VERFAHREN ZUR BEFESTIGUNG EINER FLACHBANDLAMELLE AN EINER BAUTEILOBERFLÄCHE

Beschreibung

[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/cm² 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.

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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.

Zeichnung