DE102014018701A1 - Verfahren und Prüfvorrichtung - Google Patents

Verfahren und Prüfvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102014018701A1
DE102014018701A1 DE102014018701.2A DE102014018701A DE102014018701A1 DE 102014018701 A1 DE102014018701 A1 DE 102014018701A1 DE 102014018701 A DE102014018701 A DE 102014018701A DE 102014018701 A1 DE102014018701 A1 DE 102014018701A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
tensile load
atmosphere
temperature
adhesive bond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102014018701.2A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014018701B4 (de
Inventor
Tobias Mertens
Andreas Rössmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space GmbH filed Critical Airbus Defence and Space GmbH
Priority to DE102014018701.2A priority Critical patent/DE102014018701B4/de
Publication of DE102014018701A1 publication Critical patent/DE102014018701A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014018701B4 publication Critical patent/DE102014018701B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0017Tensile
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/006Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067Fracture or rupture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0222Temperature
    • G01N2203/0224Thermal cycling
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262Shape of the specimen
    • G01N2203/0278Thin specimens
    • G01N2203/0282Two dimensional, e.g. tapes, webs, sheets, strips, disks or membranes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/04Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
    • G01N2203/0429Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils using adhesive bond; Gluing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/04Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
    • G01N2203/0464Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils with provisions for testing more than one specimen at the time
    • G01N2203/0476Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils with provisions for testing more than one specimen at the time in parallel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Zugscherprüfung oder zur Schälprüfung mindestens einer Probe 40, die mit mindestens zwei mittels mindestens einer Klebeverbindung 50 gefügten Bauteilen 40, 42 gebildet ist, wobei mindestens ein Bauteil 40, 42 mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist. Erfindungsgemäß wird an die mindestens eine Probe 40 eine axial wirkende Zugbelastung F angelegt und die mindestens eine Probe 40 wird gleichzeitig einer Messatmosphäre 20 ausgesetzt, deren Temperatur und/oder relative Feuchtigkeit erheblich von der einer Umgebungsatmosphäre 22 abweichen. Infolge der zeitgleich erfolgenden mechanischen und klimatischen Belastung der Probe 40 ist insbesondere eine realitätsnähere Beurteilung der Güte einer Oberflächenvorbehandlung der Bauteile 42, 44 im Vorfeld der Herstellung der Klebeverbindung 50 gegeben. Darüber hinaus hat die Erfindung eine Prüfvorrichtung 10, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand.

Description

  • Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Zugscherprüfung oder zur Schälprüfung mindestens einer Probe, die mit mindestens zwei mittels mindestens einer Klebeverbindung gefügten Bauteilen gebildet ist, wobei mindestens ein Bauteil mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist.
  • Darüber hinaus hat die Erfindung eine Prüfvorrichtung zur Zugscherprüfung oder zur Schälprüfung mindestens einer Probe zum Gegenstand, die mit mindestens zwei mittels mindestens einer Klebeverbindung gefügten Bauteilen gebildet ist, wobei mindestens ein Bauteil mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist.
  • Im Leichtbau finden Klebeverbindungen zunehmende Anwendung, da sich sehr hohe Festigkeiten bei einer gleichzeitigen Gewichtsersparnis aufgrund der nicht mehr erforderlichen Verbindungselemente erzielen lassen. Durch Klebeverbindungen können Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen, wie z. B. Faserverbundkunststoff, Titan, Aluminium, Edelstahl, ohne strukturelle Beeinträchtigung der Fügepartner und ohne die Gefahr von Korrosionsproblemen gefügt werden. Eine hochwertige Klebeverbindung, d. h. eine bestmögliche adhäsive und klimabeständige Anbindung des Klebstoffes an einen Fügepartner, kann nur durch eine gezielte und reproduzierbare Vorbehandlung der zu klebenden Oberflächen erfolgen.
  • Bei der Entwicklung neuartiger Oberflächenvorbehandlungsverfahren ist es aktuell jedoch schwierig, die Qualität der Vorbehandlung bzw. die adhäsive Anbindung des Klebstoffes an den Fügepartner bzw. das Fügeteil hinreichend zu ermitteln und zu bewerten.
  • Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die zur Zeit genormten bzw. etablierten Prüfverfahren eine zu geringe Oberflächensensitivität aufweisen und somit in ihrer Qualitätsgüte unterschiedliche Oberflächenvorbehandlungsverfahren praktisch gar nicht zu differenzieren sind. Eine zuverlässige Charakterisierung von Proben, bei denen mindestens ein Fügeteil bzw. ein beteiligtes Bauteil mit einem Faserverbundkunststoff (s. g. FVK) gebildet ist, wird weiterhin dadurch erschwert, dass – auch wenn viele Prüfverfahren primär keine Schälbelastung darstellen – bei diesen sekundäre Schälbelastungen auftreten. Diese sekundären Schälbelastungen führen zu einer Delamination des FVK. So treten z. B. bei der s. g. ”Lapshearprobe”, die primär eine Scherbelastung darstellt, bei hohen Kräften in den Endbereichen der Probe Schälkräfte auf. Diese Schälbelastungen führen häufig zu einer Delamination des Faserverbundbauteils, was zur Folge hat, dass die Probe zwar versagt, dies aber in einer solchen Konstellation nicht repräsentativ für die Güte der Oberflächenvorbehandlung ist. Durch die, bei den etablierten Prüfverfahren hohen Prüfkräfte wird diese Wirkung weiter verstärkt.
  • Zurzeit erfolgen die Ermittlung von mechanischen Kennwerten einer Klebeverbindung sowie die Bewertung der Eignung eines Vorbehandlungsverfahrens für eine Klebeverbindung vielfach anhand von genormten Prüfungen. Aus dem Stand der Technik sind z. B. Rollenschälprüfungen (DIN EN 1464, EN 2243-2), ein Keiltest (DIN 65448), Zugscherprüfungen mit unterschiedlichen Probenformen (DIN EN 1465, EN 2243-1) sowie ein s. g. Glc-Test zur Ermittlung der Rissausbreitungsenergie (DIN EN 6033) bekannt.
  • Diese Prüfverfahren ermöglichen jedoch nur eine unzureichende Abschätzung der Qualität und des Potentials einer Oberflächenvorbehandlung für eine Klebeverbindung, was die Entwicklung von neuen Oberflächenvorbehandlungsverfahren für Klebeverbindungen erschwert. Darüber hinaus können die für numerische Festigkeitsberechnungen notwendigen mechanischen Parameter einer Klebeverbindung nur unzureichend bestimmt werden, so dass das Leichtbaupotential der Klebetechnik aufgrund unnötiger Risikozuschläge nicht vollständig ausgeschöpft werden kann. Daneben wird bei den hergebrachten Prüfverfahren eine zu untersuchende Probe in einer Klimakammer bei z. B. einer relativen Luftfeuchte von 85% und einer Temperatur von 70°C klimatisch über eine lange Zeit hinweg vorgealtert und erst anschließend einer mechanischen Zugprüfung unterzogen, so dass die Probe keiner realitätsnahen, weil nicht zeitgleichen klimatischen und mechanischen Belastung unterworfen wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur realitätsnahen Prüfung der mechanischen Belastbarkeit einer Klebeverbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen anzugeben, von denen mindestens ein Bauteil mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren gelöst, bei dem an die mindestens eine Probe eine konstante axial wirkende Zugbelastung F angelegt wird und die mindestens eine Probe gleichzeitig einer konstanten Messatmosphäre ausgesetzt wird, deren Temperatur und/oder relative Feuchtigkeit erheblich von der einer Umgebungsatmosphäre abweicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht erstmals eine besonders realitätsnahe, oberflächensensible Prüfung einer zu untersuchenden Probe durch das zeitgleiche Einwirken einer mechanischen Zugbelastung bzw. einer Zugkraft und nachteiligen, da aggressiven klimatischen Einflüssen. Darüber hinaus sind in Abhängigkeit von der Probengeometrie sowohl Scher- als auch Schälbelastungen der Klebeverbindung darstellbar. Die Zugbelastung der Probe erfolgt vorzugsweise mit einer konstanten und definierten Kraft, die sich messtechnisch einfacher erfassen lässt. Ferner wird eine Delamination der Bauteile der Probe vermieden und es ist eine verlässliche Prüfung von realitätsnahen Hybrid-Verbindungen möglich. Mit dem Begriff der ”Umgebungsatmosphäre wird im Kontext dieser Beschreibung die ”normale” Umgebungsluft verstanden, während der Terminus der ”Messatmosphäre” den Zustand derjenigen Luft meint, der die Probe ausgesetzt ist. Zusätzlich kann die Klebeverbindung mindestens ein Verbindungselement, wie zum Beispiel ein Niet, einen Bolzen, eine Verschraubung, ein Insert oder dergleichen aufweisen.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Deformation der Probe infolge der Zugbelastung vermieden.
  • Hierdurch wird insbesondere eine Schälbelastung, die zu einer Delamination des beteiligten Faserverbundbauteils und zu einer Fehlinterpretation der maximalen Festigkeit der Klebeverbindung führen könnte, vermieden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Bruchbild der Probe aufgenommen.
  • Infolgedessen ist beispielsweise eine genaue Analyse der Grenzflächen zwischen dem Klebemittel und den Oberflächen der beteiligten Bauteilseiten möglich. Als Klebemittel können z. B. Einkomponenten-Klebstoffe oder Zweikomponenten-Klebstoffe, wie z. B. Epoxidharze, BMI-Harze, Polyurethanharze, Polyesterharze oder Phenolharze zum Einsatz kommen.
  • Nach Maßgabe einer günstigen Weiterentwicklung werden eine Haltekraft und/oder eine Haltezeit gemessen.
  • Hierdurch stehen weitere messtechnisch zuverlässig ermittelbare und sicher reproduzierbare Parameter zur Beurteilung der mechanischen Belastbarkeit der Klebeverbindung und des zur Herstellung der Klebeverbindung eingesetzten Vorbehandlungsverfahrens für die Grenzflächen zwischen dem Klebemittel und den beteiligten Bauteiloberflächen zur Verfügung.
  • Nach Maßgabe einer weiteren günstigen Ausgestaltung erfolgt anhand des Bruchbildes, der Haltekraft und der Haltezeit, insbesondere eine Bewertung eines Vorbehandlungsverfahrens für die Klebeverbindung.
  • Infolge dieser Kennwerte lassen sich insbesondere Vorbehandlungsverfahren zur Herstellung von Klebeverbindungen zwischen Faserverbundbauteilen und einem mit einem anderen Material, wie z. B. einem mit einem metallischen Werkstoff, gebildeten Bauteil beurteilen. Die Kennwerte können zugleich als eine Grundlage zur Durchführung numerischer Verfahren zur Bestimmung der Festigkeit der mittels der Klebeverbindung gefügten Bauteile dienen. Auf eine ”schlechte” Oberflächenvorbehandlung deutet z. B. ein Versagen der Probe bzw. ein Bruch derselben nach dem Ablauf einer verhältnismäßig kurzen Haltezeit tH von bis zu 7 Tagen hin.
  • Bei einer weiteren günstigen Fortbildung ist vorgesehen, dass die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Messatmosphäre während des Anliegens der Zugbelastung konstant bleiben.
  • Durch diese Vorgehensweise lassen sich z. B. Grenzbelastungen der Klebeverbindung innerhalb der Probe bestimmen.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Messatmosphäre während des Anliegens der Zugbelastung variiert.
  • Hierdurch lassen sich Klimaschwankungen realistischer nachbilden.
  • Nach Maßgabe einer Weiterbildung wird eine Temperatur der Messatmosphäre auf einen Wert zwischen –50°C und 150°C und die relative Feuchtigkeit auf einen Wert zwischen 5% und 95% eingestellt. Die Temperatur wird z. B. über ein vorzugsweise direkt an der Probe angebrachtes Heizpatch, ein Heizkissen, eine Heizfolie oder dergleichen erzeugt und liegt bevorzugt in einem Intervall zwischen 23°C und 150° einschließlich der Intervallgrenzen. Die Luftfeuchte wird innerhalb der Kammer eingestellt und liegt bevorzugt zwischen 20% und 95% relativer Feuchtigkeit. Das Heizpad überdeckt vorzugsweise lediglich einen Überlappungsbereich der mindestens zwei gefügten Bauteile, d. h. die Klebeverbindung, zusätzlich eines kleinen Überstandes.
  • Hierdurch werden realistische Einsatzbedingungen der Klebeverbindung abgebildet. Darüber hinaus kann z. B. der Salzgehalt der Messatmosphäre im Vergleich zur Umgebungsatmosphäre zur Simulation von chemisch-korrosiven Prozessen erhöht oder verringert werden.
  • Im Fall einer günstigen Weiterbildung des Verfahrens beträgt ein Messzeitraum, in dem die Probe mit der Zugbelastung beansprucht und der Messatmosphäre exponiert ist, bis zu 8760 Stunden.
  • Hierdurch sind selbst langsam ablaufende Fließ- und Ermüdungserscheinungen der Klebeverbindung erfassbar. Eine ungenügende bzw. eine ”schlechte” Oberflächenvorbehandlung der Klebeverbindung der Probe ist durch das Versagen der Probe bzw. den Bruch derselben nach Ablauf einer Haltezeit tH von in der Regel bis zu 7 Tagen bei einer bis dahin auf die Probe einwirkenden, bevorzugt axial-konstanten Zugbelastung F von bis zu 200 kN charakterisiert. Im Fall einer ordnungsgemäßen Oberflächenbehandlung ergibt sich hingegen eine Haltezeit tH, die bis zu 8760 Stunden beträgt, d. h. es tritt bei einer dauerhaft anliegenden Zugbelastung F kein Versagen der Probe innerhalb des Messzeitraums auf, so dass die Zugbelastung F in dieser Konstellation der Haltekraft FH entspricht. Infolge dieses deutlichen zeitlichen Unterschieds ist die Güte der Oberflächenvorbehandlung erfindungsgemäß zuverlässig differenzierbar.
  • Darüber hinaus wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Prüfvorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 10 gelöst. Dadurch, dass die mindestens eine Zugvorrichtung zum Erzeugen der Zugbelastung für mindestens eine Probe zumindest teilweise in einer Klimakammer mit einer Messatmosphäre angeordnet ist, deren Temperatur und/oder relative Luftfeuchtigkeit von der einer Umgebungsatmosphäre abweicht und die Probe während des Einwirkens der Zugbelastung vollständig der Messatmosphäre ausgesetzt ist,
    wird eine besonders realitätsnahe Beanspruchung der Probe erreicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Prüfvorrichtung ist die Klimakammer zumindest bereichsweise mit einer thermischen Isolierung versehen.
  • Hierdurch ist eine gleichmäßigere Temperierung innerhalb der Klimakammer gegeben.
  • Bei einer günstigen Weiterbildung erfolgt die Temperierung der Probe mittels mindestens eines, insbesondere an der Probe angeordneten Heizelements.
  • Infolge dieser Ausgestaltung ist eine sehr direkte Beheizung bzw. Temperierung der Probe mit einer besonders hohen Genauigkeit realisierbar. Als Heizelement können z. B. elektrische Heizpads, elektrische Heizfolien etc. zum Einsatz kommen.
  • In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 2 eine Prinzipdarstellung einer Zugeinrichtung der Prüfvorrichtung von 1 mit einer Probe,
  • 3 eine Draufsicht auf die Probe von 2, und
  • 4 einen Längsschnitt durch die Probe von 3 entlang der Schnittlinie IV-IV.
  • Die 1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer Prüfvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Eine Prüfvorrichtung 10 umfasst hier exemplarisch drei Zugeinrichtungen 12, 14, 16 zur mechanischen Beanspruchung von hier nicht sichtbaren Proben, wobei zumindest die Proben vollständig in einer quaderförmigen, gasdichten bzw. hermetisch dichten Klimakammer 18 angeordnet sind. Innerhalb der Klimakammer 18 herrscht eine Messatmosphäre 20 mit einer exakt definierten Temperatur und einer bestimmten relativen Luftfeuchte, die von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte der Umgebungsatmosphäre 22 abweicht, insbesondere im Vergleich zu dieser deutlich erhöhte Werte aufweist. Beispielsweise herrscht in der Messatmosphäre 20 eine Temperatur von 70°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 85%. Die Einstellung der Temperatur erfolgt bevorzugt durch mindestens ein elektrisch betriebenes und an der mindestens einen Probe zumindest im Bereich der Klebeverbindung angebrachtes Heizpad, das diese bevorzugt radial nach Art einer Manschette umfasst. Die Einstellung einer definierten relativen Luftfeuchtigkeit der Messatmosphäre 20 erfolgt hingegen z. B. über zwei mit der Klimakammer 18 verbundene Zuleitungen 24, 26, die ihrerseits an einer nicht dargestellten Regulierungseinrichtung zur Bereitstellung von Luft mit einer definierten relativen Luftfeuchte angeschlossen sind. Die chemische Zusammensetzung der Messatmosphäre 20 entspricht bevorzugt der der Umgebungsatmosphäre 22 bzw. der, die Klimakammer 18 der Prüfvorrichtung 10, umgebenden, normalen Umgebungsluft, um realitätsnahe Prüfergebnisse zu erhalten. Alternativ können der Messatmosphäre 20 auch andere Gase und/oder Aerosole über zwei mit der Klimakammer 18 verbundene Zuleitungen 24, 26 zugemischt werden. Weiterhin kann die Messatmosphäre 20 im Vergleich zur Umgebungsatmosphäre einen höheren oder einen niedrigeren Luftdruck bzw. Druck aufweisen, um spezielle Betriebsbedingungen der Klebeverbindung zu simulieren. Zur Gewährleistung einer möglichst gleichbleibenden Temperatur der Messatmosphäre 20 innerhalb der Klimakammer 18 sowie zur Minimierung von Energieverlusten ist die Klimakammer 18 bevorzugt zumindest bereichsweise von einer thermischen Isolierung 28 umschlossen. Die thermische Isolierung 28 kann z. B. mit einem Material aus einem Schaumkunststoff oder mit Vakuumisolierplatten aufgebaut sein.
  • Die 2 illustriert eine Prinzipdarstellung einer Zugeinrichtung der Prüfvorrichtung von 1.
  • Die Zugeinrichtung 12 ist zumindest teilweise in der Klimakammer 18 angeordnet. Die Zugeinrichtung 12 verfügt über zwei Probenaufnahmen 30, 32, zwischen denen eine zu untersuchende Probe 40 eingespannt ist. Die Beheizung bzw. die Temperierung der Probe 40 erfolgt beispielsweise mittels mindestens eines elektrisch betriebenen Heizpads 46, das in einem unmittelbaren, möglichst guten thermischen Kontakt mit der Probe 40 steht bzw. direkt an dieser angebracht ist. Demgegenüber geschieht die Einstellung einer gewünschten relativen Luftfeuchtigkeit in einem Bereich zwischen 5% und 95% z. B. mittels der mit der Klimakammer 18 verbundenen zwei Zuleitungen (vgl. 1).
  • Die Probe 40 ist hier lediglich exemplarisch zur Durchführung einer s. g. Zugscherprüfung mit einem Bauteil 42 aus einem Faserverbundkunststoff (= FVK) und einem Bauteil 44 aus einem z. B. metallischen Werkstoff gebildet, deren nicht bezeichnete Endabschnitte mittels einer zu prüfenden Klebeverbindung 50 überlappend zusammengefügt sind. Darüber hinaus kann mit der Zugeinrichtung der Einfluss von Verbindungsmitteln, wie z. B. s. g. ”Inserts” untersucht werden. Ferner ist es möglich, mittels der Zugeinrichtung 12 neben einer Zugscherprüfung eine Schälprüfung unter einer geringen und konstanten Zugbelastung F zur Vermeidung von Delaminationen in Form eines modifizierten s. g. Keiltests durchzuführen.
  • Verfahrensgemäß wird die vorbereitete Probe 40 zunächst beidseitig mittels der Probenaufnahmen 30, 32 in die Zugeinrichtung 12 eingesetzt und festgespannt. Anschließend wird die, die Probe 40 umgebende Messatmosphäre 20 auf eine gewünschte Temperatur und eine relative Luftfeuchtigkeit eingestellt. Zeitgleich wird die Probe 40 mit einer definierten, bevorzugt axial-konstanten Zugbelastung F beansprucht. Die Temperatur der Messatmosphäre 20 bewegt sich in einem Bereich von minimal –50°C und maximal +150°C, während die relative Luftfeuchtigkeit in einem Bereich zwischen 5% und 95% eingestellt werden kann.
  • Die Messprozedur kann sich über einen langen (Gesamt-)Messzeitraum T von bis zu ca. 8760 Stunden (ein Jahr) erstrecken, wobei eine Haltekraft FH und eine Haltezeit tH gemessen werden. Die Haltekraft FH entspricht hierbei der Zugbelastung F, ab der die Probe 40 versagt hat und die Haltezeit tH entspricht der bis dahin abgelaufenen Zeit. Eine ungenügende Oberflächenvorbehandlung für die Klebeverbindung 50 der Probe 40 ist hierbei durch das mechanische Versagen der Probe 40 bzw. einen Bruch derselben nach einer Haltezeit tH von bis zu 7 Tagen unter Berücksichtigung des Bruchbildes relativ verlässlich charakterisiert. Infolge dieser deutlichen Variation der Haltezeit tH der Probe 40 kann die Güte der Oberflächenvorbehandlung verfahrensgemäß zuverlässig ermittelt werden.
  • Die Zugbelastung F, die Temperatur sowie die relative Luftfeuchtigkeit können über den Messzeitraum hinweg konstant bleiben oder ggfls. auch zeitlich variieren. Die Zugbelastung F der Probe 40 kann bis zu 200 kN betragen, liegt bevorzugt jedoch in einem Bereich von bis zu 50 kN. Die Zugbelastung F wird hierbei vorzugsweise in Anlehnung an bekannte Prüfverfahren, wie z. B. DIN EN 1464, EN 2243-2, DIN 65448, DIN EN 1465, EN 2243-1, DIN EN 6033 sowie ggfls. in Abhängigkeit von der Probengeometrie eingestellt. Die Prüfung kann bis zum Versagen der Probe 40 bzw. bis zum Bruch der Probe 40 oder auch zerstörungsfrei durchgeführt werden.
  • In Abhängigkeit von der jeweils angewendeten Messmethodik können z. B. ein Bruchbild, die Haltekraft FH und/oder die Haltezeit tH ermittelt werden. Anhand von mindestens zwei dieser drei Parameter lässt sich unter anderem die Geeignetheit eines zur Herstellung der Klebeverbindung 50 eingesetzten Vorbehandlungsverfahrens ermitteln. Darüber hinaus können die genannten Kennwerte in numerische Festigkeitsuntersuchungen der mittels der Klebeverbindung 50 gefügten Bauteile 42, 44 einfließen.
  • Die 3 zeigt eine Draufsicht auf die Probe von 2.
  • Das rechteckförmige Bauteil 42 aus einem Faserverbundkunststoff ist mittels der verfahrensgemäß zu untersuchenden bzw. zu beurteilenden Klebeverbindung mit dem z. B. metallischen Bauteil 44 überlappend zusammen gefügt. An einem freien axialen Endabschnitt 60 des ebenfalls rechteckigen Bauteils 44 ist eine hier beispielhaft quadratische Verstärkung 62 vorgesehen, wobei die Verstärkung 62 und der Endabschnitt 60 des Bauteils 44 jeweils von einer Bohrung 64 zur Durchführung eines nicht dargestellten Bolzens der Probenaufnahme der Zugvorrichtung vollständig durchsetzt sind (vgl. insb. 2). Entsprechend ist in einem freien axialen Endabschnitt 66 des Bauteils 42 aus dem Faserverbundkunststoff eine weitere durchgehende Bohrung 68 eingebracht. Auch der Endabschnitt 66 des Bauteils 42 kann mit einer entsprechend ausgeführten Verstärkung versehen sein.
  • Die Klebeverbindung 50 erstreckt sich bevorzugt vollflächig in einem Überlappungsbereich 70 zwischen den beiden Bauteilen 42, 44. Anzumerken ist, dass andere Prüfmethoden unter Umständen eine hiervon abweichende Probengeometrie erfordern. Bei der lediglich exemplarisch beschriebenen Probe 40 handelt es sich um eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet abgewandelte ”Single-Lapshear-Probe”.
  • Die 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Probe von 3 entlang der Schnittlinie IV-IV.
  • Die Bauteile 42, 44 sind mittels der Klebeverbindung 50 zusammengefügt. An dem freien axialen Endabschnitt 60 des Bauteils 44 ist die Verstärkung 62 angebracht, wobei die Bohrung 64 sowohl die Verstärkung 62 als auch das Bauteil 44 im Bereich seines freien axialen Endabschnitts 60 durchsetzt. Im Bereich des, vom Endabschnitt 60 weg gerichteten, freien axialen Endes 66 des Bauteils 42 befindet sich die Bohrung 68.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich insbesondere die Güte einer Oberflächenvorbehandlung ermitteln. Diese hat naturgemäß eine wesentliche Auswirkung auf die Performance der Klebeverbindung 50. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es explizit, die Güte der Vorbehandlung der einander zugewandten Bauteilseiten 72, 74 in dem Überlappungsbereich 70 der Klebeverbindung 50 zu ermitteln und nicht die Festigkeit des Klebstoffes bzw. des Klebemittels zu bestimmen, wobei in realitätsnaher Weise zugleich die Zugbelastung F und nachteilige klimatische Einflüsse auf die Probe 40 einwirken. Bei den Bauteilseiten 72, 74 kann es sich z. B. um die Ober- und/oder Unterseite der Bauteile 42, 44 handeln.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Prüfvorrichtung
    12
    Zugeinrichtung
    14
    Zugeinrichtung
    16
    Zugeinrichtung
    18
    Klimakammer
    20
    Messatmosphäre
    22
    Umgebungsatmosphäre (Umgebung)
    24
    Zuleitung
    26
    Zuleitung
    28
    thermische Isolierung
    30
    Probenaufnahme
    32
    Probenaufnahme
    40
    Probe
    42
    Bauteil (Faserverbundkunststoff)
    44
    Bauteil (Metall, Metalllegierung)
    46
    (elektr.) Heizelement (Heizpad)
    50
    Klebeverbindung
    60
    Endabschnitt (metall. Bauteil)
    62
    Verstärkung
    64
    Bohrung
    66
    Endabschnitt (FVK-Bauteil)
    68
    Bohrung
    70
    Überlappungsbereich
    72
    Bauteilseite
    74
    Bauteilseite
    F
    Zugbelastung (Probe)
    FH
    Haltekraft
    tH
    Haltezeit
    T
    (Gesamt-)Messzeitraum
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 1464 [0006]
    • EN 2243-2 [0006]
    • DIN 65448 [0006]
    • DIN EN 1465 [0006]
    • EN 2243-1 [0006]
    • DIN EN 6033 [0006]
    • DIN EN 1464 [0044]
    • EN 2243-2 [0044]
    • DIN 65448 [0044]
    • DIN EN 1465 [0044]
    • EN 2243-1 [0044]
    • DIN EN 6033 [0044]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Zugscherprüfung oder zur Schälprüfung mindestens einer Probe (40), die mit mindestens zwei mittels mindestens einer Klebeverbindung (50) gefügten Bauteilen (42, 44) gebildet ist, wobei mindestens ein Bauteil (42, 44) mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an die mindestens eine Probe (40) eine axial wirkende Zugbelastung (F) angelegt wird und die mindestens eine Probe (40) gleichzeitig einer Messatmosphäre (20) ausgesetzt wird, deren Temperatur und/oder relative Feuchtigkeit erheblich von der einer Umgebungsatmosphäre (22) abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deformation der Probe (40) infolge der Zugbelastung (F) vermieden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bruchbild der Probe (40) aufgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft (FH) und/oder eine Haltezeit (tH) gemessen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Bruchbildes, der Haltekraft (FH) und der Haltezeit (tH) insbesondere eine Bewertung eines Vorbehandlungsverfahrens für die Klebeverbindung (50) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Messatmosphäre (20) während des Anliegens der Zugbelastung (F) konstant bleiben.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Messatmosphäre (20) während des Anliegens der Zugbelastung (F) variiert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der Messatmosphäre (20) auf einen Wert zwischen –50°C und 150°C und die relative Feuchtigkeit auf einen Wert zwischen 5% und 95% eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messzeitraum (T), in dem die Probe (40) mit der Zugbelastung (F) beansprucht und der Messatmosphäre (20) exponiert ist, bis zu 8760 Stunden beträgt.
  10. Prüfvorrichtung zur Zugscherprüfung oder zur Schälprüfung mindestens einer Probe (40), die mit mindestens zwei mittels mindestens einer Klebeverbindung (50) gefügten Bauteilen (42, 44) gebildet ist, wobei mindestens ein Bauteil (42, 44) mit einem Faserverbundkunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zugvorrichtung zum Erzeugen der Zugbelastung (F) für mindestens eine Probe (40) zumindest teilweise in einer Klimakammer (18) mit einer Messatmosphäre (20) angeordnet ist, deren Temperatur und/oder relative Luftfeuchtigkeit von der einer Umgebungsatmosphäre (22) abweicht und die Probe (40) während des Einwirkens der Zugbelastung (F) vollständig der Messatmosphäre (20) ausgesetzt ist.
  11. Prüfvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimakammer (18) zumindest bereichsweise mit einer thermischen Isolierung (28) versehen ist.
  12. Prüfvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der Probe (40) mittels mindestens eines, insbesondere an der Probe (40) angeordneten Heizelements (46) erfolgt.
DE102014018701.2A 2014-12-18 2014-12-18 Verfahren und Prüfvorrichtung Expired - Fee Related DE102014018701B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014018701.2A DE102014018701B4 (de) 2014-12-18 2014-12-18 Verfahren und Prüfvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014018701.2A DE102014018701B4 (de) 2014-12-18 2014-12-18 Verfahren und Prüfvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014018701A1 true DE102014018701A1 (de) 2016-06-23
DE102014018701B4 DE102014018701B4 (de) 2017-09-28

Family

ID=56097495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014018701.2A Expired - Fee Related DE102014018701B4 (de) 2014-12-18 2014-12-18 Verfahren und Prüfvorrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014018701B4 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106680202A (zh) * 2017-03-28 2017-05-17 吉林大学 一种改进型多试件粘接接头湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置
DE102016219783A1 (de) 2016-10-12 2018-04-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Prüfstand zur Simulation der herrschenden Beanspruchung in Klebstoffanlagen
CN109406320A (zh) * 2018-11-29 2019-03-01 昆明理工大学 一种检测新型卷烟加热片材料性能的装置及方法
CN110441231A (zh) * 2019-08-28 2019-11-12 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于测量复合材料性能的试验装置及试验方法
CN110672406A (zh) * 2019-09-26 2020-01-10 安徽兰奇丝网织造有限公司 一种丝网检测装置
DE102018131813A1 (de) * 2018-12-11 2020-06-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Überprüfen der Klebfestigkeit einer Klebstoffverbindung
CN111551451A (zh) * 2020-06-16 2020-08-18 天津工业大学 一种无机高性能纤维束径向剪切性能测试装置及测试方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108858376B (zh) * 2017-05-16 2020-11-20 陈文江 漆膜切割仪

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0049862A1 (de) * 1980-10-11 1982-04-21 Hoechst Aktiengesellschaft Verfahren und Prüfkörper zur Bestimmung der Glashaftung von Glasverbund-Zwischenschichten im Zugscherversuch
DE2923282C2 (de) * 1979-06-08 1989-02-02 Carl Schenck Ag, 6100 Darmstadt, De
DE19856124A1 (de) * 1998-12-04 2000-06-08 Volkswagen Ag Schälvorrichtung für die Prüfung von Punktschweißverbindungen
DE10049833A1 (de) * 2000-10-09 2002-04-18 Iff Prof Dr Habenicht Inst Fue Temperiervorrichtung, insbesondere für eine Werkstoffprüfvorrichtung sowie Werkstoffprüfverfahren
DE20122411U1 (de) * 2001-01-23 2005-10-13 Bombardier Transportation Gmbh Prüfanordnung zur Ermittlung von Elastizitätseigenschaften einer überlappenden scherzugbeanspruchten Verbindung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2923282C2 (de) * 1979-06-08 1989-02-02 Carl Schenck Ag, 6100 Darmstadt, De
EP0049862A1 (de) * 1980-10-11 1982-04-21 Hoechst Aktiengesellschaft Verfahren und Prüfkörper zur Bestimmung der Glashaftung von Glasverbund-Zwischenschichten im Zugscherversuch
DE19856124A1 (de) * 1998-12-04 2000-06-08 Volkswagen Ag Schälvorrichtung für die Prüfung von Punktschweißverbindungen
DE10049833A1 (de) * 2000-10-09 2002-04-18 Iff Prof Dr Habenicht Inst Fue Temperiervorrichtung, insbesondere für eine Werkstoffprüfvorrichtung sowie Werkstoffprüfverfahren
DE20122411U1 (de) * 2001-01-23 2005-10-13 Bombardier Transportation Gmbh Prüfanordnung zur Ermittlung von Elastizitätseigenschaften einer überlappenden scherzugbeanspruchten Verbindung

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN 65448
DIN EN 1464
DIN EN 1465
DIN EN 6033
EN 2243-1

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016219783A1 (de) 2016-10-12 2018-04-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Prüfstand zur Simulation der herrschenden Beanspruchung in Klebstoffanlagen
DE102016219783B4 (de) 2016-10-12 2024-05-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Prüfstand zur Simulation der herrschenden Beanspruchung in Klebstoffanlagen
CN106680202A (zh) * 2017-03-28 2017-05-17 吉林大学 一种改进型多试件粘接接头湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置
CN106680202B (zh) * 2017-03-28 2023-10-24 吉林大学 一种改进型多试件粘接接头湿热循环与交变载荷耦合动态试验装置
CN109406320A (zh) * 2018-11-29 2019-03-01 昆明理工大学 一种检测新型卷烟加热片材料性能的装置及方法
CN109406320B (zh) * 2018-11-29 2021-06-01 昆明理工大学 一种检测新型卷烟加热片材料性能的装置及方法
DE102018131813A1 (de) * 2018-12-11 2020-06-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Überprüfen der Klebfestigkeit einer Klebstoffverbindung
CN110441231A (zh) * 2019-08-28 2019-11-12 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于测量复合材料性能的试验装置及试验方法
CN110672406A (zh) * 2019-09-26 2020-01-10 安徽兰奇丝网织造有限公司 一种丝网检测装置
CN110672406B (zh) * 2019-09-26 2022-05-10 安徽兰奇丝网织造有限公司 一种丝网检测装置
CN111551451A (zh) * 2020-06-16 2020-08-18 天津工业大学 一种无机高性能纤维束径向剪切性能测试装置及测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014018701B4 (de) 2017-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014018701B4 (de) Verfahren und Prüfvorrichtung
DE102004011099B3 (de) Vorrichtung zum Prüfen von Stoffeigenschaften hinsichtlich Zugscherbelastungen, insbesondere zur Prüfung von Klebstoffen
WO2018206770A1 (de) Verfahren zur vorhersage von versagenslasten von strukturen aus faserverbundwerkstoffen auf basis von schallemissionsdaten
DE102015006419A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Fügevorgangs
DE102014111060A1 (de) Verfahren zum Prüfen der Bruchzähigkeit einer herzustellenden Klebeverbindung
DE102017121405A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung des Bruchverhaltens
DE102015203561A1 (de) Verfahren zum Prüfen von Dämpfungs- und Schwingungseigenschaften von Klebeverbindungen sowie Prüfaufbau zum Durchführen des Verfahrens
DE102013000866A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung in einer Zylinderbohrung
DE102014206373B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der Klemmkraft einer Nietverbindung
DE102016107028A1 (de) Bondstellen-Prüfanordnung und Bondstellen-Prüfverfahren
DE102010018980A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Verbindungseigenschaften eines Werkstoffverbundes
DE19644094C2 (de) Verfahren zur Ermittlung mechanischer und/oder rheologischer Materialeigenschaften eines Prüfkörpers
DE102012012013A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Festigkeit einer Fügeverbindung
DE102014007625A1 (de) Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen einer Fügeverbindung
DE102012023717A1 (de) Indikationsbolzen zur Überwachung von Klebeverbindungen in Strukturbauteilen
DE10143679C1 (de) Verfahren zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften dünner Schichten
DE102016207707B4 (de) Verfahren zum Bestimmen der Komponentenanteile eines Klebstoffes mit zumindest zwei Komponenten
DE102019106425A1 (de) Messeinrichtung und Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung
EP3887257B1 (de) Anzeigevorrichtung und verfahren zum überwachen der strukturellen integrität einer reparaturstelle
DE19904414C2 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen
DE102005044505A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Prüfung von Materialverbundsystemen
DE102017123305A1 (de) Probe für eine Analyse mittels eines Prüfverfahrens und Verfahren zu deren Herstellung
DE102014101808B4 (de) Verfahren und Probe zur Prüfung einer Klebeverbindung
Hu et al. Material Scatter in Crack Growth Rates of 7075-T7351 under Spectrum Loading
DE102008060568B4 (de) Prüfverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: KASTEL PATENTANWAELTE, DE

Representative=s name: KASTEL PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative

Representative=s name: KASTEL PATENTANWAELTE, DE

Representative=s name: KASTEL PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KASTEL PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee