WO2019175065A1 - Verfahren zum erstellen einer vorspannung an einem bauteil aus stahl, metall oder einer legierung, mittels einer sma-platte sowie ein derart vorgespanntes bauteil - Google Patents

Verfahren zum erstellen einer vorspannung an einem bauteil aus stahl, metall oder einer legierung, mittels einer sma-platte sowie ein derart vorgespanntes bauteil Download PDF

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WO2019175065A1
WO2019175065A1 PCT/EP2019/055924 EP2019055924W WO2019175065A1 WO 2019175065 A1 WO2019175065 A1 WO 2019175065A1 EP 2019055924 W EP2019055924 W EP 2019055924W WO 2019175065 A1 WO2019175065 A1 WO 2019175065A1
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sma
sma plate
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metal
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Elyas GHAFOORI
Masoud MOTAVALLI
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Re-Fer Ag
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa
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    • E04G2023/0255—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements whereby the fiber reinforced plastic elements are stressed

Definitions

  • the object of the invention is against this background, a method for creating an external bias on a component surface of a metal or an alloy.
  • the so-equipped component and finished end product should be strengthened and the cracking should be effectively suppressed, yes even existing cracks should be closed and kept closed, whereby the life or the service life of a metal component can be extended.
  • this object is achieved in such a way that SMA plates are used to produce a load-bearing reinforcement layer.
  • This new reinforcement method does not need an additional crack opening to activate the reinforcement.
  • the fatigue cracks are closed again thanks to pre-stressing and the service life of the metal component is thereby considerably extended.
  • SMA is an abbreviation for Shape Memory Alloy, so a shape memory alloy and refers to a steel of iron (Fe) as a base.
  • Nickel-titanium Fe-SMAs and other composites are low-cost materials used to pre-stress concrete parts and structures. These SMAs are described, for example, in EP 2 141 251 B1 with Swiss priority of 25 June 2018. While most metals always have the same crystal structure up to their melting point, shape memory alloys have two different structures or phases, depending on the temperature. The shape transformation is thus based on the temperature-dependent lattice transformation to one of these two crystal structures. It is a so-called allotropic transformation.
  • the producible preloads s r, o range from 300 MPa up to 400 MPa, with a tensile strength of> 900 MPa and an elongation at break> 40%.
  • SMA tension elements show a similar relaxation behavior as conventional tempering steel.
  • Such SMA strips are connected to a concrete structure either by traction with each other or separately connected to one or more end or intermediate anchors that penetrate into the structure or the component with the same. These end or intermediate anchors in the form of, for example, dowels or steel nails always penetrate the SMA strips.
  • An additional bonding of the SMA strip between these mechanical end and intermediate anchors with the component can optionally be provided. The bond serves as additional safety reserve for the component.
  • plates or flat steels made of SMA are bonded to a reinforcing layer to be reinforced on a steel, metal or alloy component to be reinforced.
  • Non-ferrous metals such as aluminum, copper, nickel, lead, tin, zinc, brass and bronze come into question here as metals.
  • the bonding does not take place over the entire surface of the SMA plate 2 as in the reinforcement with fiber layers or fiber fabrics necessary. Rather, a bonding takes place only in the region of the end anchors, that is at the two end regions of the SMA plate 2. Only there is the SMA plate 2 coated on its support surface with an epoxy resin 4 or other suitable adhesive and then onto the support 1 launched.
  • two-component adhesives based on epoxy resins have asserted themselves or with each other for bonding these materials together.
  • These two-component adhesives are also referred to as structural adhesives or structural adhesives.
  • additional materials such as fillers and additives used, these adhesives provide different adhesion and use properties, in which case additionally the various viscosity settings and other processing properties interact.
  • the adhesives industry offers a variety of adhesive systems for the bonding of steels, metals, non-ferrous metals and alloys. These do not necessarily have to be 2-component products or based on epoxy.
  • hot-curing 1K epoxy resins special formulations based on 2-component polyurethane (PUR), and also the acrylate adhesives (MMA), which have been increasingly used in recent years.
  • PUR 2-component polyurethane
  • MMA acrylate adhesives
  • other types of adhesives are also suitable for this areal use.
  • Dominant are contact adhesives based on raw materials polychloroprenes.
  • the raw materials based on polychloroprenes (CR) show good adhesion properties for bare and also surface-treated metals. These are usually dissolved in solvents, occasionally dispersed in water and are application-oriented rolled, sprayed, painted, doctored or applied in other processes.
  • a preload is possible according to the present method, without mechanical intermediate or end anchors made of steel must be used.
  • anchors of whatever type should not penetrate into the component. Penetrating anchors weaken the already fatigued component namely inevitable and in addition, which is of course undesirable.
  • the introduction of force takes place only in the area of the adhesive surfaces, without causing any damage in the metal substrate.
  • the process is described in detail below:
  • the surface of the metal component 1 to be reinforced is prepared locally in the region of the adhesive surface or, if necessary, over the entire surface of the SMA reinforcement. For this, a possibly existing coating, for example an old color protective coating, is removed.
  • a coating is applied to the corrosion-prone metal substrate.
  • This coating serves as corrosion protection of the underlying metal part, to prevent electrochemical corrosion, that is, to prevent an ion current between the old metal or the old alloy and the applied SMA plate 2.
  • This coating is important because SMA plates 2 made of high quality Stainless steel are made. If the high-quality SMA stainless steel is placed directly on a non-stainless steel or on aluminum, electrochemical corrosion would inevitably begin. However, when an SMA is combined with a stainless steel, an intermediate coating is not necessary. On this thus prepared surface of the steel or metal component 1, the SMA plate 2 is provisionally fixed as shown in the figure and glued to the steel or metal component 1 only in the region of the two-sided end anchors 3.
  • the adhesive used is preferably an epoxy resin 4, namely a product with a high glass transition temperature, higher than 100 ° C. to 200 ° C.
  • An improvement in the glass transition temperature of the adhesive can be achieved, for example, thanks to a temperature control of the adhesive surface.
  • the heating of the SMA between the adhesive surfaces to 150 ° C to 400 ° C should be done at a distance from the adhesive surface, so that the glass transition point TG of the adhesive is not exceeded. However, the heating of the SMA plate 2 should under no circumstances reach the critical temperature of the adjacent steel or metal at which plastic deformation thereof occurs. Additional thermal isolation between the SMA heating area 5 and the SMA bonding area is not normally necessary, but may be optional.
  • [001 1] The heating of the SMA plate 1 or the SMA flat profile between the adhesive anchors done by infrared emitters, hot air, gas or other heating methods.
  • the heating can be carried out simultaneously or in stages over the entire route to be heated.
  • a heating beam of 1 m to 2 m heating length is produced in stages over the whole to be heated SMA section until the desired temperature is reached on all sections as a result of heat transfer from the heating beam to the SMA plate 2.
  • a backfill 6 between the SMA plate 2 and the support base.
  • a backfilling 6 with, for example, putty or other material prevents water from entering between the SMA plate and the old component to be reinforced.
  • the SMA reinforcing plate 2 or the component 1 in the region of the applied SMA reinforcing plate 2 or the entire component after applying the SMA reinforcing plate 2 are completely provided a special coating, which as additional corrosion protection and / or as fire protection.
  • a special coating which as additional corrosion protection and / or as fire protection.

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Abstract

Nach diesem Verfahren wird eine externe Vorspannung auf wenigstens einer Seite einer Bauteiloberfläche eines Bauteils (1) aus Stahl, Metall oder einer Legierung erzeugt. Hierzu wir mindestens eine SMA-Platte (2) als Zugelement auf die Oberfläche des Bauteils (1) aufgelegt und beidseits an ihren Endbereichen mit dem Bauteil (1) durch eine Verklebung (3) mittels Epoxidharz (4) verklebt. Hernach wird die SMA-Platte (2) erhitzt, wodurch sie permanent kontrahiert und somit eine permanente Zugspannung auf das Bauteil (1) ausübt. Bei einem korrosionsanfälligen Bauteil wird die bestehenden Beschichtung entfernt und hernach wird der korrosionsanfällige Metalltraggrund des Bauteils (1) mit einer Beschichtung als Korrosionsschutz versehen. Damit wird eine elektrochemische Korrosion nach dem Aufbringen der SMA-Platte (2) verhindert, das heisst ein Ionenstrom zwischen dem alten Metall oder der Legierung und der aufgebrachten SMA-Platte (2) wird unterbunden.

Description

Verfahren zum Erstellen einer Vorspannung an einem Bauteil aus Stahl, Metall oder einer Legierung, mittels einer SMA-Platte sowie ein derart vorgespanntes Bauteil
[0001] In der Schweiz allein existieren über 5Ό00 alte Eisenbahnbrücken aus Stahl, teilweise noch genietete Konstruktionen. Viele dieser alten Brücken zeigen Ermüdungserscheinungen. Dies manifestiert sich in Mikro-Zugrissen auf der Metalloberseite. Auch im Flugzeugbau, in welchem üblicherweise Aluminium eingesetzt wird, oder bei anderen Metallen resp. deren Legierungen, besteht die gleiche Problematik. Im Folgenden wird eine Methode aufgezeigt, um solche Ermüdungsrisse mittels einer externen Vorspannkraft zu schliessen und geschlossen zu halten, das Bauteil zu verstärken und damit seine Einsatzdauer zu verlängern.
[0002] Im Stand der Technik werden infolge Ermüdung gerissene Metalloberflächen mit Geweben oder Gelegen aus Verstärkungsfasern aus Carbon, Glas oder anderen Werkstoffen überklebt. Üblicherweise wird eine Kohlenstoff-Faser mit einem hohen Zugelastizitätsmodul (E > 500 GPa) eingesetzt. Je höher der Zugelastizitätsmodul gewählt wird, desto früher kann die Zugkraft der Faser aktiviert werden. Eine weitere Rissöffnung ist jedoch immer notwendig, um schlaff applizierte Verstärkungsschichten zu aktivieren. Solche Verstärkungsgewebe oder Gelege werden mit einem Klebstoff, welcher über die gesamte Fläche der Verstärkung appliziert wird, am Bauteil verklebt. Als Klebstoff werden beispielsweise Epoxidharze oder andere Klebstoffe eingesetzt.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ein Verfahren zum Erstellen einer externen Vorspannung auf einer Bauteiloberfläche aus einem Metall oder einer Legierung anzugeben. Damit soll das damit ausgerüstete Bauteil und fertige Endprodukt verstärkt werden und die Rissbildung soll wirksam unterdrückt werden, ja sogar bestehende Risse sollen verschlossen werden und geschlossen gehalten werden, womit die Lebensdauer bzw. die Einsatzdauer eines Metallbauteils verlängert werden kann.
[0004] Mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe derart gelöst, dass SMA- Platten zur Erzeugung einer auf Zug belastbaren Verstärkungsschicht eingesetzt werden. Diese neue Verstärkungsmethode braucht keine zusätzliche Rissöffnung zur Aktivierung der Verstärkung. Bei dieser Verstärkungsmethode werden dank Vorspannung die Ermüdungsrisse wieder geschlossen und die Lebensdauer des Metallbauteils wird dadurch massgeblich verlängert.
[0005] Anhand der Figur 1 , welche einen H-Stahlbauträger 1 zeigt, der mittels einer SMA-Platte 2 verstärkt wurde, wird die Methode hernach erläutert.
[0006] SMA ist eine Abkürzung für Shape Memory Alloy, also eine Formgedächtnis- Legierung und bezeichnet einen Stahl aus Eisen (Fe) als Basis. Fe-SMAs mit Nickel- Titan und anderen Zusammensetzungen sind kostengünstige Werkstoffe und werden bisher zur Vorspannung von Betonteilen und Bauwerken eingesetzt. Diese SMA werden zum Beispiel in EP 2 141 251 B1 mit Schweizer Priorität vom 25. Juni 2018 beschrieben. Während die meisten Metalle immer dieselbe Kristallstruktur bis zu ihrem Schmelzpunkt besitzen, haben Formgedächtnislegierungen, abhängig von der Temperatur, zwei unterschiedliche Strukturen oder Phasen. Die Formwandlung basiert damit auf der temperaturabhängigen Gitterumwandlung zu einer dieser beiden Kristallstrukturen. Es handelt sich um eine sogenannte allotrope Umwandlung. Es gibt in der Regel die Austenit genannte Hochtemperaturphase und die Martensit genannte Niedertemperaturphase. Beide können durch Temperaturänderung ineinander übergehen - es ist also ein Zweiwegeffekt möglich. Die Strukturumwandlung ist unabhängig von der Geschwindigkeit der Temperaturänderung. Zur Einleitung der Phasenumwandlung sind die Parameter Temperatur und mechanische Spannung gleichwertig, das heisst, die Umwandlung kann nicht nur thermisch, sondern auch durch eine mechanische Spannung herbeigeführt werden. [0007] Anwendungen von SMA-Verstärkungen auf Beton oder anderen Materialien mittels ähnlicher SMA-Streifen sind in WO 2014/166003 A2 beschrieben. Im Grundsatz basiert die Bemessung für die Verstärkung von Bauteilen aus Stahl, Metall oder Legierungen analog der Statik für vorgespannte Stahlbetonkonstruktionen. Bestehende Normen und Richtlinien für Vorspannstahl werden auch für Fe-SMA Systeme herangezogen. Die erzeugbaren Vorspannungen sr,o bewegen sich im Bereich von 300 MPa bis zu 400 MPa, bei einer Zugfestigkeit von >900 MPa und einer Bruchdehnung >40%. SMA-Zugelemente zeigen ein ähnliches Relaxationsverhalten wie konventioneller Vorspannstahl. Solche SMA-Streifen werden an einem Beton- Bauwerk entweder zugkraftschlüssig miteinander verbunden oder gesondert mit einer oder mehreren End- oder Zwischenverankerungen, die in das Bauwerk oder den Bauteil eindringen, mit demselben verbunden. Diese End- oder Zwischenverankerungen in Form von zum Beispiel Dübeln oder Nägeln aus Stahl durchdringen immer die SMA Streifen. Eine zusätzliche Verklebung des SMA-Streifens zwischen diesen mechanischen End- und Zwischenverankerungen mit dem Bauteil kann optional vorgesehen werden. Die Verklebung dient als zusätzliche Sicherheitsreserve für das Bauteil.
[0008] Gemäss der vorliegenden Erfindung werden Platten oder Flachstähle aus SMA zur Erzeugung einer auf Zug belastbaren Verstärkungsschicht an einem zu verstärkenden Bauteil aus Stahl, Metall oder einer Legierung aufgeklebt. Als Metalle kommen dabei auch Buntmetalle wie Aluminium, Kupfer, Nickel, Blei, Zinn, Zink, Messing und Bronze in Frage. Die Verklebung erfolgt aber nicht über die gesamte Fläche der SMA-Platte 2 wie bei der Verstärkung mit Fasergelegen oder Fasergeweben nötig. Vielmehr erfolgt eine Verklebung nur im Bereich der Endverankerungen, das heisst an den beiden Endbereichen der SMA-Platte 2. Nur dort wird die SMA-Platte 2 an ihrer Auflagefläche mit einem Epoxid-Harz 4 oder einem anderen geeigneten Klebstoff bestrichen und dann auf den Träger 1 aufgelegt. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich für Klebungen dieser Werkstoffe miteinander oder untereinander die Zweikomponenten-Klebstoffe auf Basis Epoxidharze behauptet. Bei diesen 2-K-Klebstoffen spricht man auch von Konstruktionsklebstoffen oder Strukturklebstoffen. Je nach den rezepturmäßig eingesetzten Epoxidharzen, verwendeten Zusatzmaterialien wie Füllstoffe und Additive, erbringen diese Klebstoffe unterschiedliche Adhäsions- und Nutzungseigenschaften, wobei hier zusätzlich noch die verschiedenen Viskositätseinstellungen und andere Verarbeitungseigenschaften mit einwirken. Die Klebstoffindustrie bietet indessen eine Vielzahl von Klebstoffsystemen für die Verklebung von Stählen, Metallen, Buntmetallen und Legierungen. Diese müssen nicht zwingend 2-K-Produkte oder auf Basis Epoxy sein. Je nach Einsatz können auch heisshärtende 1 -K-Epoxidharze, spezielle Formulierungen auf Basis 2-K-Polyurethan (PUR), sowie die in den letzten Jahren verstärkt auftretenden Acrylatklebstoffe (MMA) Anwendung finden. Neben den Reaktivsystemen kommen auch andere Klebstoffarten zu diesem flächigen Einsatz in Frage. Dominierend sind hier Kontaktklebstoffe auf Rohstoffbasis Polychloroprene. Die Rohstoffe auf Basis Polychloroprene (CR) zeigen bei blanken und auch oberflächenbehandelten Metallen gute Adhäsionseigenschaften. Diese sind meist in Lösungsmitteln gelöst, fallweise in Wasser dispergiert und werden anwendungsorientiert aufgerollt, gespritzt, gepinselt, gerakelt oder in anderen Verfahren appliziert. Kontaktklebstoffe müssen beidseitig auf die Werkstoffe aufgetragen, danach abgelüftet und innerhalb der offenen Zeit sofort gefügt werden. Solche Klebstoffe erbringen eine sofortige Anfangsfestigkeit, die geklebten Teile können unmittelbar danach verarbeitet werden. Der Mittelteil der SMA Platte 2 bleibt klebstofffrei und wird nach Aushärtung der Verklebung mittels Wärmezufuhr gezielt erhitzt. Infolge dieser Erhitzung entsteht ein Phasenwechsel von Austenit zu Martensit und damit eine permanente Kontraktion der SMA-Platte 2 und somit über die Verklebung eine lokale Vorspannung an der Oberfläche des H-Stahlbauträgers 1 oder wenn an einem anderen Stahlbauteil gleich welchen Profils oder Bauart angewendet entsprechend an demselben.
[0009] Im Vergleich zum Offenbarungsgehalt von WO 2014/166003 A2 ist nach dem vorliegenden Verfahren eine Vorspannung möglich, ohne dass mechanische Zwischen- oder Endverankerungen aus Stahl eingesetzt werden müssen. Im Fall von Verstärkungen eines Metalltraggrundes, welcher Ermüdungserscheinungen aufzeigt, sollten Verankerungen gleich welcher Art nicht in das Bauteil eindringen. Eindringende Verankerungen schwächen das bereits ermüdete Bauteil nämlich unvermeidlich und zusätzlich, was natürlich unerwünscht ist. Gemäss dem vorliegenden Verfahren erfolgt die Krafteinleitung einzig im Bereich der Klebeflächen, ohne dass irgendwelche Beschädigungen im Metalltraggrund entstehen. [0010] Nachfolgend wird das Verfahren in Einzelnen beschrieben: Die Oberfläche des zu verstärkenden Metallbauteils 1 wird lokal im Bereich der Klebefläche oder falls notwendig über die gesamte Fläche der SMA-Verstärkung vorbereitet. Dazu wird eine allenfalls bestehende Beschichtung, zum Beispiel ein alter Farb-Schutzanstrich, entfernt. Bei Bedarf wird auf den korrosionsanfälligen Metalltraggrund eine Beschichtung aufgetragen. Diese Beschichtung dient als Korrosionsschutz des unterliegenden Metallteiles, zur Verhinderung einer elektrochemischen Korrosion, das heisst zum Unterbinden eines lonenstroms zwischen dem altem Metall bzw. der alten Legierung und der aufzubringenden SMA-Platte 2. Diese Beschichtung ist wichtig, da SMA-Platten 2 aus hochwertigem Edelstahl gefertigt sind. Wird der hochwertige SMA- Edelstahl nämlich direkt auf einen nicht-rostfreien Baustahl oder auf Aluminium aufgelegt, würde unweigerlich elektrochemische Korrosion einsetzen. Wird ein SMA mit einem Edelstahl kombiniert, ist eine zwischenliegende Beschichtung indessen nicht notwendig. Auf diese solchermassen vorbereitete Oberfläche des Stahl- oder Metallbauteils 1 wird die SMA-Platte 2 wie in der Figur gezeigt provisorisch fixiert und nur im Bereich der beidseitigen Endverankerungen 3 mit dem Stahl- oder Metallbauteil 1 verklebt. Als Klebstoff dient vorzugsweise ein Epoxidharz 4, nämlich ein Produkt mit einer hohen Glasübergangstemperatur, höher als 100° C bis 200° C. Eine Verbesserung der Glasübergangstemperatur des Klebstoffs kann beispielsweise dank einer Temperierung der Klebefläche erreicht. Die Erwärmung des SMA zwischen den Klebeflächen auf 150° C bis 400° C soll in einem Abstand zur Klebefläche erfolgen, so dass der Glasüberganspunkt TG des Klebstoffes nicht überschritten wird. Die Erhitzung der SMA-Platte 2 soll jedoch unter keinen Umständen die kritische Temperatur des anliegenden Stahls oder Metalls erreichen, bei welcher eine plastische Verformung desselben eintritt. Eine zusätzliche thermische Isolation zwischen dem SMA-Heizbereich 5 und dem SMA-Klebebereich ist normalerweise nicht nötig, kann aber optional vorgesehen werden.
[001 1 ] Die Erwärmung der SMA-Platte 1 oder des SMA-Flachprofiles zwischen den Klebeverankerungen erfolgt durch Infrarot-Strahler, Warmluft, Gas oder eine andere Heiz-Methoden. Die Erwärmung kann über die gesamte zu erwärmende Strecke gleichzeitig oder etappenweise erfolgen. Beim etappenweisen Heizen wird ein Heizbalken von 1 m bis 2 m Heizlänge etappenweise über die gesamte zu erwärmende SMA-Sektion gelegt, bis die gewünschte Temperatur auf allen Teilstrecken infolge eines Wärmeüberganges vom Heizbalken auf die SMA-Platte 2 erreicht ist.
[0012] Als Variante bietet sich eine Verfüllung 6 zwischen der SMA-Platte 2 und dem Traggrund an. Durch eine Verfüllung 6 mit zum Beispiel Kitt oder einem anderen Material wird verhindert, dass Wasser zwischen die SMA-Platte und das alte zu verstärkende Bauteil eindringt.
[0013] Als Variante kann die SMA-Verstärkungsplatte 2 oder auch das Bauteil 1 im Bereich der aufzubringende SMA-Verstärkungsplatte 2 oder auch das gesamte Bauteil nach dem Aufbringen der SMA-Verstärkungsplatte 2 komplett einer speziellen Beschichtung versehen werden, welche als zusätzlicher Korrosionsschutz und/oder als Brandschutz dient. Beispielsweise existieren am Markt aufquellende Epoxidanstriche, welche den Brandwiderstand solcher Bauteile massgeblich verbessern.
Ziffernverzeichnis
1 Bauteil
2 SMA-Platte
3 Endverankerung
4 Epoxidharz
5 SMA-Heizbereich
6 Klebebereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erstellen einer externen Vorspannung auf wenigstens einer Seite einer Bauteiloberfläche eines Bauteils (1 ) aus Stahl, Metall oder einer Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine SMA-Platte (2) als Zugelement auf diese Oberfläche des Bauteils (1 ) aufgelegt und beidseits an ihren Endbereichen als Endverankerung (3) mit dem Bauteil (1 ) mittels eines Klebstoffes verklebt und hernach erhitzt wird, zur Erzeugung einer permanenten Zugspannung auf das Bauteil (1 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auflegen der SMA-Platte (2) die Oberfläche eines korrosionsanfälligen Bauteils (1 ) von einer bestehenden Beschichtung befreit wird und hernach der korrosionsanfällige Metalltraggrund des Bauteils (1 ) mit einer Beschichtung als Korrosionsschutz versehen wird, zur Verhinderung elektrochemischer Korrosion, das heisst zur Verhinderung eines lonenstroms zwischen dem alten Metall oder Legierung und der aufzubringenden SMA-Platte (2) als SMA-Zugelement.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auflegen der SMA-Platte (2) die Oberfläche eines korrosionsanfälligen Bauteils (1 ) in Form eines nicht rostfreien Stahl- oder Metallbauteils oder vor dem Auflegen auf ein Bauteil aus Aluminium die zu überdeckende Fläche mit einer Beschichtung als Korrosionsschutz versehen wird, zur Verhinderung elektrochemischer Korrosion, das heisst zur Verhinderung eines lonenstroms zwischen dem altem Stahl, Metall, Legierung oder Aluminium, und der aufzubringenden SMA-Platte (2) als Zugelement.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine SMA-Platte (2) aus einer Edelstahl-Legierung auf das Bauteil (1 ) aufgeklebt wird, wobei in diesem Fall eine zwischenliegende Beschichtung erlässlich ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff einer der folgenden Klebstoffarten eingesetzt wird: • 1 -Komponentiges Epoxidharz, mit einer Glasübergangstemperatur höher als 100°C bis 200° C,
• 2-Komponentiges Epodixharz, mit einer Glasübergangstemperatur höher 100°C bis 200° C,
• Acrylatklebstoff (MMA),
• Kontaktklebstoff auf Rohstoffbasis Polychloroprene.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das zur Unterstützung der Verklebung mittels Klebstoff die Klebefläche temperiert wird, zum rascheren Erreichen der Glasübergangstemperatur des Klebstoffes.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aushärtung der Verklebung zur Erzeugung der Kontrakation der SMA- Platte (2) und somit zur Erzeugung einer permanenten Vorspannung die SMA- Platte (2) auf eine Temperatur von 150°C bis 400°C erhitzt wird und dabei ein solcher Abstand zu den Klebeflächen eingehalten wird, dass der TG des Klebstoffes nicht erreicht wird, und auch die kritische Temperatur des zu verstärkenden Bauteils (1 ), bei welcher dessen plastische Verformung einsetzt, nicht erreicht wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizbereich der SMA-Platte (2) und ihren verklebten Endverankerungen (3) ein thermisches Isolationsmaterial zwischen der SMA- Platte (2) und dem zu verstärkenden Bauteil (1 ) eingesetzt wird, zur Reduktion des Wärmeüberganges von der SMA-Patte (2) auf das Bauteil (1 ).
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der SMA-Platte (2) im Bereich zwischen ihren Klebeverankerungen mittels Infrarot-Strahler, Warmluft-Gebläse, Gasbrenner oder mittels elektrischer Widerstandsheizung erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der SMA-Platte (2) über die gesamte zu erwärmende Strecke der SMA-Platte (2) gleichmässig und gleichzeitig erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Erwärmung der SMA-Platte (2) durch etappenweises Erhitzen erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen SMA-Platte (2) und dem Träger (1 ) ausserhalb der Verklebungsstellen eine Verfüllung (6) eingesetzt wird, zur Verhinderung eines Eindringens von Wasser oder Feuchtigkeit.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verstärkte Bauteil komplett mit einer Brandschutz-Beschichtung versehen wird.
14. Bauteil (1 ) aus Stahl, Metall oder einer Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einer auf eine seiner Oberflächen eine aufgeklebte SMA-Platte (2) auf Zug verstärkt ist, indem diese SMA-Platte (2) durch Erhitzung vom Austenit-Zustand in den Martensit-Zustand überführt wurde.
PCT/EP2019/055924 2018-03-15 2019-03-08 Verfahren zum erstellen einer vorspannung an einem bauteil aus stahl, metall oder einer legierung, mittels einer sma-platte sowie ein derart vorgespanntes bauteil WO2019175065A1 (de)

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CH00329/18 2018-03-15

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