbon slats of this type are designed to reinforce load-bearing or load-transmitting components. They are usually glued to the component surface with an adhesive layer made of epoxy resin. This method is often perceived as disadvantageous that a relatively long time is required for the curing of the adhesive, within which the component or structure to be reinforced must not be stressed.
  • the object of the invention is to improve the method of the type specified at the outset in such a way that with relatively simple means a significant acceleration of the curing process Operation can be achieved.
  • the solution according to the invention is based on the idea that the adhesive layer consisting of a reaction resin hardens the faster the higher the adhesive temperature.
  • an electrical current is passed through at least part of the carbon fibers while the reinforcing lamella is heated and the adhesive layer is heated via the reinforcing lamella.
  • the adhesive layer is heated to an average temperature of more than 40 ° C. via the reinforcing lamella.
  • the curing time which takes about one to two days at ambient temperature, can be reduced to one to two hours.
  • curing at elevated temperature leads to a higher glass wall point and leads to better strength properties of the adhesive.
  • Power source connectable metallic contact plate pressed. It may be necessary to reduce the contact resistance between the contact plate and the lamella surface.
  • the lamella surface can be roughened or ground at the contact point with exposure of carbon fibers before the contact plate is pressed on.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the temperature profile over time is measured at at least one point on the reinforcement lamella and / or the adhesive layer and adjusted or adjusted to a predetermined profile by varying the electrical heating power impressed via the power source.
  • Figure la is a plan view of a section of a flat strip lamella.
  • Fig. Lb shows a section along the section line B-B of Fig la in an enlarged view.
  • Fig. 2 shows a section through a component to which a reinforcing lamella according to Fig. La and b is glued while heating the adhesive.
  • the flat strip lamella 10 shown in the drawing is intended for the subsequent reinforcement of components 12, such as reinforced concrete structures and masonry. They are fastened with their one broad side 14 to the surface of the component with the aid of an adhesive 16 which preferably consists of epoxy resin.
  • the flat strip lamella 10 has a composite structure composed of a plurality of supporting fibers 26 made of carbon, which are aligned parallel to one another, are flexible or limp, and of a binder matrix 28 made of epoxy resin, which connects the supporting fibers in a shear-resistant manner.
  • the binder matrix 28 ensures that the flat strip lamella 10 is designed to be rigid.
  • a reaction adhesive preferably made of epoxy resin, is first applied in a pasty form to the surface of the component 12.
  • the previously cut flat strip lamella 10 is then pressed against the component surface via the adhesive layer 16. In order to accelerate the curing time of the adhesive, the flat strip lamella 10 is heated with the aid of an electric current.
  • metal plates 18 are pressed against the slat surface at the ends of the flat strip lamella, so that an electrical contact is produced.
  • the lamella ends can be roughened or ground beforehand with the exposure of some carbon fibers 26.
  • the metal plates 18 are connected via the lines 20 to a current source 22, so that an electrical current can be passed through the carbon fibers 26 contacted with the metal plates 18.
  • the carbonase 26 form a heating resistor for heating the flat strip lamella.
  • the voltage and the current strength of the power source can be varied. Since the length of the flat ribbon lamella to be glued and the effective line cross section of the carbon fibers coupled into the circuit can vary considerably from case to case, it is advantageous if the ohmic resistance R of the lamella to be attached is first measured with the aid of a resistance measuring device and from the Measured value the voltage U to be applied or the desired one Current I is determined as follows:
  • R is the measured resistance
  • 1 and b the length and width of the flat strip slat to be attached
  • q is an empirically determined area-related heat output density.
  • the heat output density q is selected in a range from 1 to 20 W / cm 2 .
  • a dimmer which is controlled, for example, using the leading edge method, for setting the heating output.
  • a temperature sensor 24, the output signal of which can be used to control or regulate the heating power, can be coupled to the flat ribbon cable for temperature monitoring.
  • the invention relates to a method for fastening a flat strip lamella 10 to a component surface 12, in which the flat strip lamella 10 has a broad side 14 by means of an adhesive layer 16 applied in pasty consistency and consisting of a reaction resin pressed against the component surface and the adhesive layer 16 is cured to produce an adhesive connection.
  • the flat ribbon lamella 10 consists of a multiplicity of carbon fibers 26 which are embedded in a binder matrix 28 and are aligned parallel to one another in the longitudinal direction.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung einer Flachband-Lamelle (10) an einer Bauteiloberfläche (12), bei welchem die Flachband-Lamelle (10) mit einer Breitseite (14) über eine in pastöser Konsistenz aufgetragene, aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht (16) gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht (16) unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird. Die Flachband-Lamelle (10) besteht aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix (28) eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasern (26). Um die Aushärtung der Kleberschicht zu beschleunigen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasern (26) unter Aufheizung der Flachband-Lamelle (10) ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und dabei über die Flachband-Lamelle (10) die Kleberschicht (16) aufgeheizt wird.

Description

Verfahren zur Befestigung einer Flachbandlamelle an einer Bauteiloberfläche
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix eingebetteten, parallel zueinander in Lamellenlängsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasem bestehenden Flachbandlamelle an einer Bauteiloberfläche, bei welchem die Flachbandlamelle mit einer Breitseite über eine in pastöser Konsistenz aufgetragenen, aus einem Reaktionsharz bestehenden Kleberschicht gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird.
Flachbandlamellen dieser Art sind zur Verstärkung von lastaufnehmenden oder lastübertragenden Bauteilen bestimmt. Sie werden üblicherweise mit einer Kleber- Schicht aus Epoxidharz an der Bauteiloberfläche angeklebt. Bei diesem Verfahren wird oft als nachteilig empfunden, daß für die Aushärtung des Klebers eine relativ lange Zeit erforderlich ist, innerhalb der das zu verstärkende Bauteil oder Bauwerk nicht belastet werden darf.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit relativ einfachen Mit- teln eine signifikante Beschleunigung des Aushärtungs- Vorgangs erzielt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil- hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß die aus einem Reaktionsharz bestehende Kleber- Schicht umso schneller aushärtet, je höher die Klebertemperatur ist. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasem unter Aufheizen der Verstärkungslamelle ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und da- bei über die Verstärkungslamelle die Kleberschicht aufgeheizt wird. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die sich über die gesamte Länge der Flachbandlamelle erstreckenden Kohlenstoffasem eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die für eine ohm- sehe Aufheizung der Flachbandlamelle genutzt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Kleberschicht über die Verstärkungslamelle auf eine mittlere Temperatur von mehr als 40 'C aufgeheizt. Dadurch kann bei dem Beispiel eines Epoxidharzklebers die bei Umgebungstemperatur etwa ein bis zwei Tage dauernde Aushärtungszeit auf eine bis zwei Stunden reduziert werden. Hinzu kommt, daß das Aushärten bei erhöhter Temperatur zu einem höheren Glasumwand- lungspunkt und zu besseren Festigkeitseigenschaften des Klebers führt.
Zur Einleitung des elektrischen Stromes wird zweckmäßig gegen die Enden der Flachbandlamelle je eine an eine
Stromquelle anschließbare metallische Kontaktplatte angepreßt. Gegebenenfalls ist es erforderlich, den Übergangswiderstand zwischen der Kontaktplatte und der Lamellenoberfläche zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann vor dem Anpressen der Kontaktplatte die Lamellenoberfläche an der Kontaktstelle unter Freilegung von Kohlenstoffasem aufgerauht oder angeschliffen werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß an mindestens einer Stelle der Verstärkungslamelle und/oder der Klebstoffschicht der zeitliche Temperaturverlauf gemessen und durch Variation der über die Stromquelle aufgeprägten elektrischen Heizleistung auf einen vorgegebenen Verlauf eingestellt oder einregu- liert wird.
Um reproduzierbare Aufheizzeiten zu erhalten, wird gemäß der Erfindung empfohlen, vor dem Auf eizvorgang den elektrischen Widerstand der sich zwischen den metalli- sehen Kontaktplatten erstreckenden Flachbandlamelle zu messen und die elektrische Spannung und/oder die Stromstärke an der Stromquelle nach Maßgabe einer vorgegebenen flächenbezogenen Leistungsdichte unter Berücksichtigung des gemessenen Widerstands auf einen definierten Wert einzustellen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. la eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Flachband-Lamelle ;
Fig. lb einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B der Fig. la in vergrößerter Darstellung;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Bauteil, an welchem eine Verstärkungslamelle nach Fig. la und b unter Aufheizung des Klebers angeklebt wird.
Die in der Zeichnung dargestellte Flachband-Lamelle 10 ist zur nachträglichen Verstärkung von Bauteilen 12, wie Stahlbetonkonstruktionen und Mauerwerk bestimmt. Sie werden mit ihrer einen Breitseite 14 mit Hilfe ei- nes vorzugsweise aus Epoxidharz bestehenden Klebers 16 an der Oberfläche des Bauteils befestigt.
Die Flachband-Lamelle 10 weist eine Verbundstruktur aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, biegsamen oder biegeschlaffen Tragfasern 26 aus Kohlenstoff und aus einer die Tragfasern schubfest miteinander verbindenden Bindemittelmatrix 28 aus Epoxidharz auf. Die Bindemittelmatrix 28 sorgt dafür, daß die Flachband-Lamelle 10 steifelastisch ausgebildet ist. Zur Befestigung der Flachband-Lamelle 10 am Bauteil 12 wird zunächst ein vorzugsweise aus Epoxidharz bestehender Reaktionskleber in pastöser Form auf die Oberfläche des Bauteils 12 aufgetragen. Sodann wird die zuvor ab- gelängte Flachband-Lamelle 10 über die Kleberschicht 16 gegen die Bauteiloberfläche gedrückt. Um die Aushärtungszeit des Klebers zu beschleunigen, wird die Flachband-Lamelle 10 mit Hilfe eines elektrischen Stroms aufgeheizt. Zu diesem Zweck werden an den Enden der Flachband-Lamelle Metallplatten 18 gegen die Lamellenoberfläche gepreßt, so daß ein elektrischer Kontakt entsteht. Um den Kontaktwiderstand zu vermindern, können die Lamellenenden zuvor unter Freilegung einiger Kohlenstoffasem 26 aufgerauht oder angeschliffen er- den. Die Metallplatten 18 werden über die Leitungen 20 an eine Stromquelle 22 angeschlossen, so daß ein elektrischer Strom durch die mit den Metallplatten 18 kontaktierten Kohlenstoffasem 26 hindurchgeleitet werden kann. Die Kohlenstoffase 26 bilden einen Heizwider- stand zur Aufheizung der Flachband-Lamelle. Um die
Heizleistung der gewünschten Aufheizzeit entsprechend einstellen zu können, können die Spannung und die Stromstärke der Stromquelle variiert werden. Da die Länge der anzuklebenden Flachband-Lamelle und der ef- fektive Leitungsquerschnitt der in den Stromkreis eingekoppelten Kohlenstoffasem von Fall zu Fall erheblich variieren können, ist es von Vorteil, wenn zunächst mit Hilfe eines Widerstandsmeßgeräts der ohmsche Widerstand R der anzubringenden Lamelle gemessen und aus dem Meß- wert die anzulegende Spannung U oder die erwünschte Stromstärke I wie folgt ermittelt wird:
Figure imgf000008_0001
wobei R den gemessenen Widerstand, 1 und b die Länge und die Breite der anzubringenden Flachband-Lamelle und q eine empirisch zu ermittelnde flächenbezogene Wärme- leistungsdichte bedeuten. In der Regel wird die Wärmeleistungsdichte q in einem Bereich von 1 bis 20 W/cm2 ausgewählt .
Grundsätzlich ist es möglich, auch einen Dimmer, der beispielsweise nach dem Phasenanschnittverfahren gesteuert wird, für die Heizleistungseinstellung zu verwenden .
Zur Temperaturüberwachung kann an die Flachband- amelle ein Temperaturfühler 24 angekoppelt werden, dessen Ausgangssignal zur Steuerung oder Regelung der Heizleistung verwendet werden kann.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin- düng bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung einer Flachband-Lamelle 10 an einer Bauteiloberfläche 12, bei welchem die Flachband-Lamelle 10 mit einer Breitseite 14 über eine in pastöser Konsistenz aufgetragene, aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht 16 ge- gen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht 16 unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird. Die Flachband-Lamelle 10 besteht aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix 28 eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasem 26. Um die Aushärtung der Kleberschicht zu beschleunigen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasem 26 unter Aufheizung der Flachband-Lamelle 10 ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und dabei über die Flachband-Lamelle 10 die Kleberschicht 16 aufgeheizt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix (28) eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasem (26) bestehenden Flachbandlamelle (10) an einer Bauteiloberfläche, bei welchen die Flachbandlamelle (10) mit einer Breitseite über eine in pastöser Konsistenz aufgetragene, aus einem Reaktionsharz bestehende Kleberschicht (16) gegen die Bauteiloberfläche gedrückt und die Kleberschicht (16) unter Herstellung einer Klebeverbindung ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest durch einen Teil der Kohlenstoffasem (26) unter Aufheizung der Flachbandlamelle (10) ein elektrischer Strom hindurchgeleitet und dabei über die Flachbandlamelle (10) die Kleberschicht (16) aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberschicht (16) über die Flachbandlamelle auf eine mittlere Temperatur von mehr als 40 °C aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die Enden der Flachbandlamelle (10) je eine an eine Stromquelle (22) anschließbare metallische Kontaktplatte (18) angepreßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anpressen der Kontaktplatte (18) die Flachbandlamellenoberflache an der Kontaktstelle unter Freilegung von Kohlenstoffase (26) aufgerauht oder angeschliffen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle der Flachbandlamelle (10) und/oder der KlebstoffSchicht (16) der zeitliche Temperaturverlauf gemessen und durch Variation der über die Stromquelle (22) aufgeprägten elektrischen Heizleistung auf einen vorgegebenen Verlauf eingestellt oder einreguliert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufheizvorgang der elektrische Widerstand (R) der sich zwischen den metallischen Kontaktplatten (18) erstreckenden Flachbandlamelle (10) gemessen und die elektrische Spannung und/oder die Stromstärke nach Maßgabe einer vorgegebenen flächenbezogenen Heizleistungsdichte unter Berücksichtigung des gemessenen Widerstands auf einen definierten Wert eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stromquelle (22) eine elektrische Spannung nach der Beziehung
Figure imgf000011_0001
eingestellt wird, wobei 1 und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle, R den ge¬ messenen elektrischen Widerstand und q eine nach Maßgabe einer gewünschten Aufheizzeit auszuwählende Heizleistungsdichte bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Stromquelle (22) eine elektrische Stromstärke nach der Beziehung
Figure imgf000012_0001
eingestellt wird, wobei 1 und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle, R den ge- messenen elektrischen Widerstand und q eine nach
Maßgabe einer gewünschten Aufheizzeit auszuwählende Heizleistungsdichte bedeuten.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Größe q ein Wert von 1 bis 20 W/cm2 gewählt wird.
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