(19) |
|
|
(11) |
EP 1 000 209 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
17.10.2001 Patentblatt 2001/42 |
(22) |
Anmeldetag: 15.07.1998 |
|
(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: E04G 23/02 |
(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
|
PCT/EP9804/384 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
|
WO 9906/652 (11.02.1999 Gazette 1999/06) |
|
(54) |
VERFAHREN ZUR BEFESTIGUNG EINER FLACHBANDLAMELLE AN EINER BAUTEILOBERFLÄCHE
METHOD FOR FASTENING A FLAT STRIP LAMELLA TO THE SURFACE OF A BUILDING COMPONENT
PROCEDE POUR LA FIXATION D'UNE LAMELLE DE BANDE PLATE SUR UNE SURFACE D'ELEMENT DE
CONSTRUCTION
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI NL PT SE |
|
Benannte Erstreckungsstaaten: |
|
AL LT LV MK RO SI |
(30) |
Priorität: |
31.07.1997 DE 19733066
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
17.05.2000 Patentblatt 2000/20 |
(73) |
Patentinhaber: Sika AG, vorm. Kaspar Winkler & Co. |
|
CH-8048 Zürich (CH) |
|
(72) |
Erfinder: |
|
- BLEIBLER, Alexander
CH-8406 Winterthur (CH)
- SCHÜMPERLI, Ernesto
CH-8832 Wollerau (CH)
- STEINER, Werner
CH-8405 Winterthur (CH)
|
(74) |
Vertreter: Wolf, Eckhard, Dr.-Ing. et al |
|
Patentanwälte Wolf & Lutz
Hauptmannsreute 93 70193 Stuttgart 70193 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
WO-A-96/05386 US-A- 4 560 428
|
FR-A- 2 594 871
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von
in eine Bindemittelmatrix eingebetteten, parallel zueinander in Lamellenlängsrichtung
ausgerichteten Kohlenstoffasern 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.
[0002] Flachbandlamellen dieser Art sind z.B. aus WO-A-96/21785 bekannt und sind zur Verstärkung
von lastaufnehmenden oder lastübertragenden Bauteilen bestimmt. Sie werden üblicherweise
mit einer Kleberschicht 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.
[0003] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs
angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß mit relativ einfachen Mitteln eine
signifikante Beschleunigung des Aushärtungsvorgangs erzielt werden kann.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0005] Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, daß die aus einem Reaktionsharz bestehende
Kleberschicht umso schneller aushärtet, je höher die Klebertemperatur ist. Um dies
zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest durch einen Teil
der Kohlenstoffasern unter Aufheizen der Verstärkungslamelle ein elektrischer Strom
hindurchgeleitet und dabei über die Verstärkungslamelle die Kleberschicht aufgeheizt
wird. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die sich über die gesamte
Länge der Flachbandlamelle erstreckenden Kohlenstoffasern eine gewisse elektrische
Leitfähigkeit aufweisen, die für eine ohmsche Aufheizung der Flachbandlamelle genutzt
werden kann.
[0006] 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 Glasumwandlungspunkt
und zu besseren Festigkeitseigenschaften des Klebers führt.
[0007] 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 Kohlenstoffasern aufgerauht oder angeschliffen
werden.
[0008] 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 einreguliert wird.
[0009] Um reproduzierbare Aufheizzeiten zu erhalten, wird gemäß der Erfindung empfohlen,
vor dem Aufheizvorgang den elektrischen Widerstand der sich zwischen den metallischen
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.
[0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1a
- eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Flachband-Lamelle;
- Fig. 1b
- einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 1a in vergrößerter Darstellung;
- Fig. 2
- einen Schnitt durch ein Bauteil, an welchem eine Verstärkungslamelle nach Fig. 1a
und b unter Aufheizung des Klebers angeklebt wird.
[0011] 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 eines vorzugsweise aus Epoxidharz bestehenden
Klebers 16 an der Oberfläche des Bauteils befestigt.
[0012] 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.
[0013] 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 abgelängte 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 Kohlenstoffasern 26 aufgerauht oder angeschliffen werden. 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 Kohlenstoffasern 26 hindurchgeleitet
werden kann. Die Kohlenstoffasern 26 bilden einen Heizwiderstand 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 effektive Leitungsquerschnitt
der in den Stromkreis eingekoppelten Kohlenstoffasern 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 Meßwert die anzulegende
Spannung U oder die erwünschte Stromstärke I wie folgt ermittelt wird:
wobei R den gemessenen Widerstand, 1 und b die Länge und die Breite der anzubringenden
Flachband-Lamelle und q eine empirisch zu ermittelnde flächenbezogene Wärmeleistungsdichte
bedeuten. In der Regel wird die Wärmeleistungsdichte q in einem Bereich von 1 bis
20 W/cm
2 ausgewählt.
[0014] Grundsätzlich ist es möglich, auch einen Dimmer, der beispielsweise nach dem Phasenanschnittverfahren
gesteuert wird, für die Heizleistungseinstellung zu verwenden.
[0015] Zur Temperaturüberwachung kann an die Flachband-Lamelle ein Temperaturfühler 24 angekoppelt
werden, dessen Ausgangssignal zur Steuerung oder Regelung der Heizleistung verwendet
werden kann.
[0016] Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: 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.
1. Verfahren zur Befestigung einer aus einer Vielzahl von in eine Bindemittelmatrix (28)
schubfest eingebetteten, parallel zueinander in Längsrichtung ausgerichteten Kohlenstoffasern
(26) bestehenden steifelastischen Flachbandlamelle (10) an einer Bauteiloberfläche,
bei welchem 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 Kohlenstoffasern (26) unter Aufheizung der Flachbandlamelle
(10) ein elektrischer Strom hindurchgeleitet wird und dabei die Kleberschicht (16)
über die eine Breitseite der Flachbandlamelle (10) 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 Flachbandlamellenoberfläche an der Kontaktstelle
unter Freilegung von Kohlenstoffasern (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 Flachband-lamelle (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
eingestellt wird, wobei l und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle,
R den gemessenen elektrischen Widerstand und q eine nach Maßgabe einer gewünschten
Aufheizzeit auszuwählende Heizleistungsdichte bedeuten.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß über die Stromquelle (22) eine elektrische Stromstärke nach der Beziehung
eingestellt wird, wobei l und b die Länge und die Breite der betreffenden Flachbandlamelle,
R den gemessenen 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.
1. Process for securing a flat strip lamella (10) to a construction component surface,
the flat strip lamella (10) being stiff-elastic and comprised of a plurality of carbon
fibers (26) extending parallel to each other in a longitudinal direction and embedded
fixed against sliding relative to each other in a binder matrix (28), wherein the
flat strip lamella (10) is pressed with its face against an adhesive layer (16) comprised
of reaction resin in a pasty consistency, the adhesive applied to the construction
component surface, and wherein the adhesive layer (16) is hardened to produce an adhesive
bond, thereby characterized, that an electrical current is conducted through at least a portion of the carbon
fibers (26) such that the adhesive layer (16) is heated via the flat strip lamella
(10).
2. Process according to Claim 1, thereby characterized, that the adhesive layer (16) is heated via the flat strip lamella to an average
temperature of greater than 40° C.
3. Process according to Claim 1 or 2, thereby characterized, that a metallic contact plate (18) is pressed against the respective ends of the
flat strip lamella (10), which contact plates (18) are connectable to a source of
current (22).
4. Process according to Claim 3, thereby characterized, that prior to the pressing of the contact plates (18) the flat strip lamella outer
surface at the site to be contacted is roughened or abraded, thereby exposing carbon
fibers (26).
5. Process according to one of Claims 1-4, thereby characterized, that at least one part of the flat strip lamella (10) and/or the adhesive layer
(16) the temperature is measured over time and adjusted or regulated by variation
of the electrical heating power produced by the applied current (22).
6. Process according to one of Claims 1-5, thereby
characterized, that prior to the heating process the electrical resistance (R) in the flat strip
lamella (10) extending between the metallic contact plates (18) is measured, and the
electrical voltage and/or the current strength (amperage) is adjusted to a defined
value according to the value of a predetermined surface area dependent heating power
under consideration of the measured resistance.
7. Process according to Claim 6, thereby
characterized, that the current source (22) is adjusted to an electrical voltage according to the
relationship,
wherein l and b represent the length and the breadth of the flat strip lamella being
measured, R represents the measured electrical resistance and q represents a heating
power to be selected according to a desired heating time.
8. Process according to Claim 6, thereby
characterized, that the current source (22) is adjusted to an electrical current value according
to the equation,
wherein l and b represent the length and the breadth of the flat strip lamella being
measured, R represents the measured electrical resistance and q represents a heating
power to be selected according to a desired heating time.
9. Process according to Claim 7 or 8, thereby characterized, that for the magnitude q a value of 1-20 W/cm2 is selected.
1. Procédé pour la fixation d'une lamelle de bande plate (10) souple, composée d'une
multitude de fibres en carbone (26) logées dans une matrice de liant (28) résistante
aux poussées et orientées parallèlement les unes aux autres dans le sens longitudinal,
sur une surface d'élément de construction, dans le cas duquel procédé la lamelle de
bande plate (10) est pressée contre la surface d'élément de construction avec un côté
large sur une couche de colle (16) composée de résine composite et appliquée en consistance
pâteuse, et dans le cas duquel la couche de colle (16) est durcie en produisant un
assemblage collé, caractérisé en ce qu'un courant électrique est conduit au moins au travers d'une partie des fibres de
carbone (26) en échauffant la lamelle de bande plate (10) et qu'ainsi la couche de
colle (16) est échauffée sur l'un des côtés larges de la lamelle de bande plate (10).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de colle (16) est échauffée sur la lamelle de bande plate à une température
moyenne supérieure à 40°C.
3. Procédé selon la revendication 1ou 2, caractérisé en ce qu'une plaque de contact métallique (18) pouvant être raccordée à une source de courant
est respectivement pressée contre les extrémités de la lamelle de bande plate (10).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface de lamelle de bande plate, avant d'être pressée contre la plaque métallique
(18), est grattée ou affûtée en mettant à nu des fibres de carbone (26) au point de
contact.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la courbe de température temporelle est mesurée à au moins un endroit de la lamelle
de bande plate (10) et/ou de la couche de colle (16), et qu'elle est réglée ou régulée
sur une courbe prédéfinie par la variation de la puissance calorifique électrique
appliquée par l'intermédiaire de la source de courant (22).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la résistance électrique (R) de la lamelle de bande plate (10) s'étendant entre les
plaques de contact métalliques (18) est mesurée avant l'opération d'échauffement et
la tension électrique et/ou l'intensité de courant est réglée sur une valeur définie
suivant une densité de puissance calorifique prédéfinie relative à la surface en tenant
compte de la résistance mesurée.
7. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'une tension électrique est réglée sur la source de courant (22) selon l'équation :
l et b étant la longueur et la largeur de la lamelle de bande plate concernée, R
la résistance électrique mesurée, et q une densité de puissance calorifique à sélectionner
selon un temps d'échauffement souhaité.
8. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce qu'une intensité de courant est réglée par l'intermédiaire de la source de courant (22)
selon l'équation :
I et b étant la longueur et la largeur de la lamelle de bande plate concernée, R
la résistance électrique mesurée, et q une densité de puissance calorifique à sélectionner
selon un temps d'échauffement souhaité.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que pour la donnée q, on sélectionne une valeur comprise entre 1 et 20 W/cm2.