DE10216902A1

DE10216902A1 - Verfahren zur Verbindung von einem Normalkraftglied mit einem Bauteil sowie Normalkraftglied zum Verkleben auf Bauteilen

Info

Publication number: DE10216902A1
Application number: DE10216902A
Authority: DE
Inventors: Roland Niedermeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Niedermeier Roland Ing-Dr 85579 Neubiberg De
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Bei den bisher angewandten Verfahren stellt sich die Klebschichtdicke zufällig ein oder die verwendeten Abstandhalter in Form von Geweben oder Lochblechen führen durch die Koppelung der Verformungen benachbarter Verbundbereiche zu geringen Tragfähigkeiten. Kleberauftrag und Kleberaustritt sind schwierig. Das neue Verfahren und das neue Normalkraftglied sollen die exakte Einstellung vorgegebener Klebschichtdicken unter Berücksichtigung der besonderen Herstellungs- und Applikationsverfahren sowie des speziellen Tragverhaltens zielsicher ermöglichen. DOLLAR A In der Klebefuge werden band- oder stabförmige oder punktuell wirkende Abstandhalter angeordnet, die entweder durch Längsrippen des Normalkraftgliedes gebildet werden oder mit dem Normalkraftglied verbunden werden oder nach dem Kleberauftrag eingelegt werden. Das Normalkraftglied wird unter Verwendung zugbeanspruchter Elemente, die im Bauteil fixiert sind, gegen die Bauteiloberfläche gedrückt. Das dauerhafte Verbleiben der zugbeanspruchten Elemente gewährleistet eine höhere Verbundtragfähigkeit. DOLLAR A Verstärkung von Bauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung bandförmiger und abgewinkelter Normalkraftglieder mit einem Bauteil durch eine zwischen dem Normalkraftglied und der Bauteiloberfläche aufgebrachten Kleberschicht.

Das Aufkleben von bandförmigen oder abgewinkelten Zug- und Druckgliedern ist ein bekanntes Verfahren zur nachträglichen Verstärkung von Bauteilen. Gegenüber anderen technischen Bereichen zeichnen sich diese Verklebungen durch deutlich größere Klebschichtdicken von mehr als 0,5 mm aus. Vor allem Stahlbeton- und Spannbetonbauteile werden durch oberflächig aufgeklebte bandförmige und abgewinkelte Zugglieder verstärkt. Als Normalkraftglieder kommen vorzugsweise hochfeste Bänder zum Einsatz, die mittels elastischer Kleber mit den Bauteilen verbunden werden. Die kraftschlüssige Verbindung von Normalkraftglied und Bauteil bedingt Schubverzerrungen der Kleberschicht, die sich in Folge unterschiedlicher Dehnungen von Bauteil und Normalkraftglied einstellen. Die Größe der Schubverzerrungen ist von der Höhe des Dehnungsunterschiedes und der Klebschichtdicke abhängig. Die aus den Schubverzerrungen resultierenden Schubspannungen hängen vom Schubmodul des Klebers ab. Der Maximalwert der erreichbaren Schubspannung und die Relativverschiebung zwischen Normalkraftglied und Bauteil stellen ein Maß für die vom Klebeverbund aufnehmbare Verbundenergie und somit die Tragfähigkeit der Klebeverbindung dar.

Die häufig angewandte Verstärkung von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen mit bandförmigen Zuggliedern zeichnet sich durch besondere Problematiken aus, nämlich ein ungünstiges Verhältnis von Verbundfläche zu Normalspannungsquerschnitt und große Dehnungsunterschiede zwischen Zugglied und Beton. Diese führen mit den Applikationstechniken bekannter Verfahren dazu, dass nur ein geringer Ausnutzungsgrad der Zugglieder erreicht werden kann. Bei der Applikation der Zugglieder wird zwar vor der Verklebung mittels einer Lehre eine definierte Menge eines Klebers mit definierten Eigenschaften auf die Zugglieder aufgetragen, durch das unkontrollierte Anpressen der Zugglieder von Hand oder mit mechanischen Vorrichtungen stellen sich jedoch in Abhängigkeit vom lokal wirkenden Anpressdruck veränderliche Klebschichtdicken ein, die üblicherweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1 mm liegen. Die großen Dehnungsunterschiede zwischen Zugglied und Beton sind auf Bauteildehnungen zurückzuführen, die deutlich über der Bruchdehnung des zugbeanspruchten Betons liegen und durch Rissbildung erreicht werden. Die Kompensation der Dehnungsunterschiede erfolgt bei auf Betonbauteilen verklebten Zuggliedern nicht nur über Schubverzerrungen der Klebschicht sondern auch durch plastische Verformungen oberflächennaher Betonschichten infolge von Entfestigungsvorgängen durch Verformungen oberflächennaher Betonschichten infolge von Entfestigungsvorgängen durch Mikrorissbildung. Eine Zunahme der Verformbarkeit der Klebschicht durch gezielte Erhöhung und Einstellung der Klebschichtdicke und/oder die Herabsetzung des Schubmoduls des Klebers sind deshalb nicht zwangsläufig mit einem proportionalen Anstieg der im Grenzzustand der Tragfähigkeit aufnehmbaren Verbundenergie gleichzusetzen.

Aus verschiedenen Gründen, die im Folgenden erläutert werden, kann die zielgenaue Ausführung definierter Klebschichtdicken trotzdem günstig wirken:
Generell führen veränderliche Klebschichtdicken zu höheren Variationskoeffizienten bei der experimentellen Ermittlung von Parametern, die das Verbundverhalten beschreiben. In der Folge werden geringe Fraktilwerte festgelegt, welche wesentliche Eingangsgrößen für Bemessungsverfahren darstellen. Unter Umständen müssen wegen der Ausführungsungenauigkeiten sogar zusätzlich erhöhte Teilsicherheitsbeiwerte auf der Widerstandseite eingeführt werden.

Das unkontrollierte Anpressen führt, insbesondere bei dünnen Lamellenquerschnitten aus faserverstärkten Kunststoffen, auch bei ebener Betonoberfläche zu einem nicht geradlinigen Verlauf der Zugglieder, wodurch zusätzliche Zugspannungen senkrecht zur Klebefuge entstehen, die zu einer verminderten Tragfähigkeit der Klebeverbindung führen.

Bekannt ist ferner, dass aus dem unterschiedlichen Verbundverhalten einbetonierter Bewehrung und oberflächig verklebter Zugglieder in den diskreten Rissquerschnitten eines Stahlbeton- bzw. Spannbetonquerschnittes deutliche Abweichungen von der Bernoulli-Hypothese der ebenen Dehnungsverteilung auftreten. Eine exakte Beschreibung der Zugkraftaufteilung ist nur möglich, wenn die Klebschichtdicke exakt vorgegeben werden kann.

Bei nicht vorwiegend ruhender Beanspruchung des Bauteils kann aus Gründen der Dauerhaftigkeit unter Umständen nur elastisches Verbundverhalten aktiviert werden, da sich bei wiederholter Belastung mit höheren Spannungsamplituden in plastisch entfestigten Verbundbereichen die Mikrorissbildung verstärkt und die Tragfähigkeit der Klebeverbindung abnimmt. Die gezielte Bemessung für dynamische Beanspruchung ist bei lokal veränderlichen Klebschichtdicken nicht möglich, da insbesondere die elastisch aufnehmbare Verbundenergie in starkem Maße von der möglichen Schubverzerrung der Klebschicht abhängt.

Zur Einstellung einer definierten Klebschichtdicke sind verschiedene Verfahren bekannt:
In den Offenlegungsschriften DE-OS 21 30 773 und DE 31 50 844 A1 wird ein Klebstoff beschrieben, der als Abstandhalter einen kalibrierten Füllstoff in Form von Kugeln enthält. Durch das Anpressen der Fügepartner bis zum Anliegen der punktuell wirkenden Abstandhalter kann eine definierte Klebschichtdicke erreicht werden. Dieses Verfahren erweist sich in der Praxis bei der Verstärkung von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen als problematisch. Die Betonoberfläche muss zunächst durch ein geeignetes Verfahren, z. B. Sand- oder Kugelstrahlen vorbereitet werden. Dabei werden die oberflächennahen Schichten geringer Festigkeit soweit entfernt, dass die größeren Zuschlagkörner sichtbar werden. Zurück bleibt eine unebene Betonoberfläche, die stellenweise Vertiefungen aufweist, die größer als die kugelförmigen Abstandhalter sind. Weist der Kleber nur einen geringen Anteil kugelförmiger Abstandhalter auf, so besteht die Gefahr, dass sich diese während des Anpressens des bandförmigen Normalkraftgliedes infolge des seitlichen Austrittes des Klebstoffes in den Vertiefungen ablagern und sich in der Folge eine geringere, undefinierte Klebschichtdicke einstellt. Die Stützung in nur wenigen Punkte erweist sich zudem vor allem bei Normalkraftgliedern aus faserverstärkten Kunststoffen als problematisch, da die Abstandhalter eine gewisse Festigkeit aufweisen müssen, die Faserverstärkten Kunststoffe jedoch außerordentlich querdruckempfindlich sind und so beim Anpressen Beschädigungen der Normalkraftglieder auftreten können. Ein hoher Anteil von Abstandhaltern hingegen führt zu anderen Problemen. Der Aufwand und Energieeinsatz bei Mischen des Klebers steigt, insbesondere wenn die Abstandhalter eine vom Kleber abweichende Rohdichte aufweisen. Der Auftrag des Klebers mit einer Lehre ist nur möglich, wenn die Auftragsdicke deutlich größer als die Abstandhalter ausgeführt wird. Der seitliche Austritt des Klebers beim Anpressen der Normalkraftglieder wird generell erschwert, wobei vor allem der Kleber und weniger die Abstandhalter austreten. Dies hat negative Auswirkungen auf die Grenzflächenadhäsion an den Fügepartnern und die Kohäsion der Klebschicht.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, das in der Offenlegungsschrift DE 198 10 179 A1 beschrieben wird, erfolgt die Einstellung der Klebschichtdicke über ein Gitteraster einer bestimmten Dicke, das entweder in Form eines Fasergewebes oder eines Lochbleches in die Klebschicht eingelegt wird oder vor dem Verkleben mit der Unterseite des Zuggliedes verbunden wird oder durch eine Profilierung der Unterseite des bandförmigen Zuggliedes gebildet wird. Dieses Verfahren erweist sich in der Praxis aus mehreren Gründen als problematisch. Ein Gitteraster besteht aus bandförmigen Elementen, die regelmäßig angeordnet sind und deren Achsen sich unter einem bestimmten Winkel schneiden. Die Produktion dieser Gitteraster in Form von Geweben und Lochblechen ist wie die Aufbringung einer Profilierung auf der Unterseite sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Bei der Profilierung gestaltet sich vor allem die Aufbringung der Querrippen, d. h. bandförmige Elemente, deren Achsen mit der Achse des Zuggliedes einen von 0° abweichenden Winkel einschließt, als außerordentlich schwierig, da die bandförmigen Zugglieder hoher Festigkeit durch Produktionsverfahren, die, wie z. B. Ziehen und Walzen, in Achsrichtung des Zuggliedes ablaufen, hergestellt werden. Querrippen können also nur nachträglich, z. B. mit Zerspannungswerkzeugen hergestellt werden. Die Anordnung von Querrippen erschwert auch die Verklebung, da sowohl die Vorbereitung der Grenzflächen, die geschliffen und/oder entfettet werden müssen, als auch den Kleberauftrag, insbesondere, wenn großkörnige Füllstoffe enthalten sind. Die Kombination von Längs- und Querrippen erschwert den Kleberaustritt beim Anpressen. Durch den hohen Anteil der Längs- und Querrippen am Volumen der Kleberschicht muss, wenn ein Gewebe oder Lochblech in die Klebeschicht eingelegt wird, eine große Klebermenge zur Seite hin austreten, die im Regelfall nicht weiter verwendet werden kann und deshalb die Kosten bei der Anwendung des Verfahrens steigen lässt. Sofern das Gitterraster durch das Einlegen eines Gewebes oder Lochbleches erzeugt wird, werden ferner die Adhäsionsflächen am Zugband und am Stahlbeton- bzw. Spannbetonbauteil verringert, wodurch unter Umständen nur eine geringere Verbundbruchenergie bis zum Versagen der Klebeverbindung aktiviert werden kann. Bei größerem Abstand der Kleberstempel, die zwischen den Querrippen liegen kann es sogar zum frühzeitigen Versagen ohne Vorankündigung infolge des so genannten Reisverschlusseffekts kommen, wenn sukzessive räumlich getrennte kleine Verbundflächen versagen. Dieser Effekt kann durch die Bewehrung der Klebefuge mit einem steifen, hochfesten Gewebe oder Lochblech verstärkt werden, da nicht nur die Verformungen infolge der Klebschichtverzerrungen auf benachbarte Verbundbereiche übertragen werden, sondern vor allem auch die Verformungen der entfestigten Betonschicht, welche die Relativverschiebungen zwischen den Fügepartnern im Grenzzustand der Tragfähigkeit dominieren. Diesem Lösungsansatz liegt also die nicht zutreffende Annahme eines linear elastischen Verhaltens des Klebeverbundes zugrunde. Bekannt ist hingegen, dass das tatsächliche Tragverhalten wesentlich von den Verformungen der entfestigten oberflächennahen Betonschichten abhängt. Entsprechend der Steifigkeit des Gewebes bzw. des Lochbleches in Längsrichtung des bandförmigen Zuggliedes kann auch der Abstandhalter unkontrolliert Zugkräfte aufnehmen, die über zusätzliche Verbundspannungen aufgebaut werden müssen und die Verklebung beanspruchen.

Das Anpressen der Normalkraftglieder bei der Verklebung erfolgt bislang unkontrolliert. Zugglieder aus faserverstärkten Kunststoffen werden von Hand mit einem Roller so angedrückt, dass der Klebstoff an beiden Seiten des Normalkraftgliedes aus der Klebefuge austritt. Die Dicke der Klebschicht ist nicht bekannt und zudem lokal veränderlich. Zugglieder aus Stahl, Holz oder Holzwerkstoffen werden mit mechanischen Vorrichtungen wie z. B. Spindelstützen angepresst, die erst nach der Aushärtung der Klebschicht entfernt werden. In Abhängigkeit von der Biegesteifigkeit der Zugglieder stellt sich eine relativ gleichmäßige Klebschichtdicke ein. Die Dicke der Klebschicht hängt vom Verlauf des Anpressdruckes, der Viskosität des Klebers, der Breite des Zuggliedes und der aufgetragenen Klebermenge ab. Sie ist nicht bekannt. Gegenüber dem Verfahren mit faserverstärkten Kunststoffen besteht hier der wesentliche Nachteil, dass die Anpressvorrichtungen vor allem bei der Verklebung an der Unterseite von Bauteilen wegen des hohen Eigengewichtes der Zugglieder erst nach Aushärten der Klebschicht, d. h. im Regelfall am nächsten Tag entfernt werden können. Dies hat Nutzungsausfälle von Gebäudeteilen und erhöhte Ausführungskosten zur Folge.

In der Offenlegungsschrift DE 34 11 673 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Stahlverstärkungselement unter Verwendung von Abstandhaltern an einer Betonkonstruktion befestigt wird. Anschließend wird der Spalt zwischen Betonkonstruktion und Verstärkungselement an dessen Außenrändern abgedichtet. Der Kleber wird durch Einfüllöffnungen in den Zwischenraum zwischen Betonkonstruktion und Verstärkungselement eingepresst, wobei überschüssiger Kleber an Entlüftungslöchern austritt. Durch dieses Verfahren kann einerseits eine gezielte Klebschichtdicke erreicht werden, andererseits entfällt das Anpressen Verstärkungselementes über einen längeren Zeitraum hinweg. In der praktischen Anwendung jedoch erweist sich dieses Verfahren vor Allem wegen der umfangreichen Abdichtungsarbeiten, die unter Umständen ebenfalls am Vortag der Verklebung ausgeführt werden müssen, als außerordentlich aufwendig. Außerdem kann nur mit einem relativ geringen Verpressdruck gearbeitet werden, wodurch nur niedrigviskose Kleber, z. B. in Form von unverfüllten Epoxydharzen verwendet werden können, deren hohe Temperaturentwicklung und starkes Kriechen unter Last sich nachteilig auswirken können.

Bekannt ist ferner, dass nicht nur durch ein in US-A-5 115 622 beschriebenes Verfahren, bei dem ein in der Zugzone eines Betonbauteils verklebtes Bewehrungselement an seinen Enden mit Befestigungselementen, die im Bauteil verankert sind, gegen die Bauteiloberfläche gespannt wird, höhere Verbundenergien aktiviert werden können. Bei diesem Verfahren, das die dauerhafte Aufbringung gezielter Vorspannkräfte erfordert, ist ein großer Aufwand erforderlich, um Vorspannkraftverluste infolge von Kriechen und Relaxation zu verhindern. Das in der Gebrauchsmusterschrift DE-U-299 13 435 beschriebene Verfahren zeigt prinzipiell wie auch zahlreiche Untersuchungen zum Tragverhalten gerissener Stahlbetonbauteile der letzten Jahrzehnte, das auch ohne eine Vorspannung des Bewehrungselementes gegen die Bauteiloberfläche ein effizientes Verbundverhalten nach Überschreitung der von den oberflächennahen Betonschichten aufnehmbaren Verbundbruchenergie möglich ist, wenn die Ablösung des Bewehrungselementes normal zur Bauteiloberfläche behindert wird. Durch den näherungsweisen Formschluss in der oberflächenparallelen Bruchebene können so zunächst die auch aus anderen Bereichen des Stahlbetonbaus bekannten Rissverzahnungskräfte sowie bei größeren Relativverschiebungen Reibungskräfte aktiviert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verbindung bandförmiger und abgewinkelter Normalkraftglieder mit einem Bauteil durch eine zwischen dem Normalkraftglied und der Bauteiloberfläche aufgebrachten Kleberschicht so auszubilden, dass eine vorgegebene Klebschichtdicke exakt ausgeführt werden kann und die besonderen Herstellungs- und Applikationsverfahren sowie das spezielle Tragverhalten berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Klebschicht band- oder stabförmige Abstandhalter zwischen dem Bauteil und dem Normalkraftglied angeordnet werden.

Die in einer Achsrichtung ausgedehnten Abstandhalter führen dazu, dass bereits bei der gezielten Anordnung von wenigen Abstandhaltern beim Anpressen der Normalkraftglieder gegen das Bauteil eine vorgegebene Klebschichtdicke zielsicher erreicht wird, ohne die Betonausbruchfläche, die sich in Grenzzustand der Tragfähigkeit der Klebeverbindung einstellt, und die aufnehmbare Verbundbruchenergie zu vermindern. Die tragfähigkeitsmindernde Kopplung von Relativverschiebungen in benachbarten Verbundbereichen wird durch derartige Abstandhalter vermieden.

Die band- oder stabförmigen Abstandhalter können in Längsrichtung des Normalkraftgliedes Unterbrechungen, Durchlässe oder wechselnde Höhen aufweisen, um den seitlichen Kleberaustritt zu ermöglichen. In einer besonders einfachen Ausführung werden die Abstandhalter bereits bei der Herstellung des Normalkraftgliedes, vorzugsweise durch Ziehen oder Walzen, sowie nachträglich mittels Zerspannungswerkzeugen als Längsrippen ausgebildet. In einer anderen vorteilhaften Variante werden ein längs verlaufende Abstandhalter nachträglich mit dem bandförmigen Normalkraftglied, vorzugsweise durch Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Nageln, Dübeln oder Aufschmelzen, verbunden. Durch die Anordnung längs verlaufender Abstandhalter ist das Schleifen und Entfetten der Normalkraftglieder sowie der gleichmäßige Kleberauftrag mit geringem Aufwand möglich. Die Abstandhalter können auch nach dem Kleberauftrag in die Kleberschicht eingelegt werden. Durch die planmäßige Anordnung von stab- oder bandförmiger Abstandhalter, die sich durch eine große Aufstandsfläche auch unebenen Bauteiloberflächen auszeichnen, kann in einer besonders vorteilhaften Variante das Anpressen des Normalkraftgliedes durch Schrauben oder Gewindestangen mit Muttern erfolgen, die im Bauteil fixiert sind. Vorteilhaft im Hinblick auf den geradlinigen Verlauf der Normalkraftglieder ist dabei die Anordnung zusätzlicher lastverteilender Bauteile. Die Schrauben oder Gewindestangen sowie lastverteilende Bauteile können dauerhaft am verstärkten Bauteil verbleiben und so bemessen sein, dass auch nach Ausbildung einer oberflächenparallelen Bruchebene große Verbundspannungen zwischen Bauteil und bandförmigem Normalkraftglied übertragen werden können, indem Verschiebungen des bandförmigen Normalkraftgliedes senkrecht zur Bauteiloberfläche verhindert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Nachfolgend werden beispielhaft Ausführungen der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellungsweise einen Ausschnitt aus einem Bauteil 2 mit einem aufgebrachten Normalkraftglied 1,
Fig. 2 ein Normalkraftglied, bei dem die stabförmigen Abstandhalter durch Längsrippen gebildet werden,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem stabförmigen Abstandhalter mit Durchlässen,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem stabförmigen Abstandhalter mit wechselnden Höhen,
Fig. 5 ein angepresstes Normalkraftglied mit einem zusätzlichen lastverteilenden Bauteil zwischen der Oberfläche des Normalkraftgliedes und den Muttern von Gewindestäben, die das Normalkraftglied durchdringen und mit Dübeln im Bauteil fixiert sind und
Fig. 6 ein angepresstes Normalkraftglied mit einem zusätzlichen lastverteilenden Bauteilen zwischen der Oberfläche des Normalkraftgliedes und den Muttern von Gewindestäben, die seitlich vom Normalkraftglied mit Dübeln im Bauteil fixiert sind.
Zur Erhöhung oder Wiederherstellung der planmäßigen Tragfähigkeit eines Bauteils 2 wird auf dessen Oberfläche 3 ein Normalkraftglied 1 verklebt, das aufgrund seiner Steifigkeit und Festigkeit in der Lage ist, Zug und/oder Druckkräfte aufzunehmen. Das Normalkraftglied 1 kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, einem faserverstärkten Kunststoff oder einem Holzwerkstoff bestehen und einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Die kraftschlüssige Verbindung von Bauteil 2 und Normalkraftglied 1 erfolgt durch eine Kleberschicht 4. Als Kleber kann beispielsweise ein mit Quarzsand verfülltes Reaktionsharz eingesetzt werden.
In der Klebschicht sind beispielsweise stabförmige Abstandhalter angeordnet, die durch durchlaufende Längsrippen 5 oder unterbrochene Längsrippen 6 des Normalkraftgliedes gebildet werden. Mit diesen Abstandhaltern kann beim Anpressen des Normalkraftgliedes gegen die Bauteiloberfläche eine bestimmte Klebschichtdicke t_g herbeigeführt werden. Dazu muss zunächst ein gewisser Kleberüberschuss auf das Normalkraftglied 1 und/oder das Bauteil 2 aufgetragen werden. Die Unterbrechungen 7 der Längsrippen ermöglichen den Austritt des überschüssigen Klebers während des Anpressens zur Seite hin. Die Anordnung von Längsrippen stellt eine besonders vorteilhafte Variante im Hinblick auf Produktionstechniken der Normalkraftglieder dar. Die Längsrippen können bereits bei der Herstellung der Normalkraftglieder mit geringem Aufwand ausgebildet werden. Außerdem ermöglichen Längsrippen eine optimale Vorbereitung der Normalkraftglieder für die Verklebung und einen zügigen und gleichmäßigen Kleberauftrag ohne Lufteinschlüsse. Die negative Wirkung einer Bewehrung der Kleberschicht durch die zusätzliche Verformungskopplung benachbarter Verbundbereiche entfällt bei dieser Ausbildung von Abstandhaltern. Auch die erreichbaren Adhäsionsflächen auf der Bauteiloberfläche werden nur geringfügig reduziert.
In einer anderen vorteilhaften Variante werden stab- oder bandförmige Abstandhalter 9, 11 mit der Oberfläche des Normalkraftgliedes durch verschiedene Verfahren verbunden. Dieser zusätzliche Fertigungsschritt erfolgt in besonders geeigneter Weise nach der Oberflächenvorbereitung, die beispielsweise durch Schleifen erfolgt, und vor dem Auftrag von Korrosionsschutzmassen bzw. dem Auftrag des Klebers auf Normalkraftglied und/oder Bauteiloberfläche. Beim Auftrag eines Klebers insbesondere mit großkörnigen Füllstoffen auf die Oberfläche des Normalkraftgliedes ist die Anordnung der band- oder stabförmigen Abstandhalter parallel zur Längsachse 8 des Normalkraftgliedes besonders vorteilhaft. Wird der Kleber auf die Bauteiloberfläche aufgetragen, so sind auch Anordnungen der band- oder stabförmigen Abstandhalter quer zur Längsachse des Normalkraftgliedes möglich. Außerdem können in diesem Fall bei Bauteiloberflächen geringer Rauhigkeit auch punktuell wirkende Abstandhalter beispielsweise von kugelförmiger Gestalt angeordnet werden, die ebenfalls nach der Oberflächenvorbereitung aufgebracht werden.
Nach erfolgtem Kleberauftrag auf der Oberfläche des Normalkraftgliedes und/oder der Bauteiloberfläche können in einer anderen vorteilhaften Anwendungsvariante band- oder stabförmige oder punktuell wirkende Abstandhalter vor dem Anpressen des Normalkraftgliedes gegen die Bauteiloberfläche in die Klebschicht eingelegt werden.
Vor allem bei der Anordnung von band- oder stabförmigen Abstandhaltern 9, 11 parallel zur Längsachse des Normalkraftgliedes kann mit Durchlässen 10 oder Abschnitten geringerer Höhe 12 ein günstiges Austrittsverhalten des überschüssigen Klebers zur Seite hin beim Anpressen des Normalkraftgliedes gegen die Bauteiloberfläche erreicht werden.
Die gezielte Anordnung von Abstandhaltern, welche die Verbundtragfähigkeit nicht oder nur unwesentlich herabsetzen, ermöglicht in einer besonders vorteilhaften Variante das Anpressen der Normalkraftglieder 1 gegen die Bauteiloberfläche 3 unter Verwendung von zugbeanspruchten Elementen 13 erfolgt, die im Bauteil 2 fixiert sind. Nach dem Kleberauftrag kann das Normalkraftglied damit schnell, gleichmäßig und kontinuierlich gegen die Bauteiloberfläche 3 gedrückt werden. Der überschüssige Kleber tritt dabei zur Seite hin aus und es stellt sich eine Klebschichtdicke t_g ein, die der Höhe der Abstandhalter 5, 6, 9, 11 entspricht. Die zugbeanspruchten Elemente können dabei, wie in Fig. 5 beispielhaft dargestellt, das Normalkraftglied durchdringen. Aus der Biege-, Schub- und Torsionssteifigkeit des Normalkraftgliedes 1 und den zulässigen Abweichungen vom geradlinigen Verlauf ergeben sich die Abstände der zugbeanspruchten Elemente 13. Besteht das Normalkraftglied aus einem faserverstärkten Kunststoff, so kann die Anordnung längsfaserfreier Abschnitte im Bereich der vorgesehenen Durchdringung vorteilhaft sein.
Bei nicht ausreichender Steifigkeit des Normalkraftgliedes kann, wie Bild 6 beispielhaft zeigt, ein zusätzliches lastverteilendes Bauteil 15 an der Oberfläche des Normalkraftgliedes 1 angeordnet werden, das entweder nur beigelegt oder mit der Oberfläche des Normalkraftgliedes 1 verbunden oder durch eine Profilierung an der Oberfläche des Normalkraftgliedes 1 gebildet wird, das eine Verteilung der durch die zugbeanspruchten Elemente 13 punktuell erzeugten Anpresskraft in Längs- und/oder Querrichtung des Normalkraftgliedes 1 ermöglicht und so zu einem gleichmäßigen Anpressdruck führt.
Die zugbeanspruchten Elemente können auch seitlich des Normalkraftgliedes 1 im Bauteil 2 verankert werden, wie Fig. 7 beispielhaft zeigt. Diese vorteilhafte Variante führt dazu, dass keine Durchdringung des Normalkraftgliedes 1 und somit keine Querschnittsschwächung erforderlich ist. Für die Übertragung der von den zugbeanspruchten Elementen 13 erzeugten Anpresskräfte auf das Normalkraftglied ist die Anordnung zusätzlicher lastverteilender Bauteile 16 erforderlich.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung sieht für die zugbeanspruchten Elemente den Einsatz von Gewindestangen 13 vor, die beispielsweise mit Dübeln im Bauteil verankert sind und das Normalkraftglied 1 über Muttern 14 gegen die Bauteiloberfläche 3 pressen.

Claims

1. Verfahren zur Klebeverbindung eines bandförmigen, stabförmigen oder abgewinkelten Normalkraftgliedes beliebigen Querschnitts mit einem Bauteil durch eine zwischen dem Normalkraftglied und der Bauteiloberfläche aufgebrachte Kleberschicht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kleberschicht (4) band- oder stabförmige (5, 6, 9, 11) oder punktuell wirkende Abstandhalter zwischen der Bauteiloberfläche (3) und dem Normalkraftglied (1) angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die band- oder stabförmigen Abstandhalter durch Längsrippen des Normalkraftgliedes gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Abstandhalter nachträglich mit dem Normalkraftglied, vorzugsweise durch Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Nageln, Dübeln oder Aufschmelzen verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter in die Klebschicht eingelegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Abstandhalter in die Klebschicht eingelegt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelegten Abstandhalter band-, stab- oder kugelförmig ausgebildet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die band- oder stabförmigen Abstandhalter Unterbrechungen, Durchlässe oder wechselnde Höhen aufweisen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Normalkraftglied nach dem Kleberauftrag gegen das Bauteil gepresst wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen unter Verwendung von zugbeanspruchten Elementen erfolgt, die im Bauteil fixiert sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Elemente das Normalkraftglied im Bereich von Abstandhaltern durchdringen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Elemente Schrauben oder Gewindestäben mit Mutter sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraftglieder aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen, die längsfaserfreie Bereiche oder räumlich getrennte Bereiche mit Fasern unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraftglieder in den längsfaserfreien Bereichen Löcher aufweisen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraftglieder aus metallischen Werkstoffen, Holz oder Holzwerkstoffen bestehen und Bohrungen aufweisen.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpressen unter Verwendung zugbeanspruchter Elemente erfolgt, die seitlich vom Normalkraftglied im Bauteil fixiert sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Elemente Schrauben oder Gewindestäben mit Mutter sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Elemente in Öffnungen des Bauteils durch mechanische Verankerung oder Verklebung fixiert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der zugbeanspruchten Elemente mit Metalldübeln, chemischen Dübeln oder Kunststoffdübeln erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Elemente Schraubanker sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Normalkraftglied und zugbeanspruchten Elementen zusätzliche lastverteilende Bauteile angeordnet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die lastverteilenden Bauteile Platten aus hochfesten Materialien sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die lastverteilenden Bauteile mit der dem zu verstärkenden Bauteil abgewandten Oberfläche des Normalkraftgliedes durch Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Nageln, Dübeln oder Aufschmelzen verbunden sind.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die lastverteilenden Bauteile zumindest teilweise durch eine Profilierung der dem zu verstärkenden Bauteil abgewandten Oberfläche des Normalkraftgliedes gebildet werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bauteil fixierten zugbeanspruchten Elemente und die lastverteilenden Bauteile nach dem Aushärten der Kleberschicht zumindest teilweise dauerhaft am verstärkten Bauteil verbleiben.

25. Normalkraftglied mit beliebigem Querschnitt, das bandförmig, stabförmig oder abgewinkelt ausgebildet ist und mit einem Bauteil durch eine zwischen dem Normalkraftglied und der Bauteiloberfläche aufgebrachte Kleberschicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Normalkraftgliedes in der Kleberschicht (4) band- oder stabförmige (5, 6, 9, 11) oder punktuell wirkende Abstandhalter zwischen der Bauteiloberfläche (3) und dem Normalkraftglied (1) angeordnet sind.

26. Normalkraftglied nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die band- oder stabförmigen Abstandhalter durch Längsrippen des Normalkraftgliedes gebildet werden.

27. Normalkraftglied nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet dass die Abstandhalter nachträglich mit dem Normalkraftglied, vorzugsweise durch Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Nageln, Dübeln oder Aufschmelzen verbunden werden.

28. Normalkraftglied nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die band- oder stabförmigen Abstandhalter Unterbrechungen, Durchlässe oder wechselnde Höhen aufweisen.

29. Normalkraftglied nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Normalkraftglied Löcher aufweist.

30. Normalkraftglied nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher gebohrt, geschnitten, gestanzt, gedreht, geätzt werden oder durch Brennschnitt oder Laserschnitt erzeugt werden.

31. Normalkraftglied nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraftglieder aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen, die längsfaserfreie Bereiche oder räumlich getrennte Bereiche mit Fasern unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen.

32. Normalkraftglied nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Normalkraftglied in den längsfaserfreien Bereichen Löcher aufweist.

33. Normalkraftglied nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Normalkraftgliedes lastverteilende Bauteile angeordnet werden.

34. Normalkraftglied nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die lastverteilenden Bauteile mit der Oberfläche des Normalkraftgliedes durch Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Nageln, Dübeln oder Aufschmelzen verbunden sind.

35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die lastverteilenden Bauteile zumindest teilweise durch eine Profilierung der dem zu verstärkenden Bauteil abgewandten Oberfläche des Normalkraftgliedes gebildet werden.