die innovation – kleben – aktuelles aus der “arbeitsgruppe kleben” des fachverbandes...

Wesentliche Motivation zur Gründung der Arbeitsgruppe war, daßsich Silikonverklebungen – im Bauwesen seit langem bekannt –in den vergangenen Jahren einen großen Einsatzbereich auf demGebiet der Fassadenverglasung erobert haben. Vorrangiges Ein-satzgebiet war lange Zeit fast ausschließlich die Abdichtung vonWetterfugen und der Randverbund von Isolierglaseinheiten.Aufgrund seiner Eigenschaften bietet der Werkstoff Silikon dasPotential, über die Dichtwirkung hinaus tragende Funktionen beiFassadenkonstruktionen zu übernehmen. Eine Europäische Richt-linie (ETAG 002) regelt derzeit die konstruktiven Randbedingungenvon Silikonen für linienförmige Verklebungen. Trotzdem ist dasWissen bezüglich der tatsächlichen mechanischen Eigenschaftenvon Silikon noch begrenzt, so daß beim Einsatz von Verklebungenmit beliebiger Fugengeometrie in großem Maß auf Versuchezurückgegriffen werden muß. Wirkliche Werkstoffkennwerte und-gesetzmäßigkeiten, die ein ingenieurmäßiges Dimensionieren(Berechnen mit FEM) allgemeiner Fugengeometrien ermöglichen,sind zudem unbekannt. Der nach ETAG durchzuführende Zugver-such ist außerdem zur direkten Bestimmung der Festigkeitswertevon Silikon nur bedingt geeignet, da Randeffekte zur Spannungs-konzentration in den Probekörpern führen und so Rückschlüsseauf das Festigkeitsverhalten des eigentlichen Werkstoffs nur ein-geschränkt möglich sind.Das in der Arbeitsgruppe erarbeitete Versuchsprogramm dientdazu, durch das Zusammenspiel von Experiment (Werkstoffversu-che) und Theorie (Nachrechnung mit FEM) theoretische Modellefür den Werkstoff Silikon zu entwickeln. Wesentliche Zielsetzungist das Schaffen von Bemessungsdaten für komplexere Verkle-bungsgeometrien im Bereich des Structural Glazing.Durch das erlangte Wissen wird es künftig möglich sein:– Verklebungsgeometrien frei zu gestalten – sie hinsichtlich eines möglichst günstigen Versagensmechanis-mus zu optimieren– einfache Formeln und Kennwerte für den Entwurf beliebigerVerklebungen heranzuziehen– umfangreiche Versuche bei jeder einzelnen Anwendung einzu-schränken bzw. zu vermeiden.Als Erweiterung des bisherigen Arbeitsprogramms ist vorgese-hen, in Kürze auch Verklebungen mit Duromeren (z. B. Acrylate,Epoxidharze) zu untersuchen.

The Innovation – Bonding. Essential motivation for establishingthe workgroup „Bonding“ was that silicone bondings – in thestructural engineering well known – received a great importancein the past years regarding application for structural glazing.Long times the application of silicones was only the usage inweather sealings and for sealings of insulated glass units. Due tothe special properties of silicone this material has certainly thepotential, in addition to the weather seal purpose, to take overalso load bearing functions. The European Technical GuidelineETAG 002 regulates actually the constructive requirements of lineshaped silicone bondings. Nevertheless the knowledge of thereal parameters of the pure material and its mechanical pro-perties is very limited. This is the reason, that for using a siliconebonding, planned by engineering principles, experiments are ne-cessary in wide areas. Reliable parameters and material pro-perties are widely unknown, thus the sizing of a general bondinggeometry with using Finite Element Analysis is unsatisfactory.The ETAG test specimen for tension is moreover unsuitable forretrieving direct material properties, due to edge effects leadingto stress concentrations within the specimen. Therefore gettingreal parameters of the silicone material out of this kind of tests isnearly impossible. In the working group focus has been given on the developmentof theoretical models for the material silicone by a combined ap-proach of experiment (material tests) and theory (analysis by FEM).Main objective is the establishment of design criteria for complexbonding geometries by application of engineering principles in thearea of structural glazing. Based on the gained experience it willbe possible in future:– to design arbitrary bonding geometries– to optimise them with respect to the most possible failure me-chanism– to use simple formula and criteria for the design of arbitrarykinds of bondings– to limit extensive testing for each application.Extending the existing work program, it is envisaged in the shortterm to analyse bonding systems by duromer adhesives (e. g.acrylate, polyurethane).

1 Motivation und Ausgangssituation1.1 Geklebt wurde schon immer

Das Kleben ist eine der ältesten Verbindungstechnikenüberhaupt; selbst „Ötzi“ war im Besitz eines „prähistori-schen Uhu“, gekocht aus Birkenwurzeln [1]. Hatten un-sere prähistorischen Vorfahren oft zum Kleben keine Al-

Die Innovation – KlebenAktuelles aus der „Arbeitsgruppe Kleben“ des Fachverbandes Konstruktiver Glasbau – FKG

Anneliese Hagl1

1 Die Autorin leitet seit 2003 die „Arbeitsgruppe Kleben“ in-nerhalb des Fachverband Konstruktiver Glasbau. Seit2005 betreut sie das AIF-Forschungsvorhaben „VerklebteVerbindungen im Glasbau“ an der Fachhochschule Mün-chen, Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau, Leitung:Prof. Dr.-Ing. Ö. Bucak.

DOI: 10.1002/stab.200610054

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Fachthemen

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 75 (2006), Heft 6

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A. Hagl · Die Innovation – Kleben

ternativen, da geeignete mechanische Verbindungsmetho-den noch ihrer Entdeckung harrten, erscheint uns heutediese Verbindungstechnik als Anwendung im Bauwesenvordergründig als unsicher. Dennoch hat sich diese Tech-nologie seit vielen Jahren im Automobilbau und in derLuft- und Raumfahrt ein weites Einsatzfeld erobert. Di-verse Forschungsvorhaben beschäftigen sich derzeit dahermit der künftigen Anwendung der Klebetechnologie. Selbstim Bauwesen sind Klebstoffe seit sehr langer Zeit in Ge-brauch. Bauwerke wie z. B. das Bicton Palm House in De-von (Bild 1) wären ohne „Verklebung“ der Glasplatten mitden filigranen Eisenprofilen mit dem damals üblichen„Klebstoff“ (Kitt – aus Leinöl und Kreide) in ihrer Trans-parenz nicht denkbar.

1.2 Motivation zur Gründung der „Arbeitsgruppe Kleben“ des FKG

Obwohl der Silikonwerkstoff über seine reine Dichtfunk-tion hinaus überragende mechanische Eigenschaften ge-zeigt hat, steht dem Ausschöpfen der vollen Leistungs-fähigkeit von Silikon im Bauwesen eine nur begrenzteKenntnis der mechanischen Eigenschaften wie beispiels-weise des Tragfähigkeitsvermögens entgegen. Als auf euro-päischer Ebene maßgebendes Regelwerk für die Auslegungvon Verklebungen sei hier die ETAG No. 002 [2] genannt.Die DIN 13022 befaßt sich allgemeiner mit der Auslegungvon verklebten Fassadenkonstruktionen, sie ist jedoch inDeutschland nicht bauaufsichtlich eingeführt. Beide Re-gelwerke beziehen sich jedoch lediglich auf eine linienför-mige Verklebungsgeometrie, so daß Fragen hinsichtlichder Auslegung allgemeinerer Verklebungsgeometrien offenbleiben. Ausgehend von der Anwendung einer komplexentragenden Verklebung bei dem Neubau der Herz-Jesu-Kir-che in München [3] stellte sich daher die Frage nach dertatsächlichen Tragfähigkeit des Werkstoffs Silikon und deringenieurmäßigen Rahmenbedingungen für allgemeine Ver-klebungsgeometrien, die nach derzeitigem Stand derTech-nischen Regelung offen sind. Dies war der Ansatzpunktfür die Gründung der „Arbeitsgruppe Kleben“ des FKG.

1.3 Stand des technischen Regelwerks

Derzeit regelt die ETAG 002 (European Technical Appro-val Guideline: Richtlinie für Europäische Technische Zu-lassung) auf europäischer Ebene den Einsatz von tragen-den Verklebungen für Glaskonstruktionen (Structural Sea-lant Glazing System: SSGS). Diese Richtlinie regelt denEinsatz für das Gesamtsystem einer lastabtragenden Glas-fassade mit Vorgaben für die zu verklebenden Baustoffe.Die ETAG 002 stellt eine Rahmenrichtlinie dar, die Regelnfür allgemeine Bauaufsichtliche Zulassungen auf Europäi-scher Ebene aufstellt. Diese Richtlinie geht dabei davonaus, daß als Verklebungsmaterial ein Silikon-Elastomerzur Anwendung kommt und die Klebefuge linienförmigausgeführt wird. Sie bezieht sich nur auf den genau spezi-fizierten Anwendungsbereich tragender Verklebungen beiGlasfassaden und enthält auch Vorgaben zur Dimensio-nierung von linienförmigen Klebefugen. Eine Beurteilungvon allgemeinen Verklebungen ist somit auf der Basis derETAG 002 nur eingeschränkt möglich. Im Vorfeld der Aus-arbeitung der ETAG 002 wurde durch die FMPA Stuttgartein Forschungsvorhaben durchgeführt [4] mit dem Ziel,die Materialeigenschaften und Belastbarkeiten der Silikon-klebstoffe zu ermitteln. Da hierbei Fragen hinsichtlich desWerkstoffs selbst offen blieben, wurde eine sehr verein-fachte Bemessungsvorschrift (umgangssprachlich „Mickey-mouse-Formel“) in die Technische Regel aufgenommenmit der Festlegung auf rein linienförmige Verklebungen.Die ETAG 002 hat dem Einsatz von Structural SealantGlazing (SSG) eine tragfähige technische Basis geschaf-fen; sie bietet jedoch für einen erweiterten Einsatz vonVerklebungen eine nur ungenügende Basis, weshalb eswichtig ist, weitere Forschungsaktivitäten auf dem Gebietder Verklebung mit Silikonen zu entwickeln.

1.4 Übersicht über Klebstoffe

Kennzeichen zahlreicher Klebstoffe sind lange Kettenmo-leküle (Polymere), die beim Aushärten des Klebstoffs un-terschiedlich stark untereinander vernetzt werden. Bild 2dient als Übersicht über die Klebstoffe, gegliedert nach ih-rer Polymerart.

Im Bauwesen finden derzeit im wesentlichen Kleb-stoffe aus dem Bereich der Elastomere Verwendung. Ein-

Bild 1. Bicton Palm House, Devon, erbaut 1820Fig. 1. Bicton Palm House, Devon, built in the year 1820

Bild 2. Übersicht PolymerfamilienFig. 2. Overview of polymers

zustellen. Mit diesen hervorragenden und innerhalb derelastischen Klebstoffe besonderen Eigenschaften begrün-det sich die Beschränkung auf Silikonklebstoffe innerhalbder ETAG 002.

Seit langem haben sich Silikone, auf Grund ihrer be-sonderen Eigenschaften, eine weite Verbreitung bei Spezial-anwendungen erobert. So sind z. B. am Hitzeschild desSpace Shuttle Orbiters die Spezialkeramikkacheln mit Sili-konklebstoffen befestigt und auch die Spuren des ersten Men-schen auf dem Mond stammen von Sohlen mit Silikonen.

Hinsichtlich des Verhaltens bei Brandeinwirkung er-weisen sich Silikone als äußerst gutmütig. Die an der Ober-fläche der Verklebung durch Brandeinwirkung sich bil-dende Schicht aus Siliziumdioxid ist chemisch geseheneine Sandschicht, welche die darunter liegende Verklebungvor weiterer Beeinträchtigung schützt. Erfahrungen bei ver-klebten Fassaden, die ursprünglich nicht für die Auf-nahme von Explosionslasten geplant waren, haben dar-über hinaus gezeigt, daß eine elastische Verklebung sehrgut geeignet ist, explosionsschützende Verglasungen in ih-rer Lage zu halten, wobei durch die Verklebung große Ver-formungen aufgenommen werden können, ohne daß sichdie betroffene Scheibe aus dem Rahmen löst.

2 Die „Arbeitsgruppe Kleben“ im FKG2.1 Beteiligte Mitglieder

Die Mitglieder der Arbeitsgruppe rekrutieren sich aus Mit-gliedern des FKG, dreier Hochschulen sowie Vertretern derKlebstoffhersteller (Tabelle 2). Diese Mitgliederstruktur in-nerhalb der Arbeitsgruppe ermöglicht die Einbeziehung derverschiedenen Interessen derTeilnehmer und verspricht einegroße Effizienz der Gruppe. Zusätzlich eröffnete sich durchdie Bereitschaft von drei Instituten, sich an der Durch-führung der Versuche zu beteiligen, eine zusätzliche Absi-cherung der Ergebnisse, die mit unterschiedlichen Prüfappa-raturen und Versuchsanordnungen durchgeführt wurden.

2.2 Werkstoffe

Als im Konstruktiven Glasbau relevante Werkstoffe ste-hen zwei zweikomponentige Silikonklebstoffe im Mittel-punkt der Untersuchung, welche den Structural Glazing-Bereich abdecken. Die derzeit zulässigen Beanspruchun-gen sind in den ETA dieser Werkstoffe enthalten, die inTabelle 3 zusammengestellt sind.

Der wesentliche Unterschied zwischen ein- und zwei-komponentigen Klebstoffen besteht darin, daß einkompo-nentige Klebstoffe den Luftzutritt zur Aushärtung benöti-gen, was die mögliche Verklebungsgeometrie einschränkt.

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Stahlbau 75 (2006), Heft 6

satzgebiet ist neben der tragenden Verklebung im Glasbaudie Dichtfunktion von Elastomeren. Als Zwischenschich-ten in Verbundgläsern finden Thermoplaste (z. B. PVB-Folien) einen weit verbreiteten Einsatz. Vertreter aus derGruppe der Duromere finden wir in Form von Kunstharz-zusätzen in diversen veredelten Spezialmörteln oder alsVerbundschicht im Glasbau. Weitere Einsatzmöglichkeitenvon Duromeren sind Inhalt derzeit laufender Forschungs-vorhaben. Die „Arbeitsgruppe Kleben“ des FKG hat damitbegonnen, sich vorerst mit der erweiterten Anwendbarkeittragender Verklebungen mit Silikonelastomeren zu be-schäftigen, da diese Verklebungen bereits Inhalt techni-scher Regelungen sind. So sind die wesentlichen am Marktvertretenen Silikonklebstoffe auf europäischer Ebene zu-gelassen, was deren Einsatz im Bauwesen normativ er-möglicht. Eine Übersicht des derzeitigen Stands dieserEuropäischen Zulassung (European Technical Approval –ETA) ist Tabelle 1 zu entnehmen.

1.5 Besondere Eigenschaften von Silikonelastomeren

Plant man den Einsatz von tragenden Verklebungen, siehtman sich häufig mit der Meinung konfrontiert, daß Verkle-bungen generell nicht ausreichend dauerhaft wären. DieGruppe der Silikon-Elastomere weist zwar ein mecha-nisch vergleichbares Verhalten wie organische Elastomere(z. B. Polyurethane) auf, jedoch unterscheiden sie sich we-sentlich in ihrem chemischen Aufbau. Die Polymerkettender Moleküle bestehen bei Silikonen aus Silizium- undSauerstoffatomen in wechselnder Anordnung. Herkömm-liche Elastomere besitzen dagegen ein Gerüst aus Kohlen-stoffatomen. Die hohe Bindungsenergie zwischen Siliziumund Sauerstoff führt zu einer äußerst stabilen Bindung,woraus die besonderen Eigenschaften von Silikonen resul-tieren. Am bedeutendsten ist hier sicherlich die hohe Tem-peraturbeständigkeit, verbunden mit einer niedrigen Glas-übergangstemperatur, bei welcher der Werkstoff in einenglasartig harten (eingefrorenen) Zustand übergeht. Silikoneweisen eine geringe Änderung ihrer physikalischen Eigen-schaften über einen weiten Temperaturbereich von –60 °Cbis +150 °C auf, woraus sich ein entsprechend großer Ein-satztemperaturbereich ergibt. Für die Anwendung folgt ausden starken chemischen Bindungen der Silikon-Ketten-moleküle eine geringe chemische Reaktivität (= Angreif-barkeit) und daher eine exzellente Beständigkeit gegenSonnenlicht, Hitze, Ozon und Schwefeldioxid. Damit ent-kräftet derWerkstoff Silikon das weit verbreitete Vorurteil,daß er nicht ausreichend tragsicher oder dauerhaft sei.Außerdem weisen Silikone die Fähigkeit auf, wegen ihresAufbaus eine chemische Bindung zu Glasoberflächen her-

Tabelle 1. Übersicht über derzeit gültige Europäische Zulassungen (ETA) für Glas-MetallverklebungenTable 1. Overview of actual valid European Technical Approvals for adhesives for metal and glass

ETA Nr. Zulassungsinhaber Gegenstand Gültigkeit (Stand: 01/06)

01/0005 Dow Corning DC 993 (2 K) & DC 895 (1 K): Tragende Silikonklebstoffe07. 03. 2001 bis

06. 03. 2006

03/0003 Dow CorningDC 3362 (2 K): Silikonklebstoff für Randversiegelungen 01. 04. 2003 bis

von Isolierverglasungen 09. 04. 2008

03/0038 SIKA Services AG ELASTOSIL SG 500 (2 K): Tragender Silikonklebstoff02. 02. 2004 bis

15. 03. 2009

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Technik zusammengetragen. Hierzu werden die heute ver-fügbaren Klebstoffe mit ihren derzeit bekannten Eigen-schaften charakterisiert und zusammengestellt.

AArrbbeeiittssppaakkeett 11 –– EExxppeerriimmeenntteellllee BBaassiissDas erste experimentelle Arbeitspaket hat die Aufgabe,über geeignete Werkstoffversuche das Werkstoffverhalten(Tragfähigkeit und Versagen) der Silikonwerkstoffe mög-lichst allgemein qualitativ und quantitativ zu beschreiben.Die experimentellen Ergebnisse bilden die Basis für dasgesamte Paket, insbesondere für die aufzustellendenWerkstoffgesetze.

Arbeitspaket 2 – Theoretische VorhersagemodelleMit Hilfe moderner Berechnungsmethoden werden theo-retische Ansätze und numerische Verfahren zur Beschrei-bung des Werkstoffs Silikon ermittelt. Ziel ist die Erarbei-tung eines Werkstoffmodells des Silikons, welche Aussa-gen über das Tragverhalten unter komplexer, dreidimen-sionaler Beanspruchung ermöglicht.

Arbeitspaket 3 – Rechnerische TragfähigkeitMit den Ergebnissen der vorausgehenden Untersuchun-gen werden allgemeine Verklebungsgeometrien hinsicht-lich ihrer Tragfähigkeit analysiert. Der Einfluß der Verkle-bungsgeometrie und verschiedener Klebstoffdicken wirdhierbei für unterschiedliche repräsentative Verklebungs-geometrien untersucht. Zum Einsatz gelangen hier markt-übliche allgemeine FE-Programme.

Arbeitspaket 4 – Experimentelle Untersuchungen vonKlebeverbindungenAusgewählte Geometrien von Klebeverbindungen werdenexperimentell auf ihr Tragverhalten und ihren Versagens-mechanismus untersucht. Die hierbei erzielten Versuchs-ergebnisse werden mit den rechnerischen Vorhersagen ver-glichen. Eine Validierung der theoretischen Modelle fürpraxisrelevante Verklebungen wird hierdurch ermöglicht.

Arbeitspaket 5 – Praxisgerechte UmsetzungAls Brücke zwischen den erarbeiteten Ergebnissen undden Anforderungen aus der Praxis werden Regeln für die

Hierdurch erklärt sich die Forderung nach einer Fugen-geometrie von „Luftbreite/Verklebungstiefe“ von ca. 3/1.Zweikomponentige Klebstoffe bieten hier den Vorteil einerfreien Fugengestaltung, da die Aushärtung chemisch überdas reaktive Zusammenwirken beider Komponenten er-folgt. Daher fiel die Wahl auf die folgenden zweikompo-nentigen Hochleistungs-Klebstoffe:– DC ® 993, Dow Corning– ELASTOSIL® SG 500, Sika (vormals Wacker)

Die vorläufige Beschränkung der Klebstoffauswahl aufSilikone begründet sich mit der mittlerweile gut 20jähri-gen Erfahrung im Bauwesen mit dieser Werkstoffgruppeund der hiermit verbundenen relativ hohen Akzeptanz sei-tens der Bauaufsicht.

3 Forschungsprogramm – Übersicht3.1 Übersicht über den Forschungsumfang

Das Forschungsprogramm gliedert sich in sechs Arbeits-abschnitte mit den folgenden Inhalten:

Arbeitspaket 0/Vorarbeiten – Übersicht heute verwende-ter KlebstoffeAls Ausgangsbasis der Forschungsaktivitäten wird zur Do-kumentation der Leistungsfähigkeit der Verklebungstech-nik im konstruktiven Glasbau der Stand der derzeitigen

Tabelle 2. Mitglieder der „Arbeitsgruppe Kleben“Table 2. Members of the „Working Group Bonding“

Firma Teilnehmer Aufgaben

Glas Trösch T. Baumgärtner KleinprüfkörperJ. Gartner Fassadenbau F. Heger Kleinprüfkörper

Glasbe- und -verarbeitung, FassadenbauDorma Glas T. Vogler BerechnungenMero K. Havemann BerechnungenWagener Gruppe W. Wies KleinprüfkörperSaint-Gobain A. Wittenkämper Kleinprüfkörper

A. Hagl Ingenieurges. mbH A. Hagl BerechnungenIngenieurbüros Ingenieurbüro Becker H.-R. Becker Berechnungen

Glasconsult R. Hess Beratung

TU Dresden B. Weller VersuchsdurchführungHochschulen FH München Ö. Bucak Versuchsdurchführung

FH Rosenheim H. Feldmeier Versuchsdurchführung

KlebstoffeSika (vorm. Wacker) U. Müller Lieferung SilikonDow Corning S. Sitte Lieferung Silikon

Tabelle 3. Zulässige Spannungen für SilikonklebstoffeTable 3. Design stress for silicone adhesives

Silikon- DC 993 Elastosil DC 895klebstoff SG 500

Typ 2 K 1 K

Hersteller Dow Corning SIKA Dow Corning

ETA ETA-01/0005 ETA-03/0038 ETA-01/0005

sdes 0,14 MPa 0,14 MPa 0,14 MPa

tdes 0,11 MPa 0,105 MPa 0,14 MPa

t• 0,011 MPa 0,0105 MPa —*

* bei einkomponentigen Klebstoffen keine Zulassung von Dauer-lasten

Silikone kann man sich vereinfacht als Knäuel vonlangen Kettenmolekülen vorstellen, die untereinander mitunterschiedlich festen Verbindungen verknüpft sind. Diefixen Bindungen der Kettenmoleküle (chemische Bindun-gen) reißen bei hohen Lasten auf und führen daher zumMaterialversagen. Neben diesen Bindungen existieren tem-poräre Bindungen der Kettenmoleküle untereinander, diesich bereits bei einem geringen Lastniveau lösen und inder Lage sind, sich neu zu verknüpfen (physikalische Bin-dungen). Damit läßt sich der Mullinseffekt, wie in Bild 5dargestellt, erklären. Aus dem vorgefundenen Verhalten

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Anwendung von Verklebungen in der Praxis erarbeitet.Auf der Basis der Berechnungen können vereinfachte Be-messungsregeln und Anwendungsgrenzen für allgemeinereVerklebungsgeometrien aufgestellt werden.

3.2 Derzeitiger Stand der Aktivitäten

Derzeit sind innerhalb des Arbeitspakets 3 diverse verglei-chende Berechnungen für verschiedene Verklebungsgeo-metrien durchgeführt worden.

Die Frage nach einer Explosionssicherung von Fassa-den mit verklebten Scheiben hat dazu geführt, daß weitereWerkstoffversuche unter hohen Belastungsgeschwindig-keiten in das Versuchsprogramm aufgenommen wurden.

Erste Ergebnisse an punktuellen Verklebungen konn-ten bereits an der Fachhochschule in München gewonnenwerden.

4 Werkstoffversuche 4.1 Auswahl geeigneter Versuche und Prüfkörper

Hinsichtlich derAuswahl geeigneterWerkstoffversuche sindinsbesondere solche Versuche interessant, die Aussagen zueinfachen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen erlauben.Dies bedeutet, daß Versuchskörper auszuwählen sind, wel-che die wünschenswerten Werkstoffzustände möglichst ho-mogen innerhalb des Meßbereichs aufweisen. KlassischeVersuche hierzu sind Zug-, Druck- und Schubversuche. Wei-terführende Versuche wie bidirektionale Zugversuche oderKompressionsversuche wären für nahezu inkompressibleWerkstoffe wie Silikon von großer Bedeutung. Aus Kosten-gründen erfolgte hier allerdings eine Beschränkung auf diezuerst genannten Versuche. Diese wurden bei den beteilig-ten Instituten mit unterschiedlichen Prüfapparaturen undMeßmethoden (optische und mechanische Wegaufnehmer,unterschiedliche Prüfmaschinen) generell bis zum Versagendurchgeführt. Für die Auswahl der Prüfkörper können be-reits bekannte Prüfkörpergeometrien bzw. einfach herzu-stellende Prüfkörper ausgewählt werden. Ohne diese Basisvon reinen Werkstoffversuchen wären Aussagen zu den Ma-terialparametern mit ausreichender Genauigkeit unmöglich.

4.1.1 Zugprüfkörper

Die Werkstoffversuche für Zug wurden an Prüfkörpern S1nach DIN 53504 [5] durchgeführt. Da bekannt ist, daßder kleine Querschnitt der Versuchskörper auf Grund dergeringen Werkstoffsteifigkeit eine gewisse Problematik beider Versuchsauswertung mit sich bringt, wurde die Dickeder Prüfkörper (nach Norm 2 mm) auf 4 mm erhöht. Diesermöglicht gerade noch ein Ausstanzen der Prüfkörpermit den Stanzeisen nach DIN 53504. Bild 3 zeigt diesenPrüfkörper.

Bei der Durchführung derVersuche wurde nach der er-sten Belastung eine Entlastung und unmittelbar danach eineWiederbelastung durchgeführt. Bei anderen Elastomerenzeigt sich hierbei der sogenannte Mullinseffekt [6]. Der Mul-linsefekt erklärt sich an Hand des typischen Aufbaus der Si-likonwerkstoffe wie in Bild 4 dargestellt, über das Lösen undBilden temporärer Bindungen unter Deformation. Es sollteuntersucht werden, ob dieser Effekt auch bei den untersuch-ten Silikonelastomeren auftritt und wie er sich äußert.

Bild 3. ZugversuchskörperFig. 3. Specimen for tension test

Bild 4. Aufbau von SilikonelastomerenFig. 4. Structure of silicone elastomers

Bild 5. Mullinseffekt, verursacht durch temporäre BindungenFig. 5. Mullinseffect, effect due to temporal joints

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der Silikone läßt sich ableiten, daß der Vorbelastungsge-schichte bei der Bemessung der Verklebungen offensicht-lich keine wesentliche Bedeutung zukommt, wenn die Be-anspruchungsart nicht wechselt.

4.1.2 Schubprüfkörper

Für die Schubprüfkörper konnte auf den Prüfkörper nachETAG 002 (Bild 6) zurückgegriffen werden. Zwar zeigtdieser Prüfkörper unter Schublast eine gewisse Randver-wölbung, die zur Abweichung vom perfekten Schubspan-nungszustand führt. Vorteilhaft ist jedoch, daß für diesenVersuchsaufbau bereits eine breite Datenbasis der Kleb-stoffhersteller als Vergleich zur Verfügung steht.

4.1.3 Druckprüfkörper

Bei der Auswahl der Druckprüfkörper (Bild 7) ist zumeinen eine ausreichende Sicherheit gegen Ausknicken er-forderlich, andererseits sollten die Prüfkörper einfachherzustellen sein. Die Wahl der Geometrie erfolgte daherunter pragmatischen Gesichtspunkten. Die Herstellungerfolgte in einer marktüblichen Kunststoffkartusche miteinem Innendurchmesser von 46,3 mm mit einer Höhevon 20 mm. Um eine möglichst reibungsfreie Lagerung inder Prüfmaschine zu erreichen, wurden die Versuchskör-per zwischen Teflonscheiben in der Prüfmaschine einge-spannt.

4.2 Ergebnisse der Versuche4.2.1 Zugversuche

Bild 8 zeigt zerstörte Versuchskörper (Versuchsdurchfüh-rung FH München). Zu erkennen ist, daß wie erforderlichdas Versagen innerhalb der Meßstrecke auftritt. Beide un-tersuchte Materialien erreichen eine annähernd gleicheBruchlast von ca. 38 N bei Dehnungen im Bereich von200 bis 300 % bezogen auf die Ausgangslänge der Meß-strecke.

Die Bilder 9 und 10 zeigen die Versuchsergebnisseder Zugversuche aller Institute für die untersuchten Ma-terialien. Festgestellt werden kann, daß beide Materia-lien ein ähnliches globales Verhalten aufweisen. Dar-über hinaus sind die Meßergebnisse – vergleicht man dieResultate der Institute untereinander – in sich konsi-stent.

Vergleicht man die Meßergebnisse der beiden Mate-rialien, unterscheiden sie sich vor allem im Anfangsbe-reich hinsichtlich der Anfangssteifigkeit. Bild 11 zeigt diesbeispielhaft an den Ergebnissen eines Instituts.

Bild 6. SchubprüfkörperFig. 6. Specimen for shear test

Bild 7. DruckprüfkörperFig. 7. Specimen for compres-sion test

Bild 8. Zerstörte Zugver-suchskörperFig. 8. Failed specimenfor tension test

Bild 9. Zugversuchsergebnisse Werkstoff 1Fig. 9. Tension test results material 1

Bild 10. Zugversuchsergebnisse Werkstoff 2Fig. 10. Tension test results material 2

4.2.2 Schubversuche

Das Versagen der Schubprüfkörper ist aus Bild 12 zu ent-nehmen. Betrachtet man die Meßergebnisse der Schub-versuche beider Werkstoffe (Bild 13), so fällt auf, daß die

Kurven im Gegensatz zu den Ergebnissen der Zugversu-che über weite Bereiche nahezu linear verlaufen. Ein Un-terschied ist hinsichtlich der Neigung der Kurven zu er-kennen. Hier zeigt die Kurve für Material 2 wie bereits imZugversuch festgestellt eine geringere Steifigkeit in Formeiner flacheren Neigung als Material 1. Hinsichtlich derBruchlasten stimmen die Werte zwischen Material 1 und2 ungefähr überein und betragen ca. 430 N für den unter-suchten Prüfkörper.

4.2.3 Druckversuche

Bild 14 zeigt einen Prüfkörper, der bei 153 kN seine Druck-bruchlast erreicht hat. Bei der Betrachtung der Ergebnisseder Druckversuche stellt man fest, daß die Ergebnissedeutlich von den Reibungsverhältnissen der Einspannstel-len in die Prüfmaschine abhängen. Vereinfacht läßt sichsagen, daß mit zunehmender Haftung/Reibung der Ober-flächen eine höhere Steifigkeit im Versuchsergebnis auf-tritt. An der FH München wurden verschiedene Oberflä-chenbedingungen untersucht, wobei das steifere Verhaltenbei einer Lagerung derVersuchskörper ohne Oberflächen-behandlung und damit mit großer Reibung (= Behinde-rung der Querkontraktion) festgestellt wird. Das nachgie-bigste Verhalten ist bei der Lagerung der Versuchskörperunter Benetzung der Oberflächen mit einem Tensid festzu-stellen. Zwischen diesen beiden Werten liegen jeweils dieErgebnisse für die Lagerung der Versuchskörper mittelsTeflonscheiben (Bilder 15 und 16). Festgestellt werden kannauch, daß die Meßergebnisse zwischen den einzelnen In-stituten deutlich streuen. Die Ergebnisse sind jedoch inso-weit konsistent, daß der Werkstoff 1, der sich im Zugver-such als steifer erwiesen hat, generell auch im Druckver-such ein steiferes Verhalten zeigt (Bild 17).

4.3 Nullpunktdiskussion der Ergebnisse

Die Auswertung der Versuchsdaten hat Fragen hinsicht-lich der Kurvenbereiche am Anfang der Meßstrecke aufge-worfen. Durch die geringen Prüfkörperquerschnitte insbe-sondere der Zugproben (4 ¥ 6 mm) und der daher sehr ge-ringen Lasten beim Anfahren der Versuchsapparatur tretenUngenauigkeiten in den Meßergebnissen auf, die sich durch

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Bild 11. Zugversuchsergebnisse Vergleich Material 1 und 2Fig. 11. Tension test results comparison material 1 and 2

Bild 12. Zerstörter SchubprüfkörperFig. 12. Failed specimen for shear test

Bild 13. Schubversuchsergebnisse Vergleich Material 1 + 2Fig. 13. Shear tests results comparison material 1 + 2

Bild 14. Zerstörter Druckprüfkörper, Bruchlast 153 kNFig. 14. Failed specimen for compression test, 153 kN

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Reibungskräfte und Schlupf beim Anfahren der Versuchebegründen. Für den Vergleich mit theoretischen Ergebnis-sen waren die Kurven der Meßergebnisse entsprechendaufzubereiten.

5 Werkstoffmodelle für Silikon5.1 Phänomene beim Verkleben mit Silikon

Bei Silikonelastomeren handelt es sich um eine Werkstoff-gruppe mit nahezu vollständiger Inkompressibilität. Inkom-pressibilität bedeutet eine Volumenkonstanz des Werkstoffsunter Last wie zum Beispiel unter hydrostatischem Druck.Hieraus begründet sich eine Querkontraktionszahl von n ª0,5. Dies führt zu deutlichen Koppeleffekten in den Span-nungen bei behinderter Querkontraktion und einer hohenSteifigkeit beim „Einschließen“ des Materials, was an denBauteilberechnungen nachfolgend noch aufgezeigt wird. Istdie Querkontraktion nicht behindert (z. B. reine Schubbela-stung oder unidirektionaler Zug), reagiert eine Verklebungmit deutlichen Verformungen (Bild 18) – wie auch an denZugversuchsergebnissen erkennbar ist. Diese großen Verfor-mungen gehen bei der Entlastung zurück und sind somit ela-stischer Natur. Ein derartiges Verhalten – nahezu perfekteInkompressibilität und große Elastizität – läßt sich durch so-genannte hyperelastische Materialgesetze beschreiben.

5.2 Hyperelastische Materialgesetze

Für kleine Dehnungen linear-elastischer und isotroperMaterialien kommt im allgemeinen das Hookesche Gesetz[7] zur Anwendung, das durch zwei Werkstoffparameter –üblicherweise Elastizitätsmodul E und Querkontraktions-zahl n – definiert ist. Aus E-Modul und Querkontraktions-zahl lassen sich zusätzliche Kenngrößen wie SchubmodulG und Kompressionsmodul K nach den folgenden einfa-chen Zusammenhängen ableiten:

G E E G E K E=+

< < =-2 1 3 2 3 1 2( ) ( )n n

Bild 15. Druckversuchsergebnisse, Vergleich verschiedenerLagerbedingungen beim Versuch, Material 1Fig. 15. Compression test results, comparison of differentsurface conditions during test, material 1

Bild 16. Druckversuchsergebnisse, Vergleich verschiedenerLagerbedingungen beim Versuch, Material 2Fig. 16. Compression test results, comparison of differentsurface conditions during test, material 2

Bild 17. Druckversuchsergebnisse, Vergleich Material 1 + 2,Teflon-LagerungFig. 17. Compression test results, comparison material 1 + 2,teflon support

Bild 18. Charakteristische Gestalt- und Volumenänderungs-zuständeFig. 18. Characteristic shape- and volume deformation states

Für den Grenzfall inkompressiblen Materialverhaltens läßtsich zeigen, daß die Querkontraktionszahl den Wert 0,5erhält. Es gilt dann:

Für Elastomere ist charakteristisch, daß sie großen Deh-nungen unterworfen werden können. Um auch den Be-reich großer Dehnungen mit einem Materialgesetz ab-decken zu können, kommen hierbei hyperelastische Mate-rialgesetze zur Anwendung, die auf Dehnungsenergieaus-drücken basieren. Da Spannungen und Dehnungen beigroßen Verformungen nicht mehr eindeutig definiert sind –für die Spannungsermittlung ändert sich die Bezugsquer-schnittsfläche, während für die Dehnung sich die Bezugs-länge ändert – sind die Dehnungsenergien oft in Invarian-ten I1, I2 und I3 des Deformationstensors oder in Strek-kungen l1, l2 und l3 definiert [8], deren Definition fürgroße Dehnungen eindeutig ist.

Eine große Familie von Dehnungsenergien W stellendabei Polynominalfunktionen der Invarianten dar, derenbekanntester Vertreter das Gesetz nach Mooney-Rivlin istmit Ii als Invariante des Deformationstensors:

W = W(I1, I2, I3)

Eine alternative Formulierung für W, basierend auf Funk-tionen der Streckungen in den Hauptdehnungsrichtun-gen, ergibt sich nach Ogden wie folgt:

li deformierte Längel0i undeformierte Länge

Im Rahmen der theoretischen Aktivitäten der „Arbeits-gruppe Kleben“ wurde der Schwerpunkt auf Polynominal-gesetze gelegt, aus deren allgemeiner Schreibweise sich diefolgenden inkompressiblen Sonderfälle ableiten lassen:

Allgemein

Mooney-Rivlin W = c10(I1 – 3) + c01(I2 – 3)

Neo-Hook W = c10(I1 – 3)

cnm Materialkoeffizienten

Aus den Dehnungsenergiefunktionen lassen sich durch ein-maliges Ableiten nach der Dehnung die zugehörige Span-

W c I Imnm n

nm

= - -ÂÂ ( ) ( )1 23 3

W Wlli

i

i= =( , , ),l l l l1 2 3

0

n = Æ = Æ Æ •0 53

, G E K

nung und durch zweimaliges Ableiten die Steifigkeit be-rechnen. Wie schon erwähnt, sind Spannungs- und Deh-nungsdefinitionen im Fall großer Verformungen nicht ein-deutig. Üblicherweise werden bei den gängigen FE-Pro-grammen Cauchy-Spannungen, die auch als wahre Span-nungen bezeichnet werden, da sie sich auf die aktuellenBezugsquerschnitte beziehen, und logarithmische Dehnun-gen – auch als natürliche Dehnungen bezeichnet – ausge-geben.

5.3 Nachrechnung der Versuchsergebnisse

Die Versuche wurden im nächsten Arbeitspaket mit ver-schiedenen am Markt gängigen FE-Programmen mit unter-schiedlichen hyperelastischen Materialgesetzen nachge-rechnet. Die Forderung an die Materialmodellierung derNachrechnung von Zug-, Druck- und Schubversuch isthierbei, daß ein Materialgesetz konsistente Ergebnisse imVergleich zu den Meßergebnissen liefert. Bei diesen theo-retischen Untersuchungen kamen die in Tabelle 4 aufge-führten Programme zum Einsatz.

In wie weit die zum Teil komplexen Ansätze für bau-praktische Berechnungen künftig relevant sind oder sichfür die praktische Anwendung vereinfachen lassen, wirdsich aus der Weiterführung der Bauteilversuche ergeben,die mit den jeweiligen Materialgesetzen in den Arbeitspa-keten 3 und 4 vorhergesagt bzw. nachgerechnet werden.

5.3.1 Zugversuche

Bei der Nachrechnung derZugversuche der verschiedenenMitglieder der Arbeitsgruppe (Bilder 19 bis 22) wird derUnterschied der verschiedenen gewählten Materialgesetzebesonders bei Material 1 deutlich. Dieses zeichnet sich da-durch aus, daß die Versuchskurven im oberen Bereich ei-nen Wendepunkt im Kurvenverlauf aufweisen. Hier bedarfes beim Ansatz der Materialgesetze für den Bereich großerDehnungen eines erweiterten quadratischen Terms – wasaus den Ergebnissen in Bild 21 erkennbar ist. Jedoch lie-fert selbst der einfache Ansatz nach Neo-Hook (Bild 20)in weiten Bereichen mit der Versuchskurve eine gute Über-einstimmung. Bei Material 2 ist der vor beschriebene Wen-

516



Tabelle 4. Übersicht, eingesetzte FE-ProgrammeTable 4. Overview, applied FE-programs

Fe-Programm Anwender Materialgesetz

AnsysDorma Glas,

Neo-HookT. Vogler

Nastran for A. Hagl Ingges. mbH, Mooney-Rivlin,Windows A. Hagl erweitert

SofistikIng. Büro Becker,

Mooney-RivlinH. R. Becker

Bild 19. Nachrechnung Zugversuch Material 1, BeckerFig. 19. Analysis tension test material 1, Becker

517



depunkt nicht erreicht (Bild 22), so daß die Grundformu-lierung nach Mooney-Rivlin oder Neo-Hook als ausrei-chend gesehen wird.

5.3.2 Schubversuche

Wie schon die Versuchsergebnisse, zeigen auch die analy-tischen Werte der Nachrechnung der Schubproben (Bil-der 23 und 24) einen nahezu linearen Verlauf der Last-Weg-Kurve. Erkennbar wird, daß sich bei Material 1 einedeutliche Krümmung nach oben, bei Material 2 jedocheine geringe Krümmung nach unten ergibt.

5.3.3 Druckversuche

Die Nachrechnung der Druckversuche gestaltet sich da-hingehend schwierig, daß die jeweilig herrschenden Rei-bungsbedingungen aus der Versuchsanordnung nicht aus-reichend genau bekannt sind. Ausgehend von der Über-legung, daß es für die Lagerung an den Kontaktflächeneinen oberen (reibungsfrei) und einen unteren Grenzwert(voll haftend) gibt, spannen die Ergebnisse dieser Rand-bedingungen einen Korridor auf, in dem die gefundenenVersuchsergebnisse eingeschlossen sein müssen. Bild 25zeigt stellvertretend die Ergebnisse der Berechnungen fürMaterial 1 im Vergleich zur Lagerung der Prüfkörper mitTeflon.

Bild 20. Nachrechnung Zugversuch Material 1, VoglerFig. 20. Analysis tension test material 1, Vogler

Bild 21. Nachrechnung Zugversuch Material 1, HaglFig. 21. Analysis tension test material 1, Hagl

Bild 22. Nachrechnung Zugversuch Material 2, HaglFig. 22. Analysis tension test material 2, Hagl

Bild 23. Nachrechnung Schubversuche Material 1, HaglFig. 23. Analysis shear test material 1, Hagl

Bild 24. Nachrechnung Schubversuche Material 2, HaglFig. 24. Analysis shear test material 2, Hagl

5.3.4 Schlußfolgerung

Die Nachrechnungen zeigen auf, daß es möglich ist, mitüblichen allgemeinen FE-Programmen Silikonwerkstoffemit guter Übereinstimmung zu den Versuchsergebnissenzu berechnen.

6 Untersuchung verschiedener repräsentativer Verklebungs-geometrien

Mit den durchgeführten Validierungsschritten der Berech-nung anhand von Werkstoffversuchen werden nun in einemnächsten Schritt verschiedene ebene und rotationssymme-trische Verklebungsgeometrien analytisch untersucht.

6.1 Bandförmige Verklebung

Eine bandförmige Verklebung stellt insofern eine interes-sante Geometrie dar, als die Oberflächen des Klebstoffs,die freien Ränder, sich linear zur verklebten Fläche verhal-ten. Aus dieser Verklebungsgeometrie resultiert daher einedeutliche Querkontraktionsbehinderung, die zu einer ho-hen Steifigkeit dieser Verklebungsgeometrie führt. Die na-hezu perfekte Inkompressibilität des Werkstoffs Silikonführt daher zu einer dramatischen Steifigkeitserhöhung.Wie erwartet, zeigt sich eine sehr steife Wirkung dieserVerklebung unter Zug, was durch die Berechungen be-stätigt werden konnte. Bild 26 zeigt in einer Montage dieGeometrie und die Spannungswerte in Lastrichtung.

6.2 Punktförmige Verklebung

Die punktförmige Verklebung in der Geometrie eines run-den Punkthalters weist am äußeren Umfang den Bereichder Verklebung auf, der sich einschnüren kann, vergleicheBild 27. Es läßt sich sagen, daß dieser Bereich die im Inne-ren liegende Verklebung dann an der Kontraktion behin-dert. Daher sind im inneren Bereich der Verklebung diehöchsten Spannungen im Klebstoff zu erwarten. Bild 28zeigt die Spannungsverteilung in dieser Verklebung in Last-

richtung. Besonders für diese Verklebungsgeometrie er-folgten weitgefächerte Untersuchungen hinsichtlich Mo-dellierung und Spannungsermittlung. Bild 29 zeigt hierzuverschiedene Spannungen aus linearen und nichtlinearenFE-Rechnungen sowie zum Vergleich die nominale Span-nung (Last/Fläche). Aufgrund der deutlichen Inhomoge-nitäten in den Spannungen streuen deren Werte signifi-kant, je nachdem, ob sie an den Knoten des Netzes oderim Inneren der Finiten Elemente ermittelt werden.

6.3 Vergleich von rein zugbeanspruchten Geometrien

Eine Zusammenstellung der Ergebnisse von rein zugbean-spruchten Bauteilen zeigt Tabelle 5, siehe hierzu [9]. Er-kennbar wird hier, daß sich bereits bei rein zugbelastetenVerklebungsgeometrien trotz der einachsigen Lasteinlei-

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Bild 28. Punkthalter, Spannung in Belastungsrichtung, HaglFig. 28. Point support, stress in load direction

Bild 25. Nachrechnung Druckversuch Material 1, Teflon-La-gerung, HaglFig. 25. Analysis compression test material 1, teflon support,Hagl

Bild 26. Bandförmige Verklebung, Spannung in Belastungs-richtung, HaglFig. 26. Line shaped bonding, stress in load direction

Bild 27. FE-Modell Punkthalter, BeckerFig. 27. FE model piont support

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tung deutliche Kopplungseffekte in den Spannungen derHauptrichtungen ergeben. Hiermit einhergehend ergebensich deutlich geringere Dehnungen als unter unidirektio-naler Belastung (z. B. Zugstab).

6.4 U-förmige Verklebung

Ein Beispiel für eine komplexere Verklebungsgeometrie isteine U-förmige Verklebung, wie sie bei der Realisierung derHerz-Jesu-Kirche zum Einsatz kam, siehe Bild 30. Aufgrundder Verklebungsgeometrie herrschen in der Verklebung ander Stirnfläche Zugspannungen und in den Flanken Schub-spannungen. Unter der Berücksichtigung der Querkontrakti-onsbehinderung kann gezeigt werden, daß der Hauptanteildes Lastflusses über die Stirnfläche abgetragen wird, da sichStirnfläche und Flanken wie parallelgeschaltete Federn ver-halten. In einem derartigen Fall zieht die steifere Feder – indiesem Fall die querkontraktionsbehinderte Stirnfläche –die Hauptlast auf sich. Die Flanken fungieren hierbei als re-dundanter Lastpfad im Fall eines Versagens der stirnseitigenVerklebung, siehe hierzu auch [10].

7 Bauteilversuche an punktuellen Verklebungen

Als weitergehende Bauteilversuche mit deutlich inhomo-genen Spannungsverteilungen wurden Zugversuche an

Punkthaltern (Bild 31) und Schrägzugversuche für rundepunktuelle Verklebungen durchgeführt. In Bild 32 ist derVersuchsaufbau für einen Schrägzugversuch dargestellt.Bild 33 zeigt die Meßergebnisse der Schrägzugversuche,die aufgrund der Lastkombination von Zug und Schub vonbesonderem Interesse sind. Erste Berechnungen, die imRahmen des AIF-Forschungsvorhabens zu geklebten Ver-bindungen an der Fachhochschule München durchgeführtwurden, zeigen bereits eine sehr gute Übereinstimmungzwischen Versuch und Berechnung, Bild 34.

8 Ausblick und weiterführende Forschung

Die Fülle der bereits vorliegenden Berechnungsergebnisse,auch komplexerer Verklebungsgeometrien, konnte hin-sichtlich der Anwendbarkeit der Werkstoffmodelle einevertrauenswürdige Basis für weitergehende Aussagen le-gen. Als einer der wesentlichen nächsten Schritte ist nuneine Aussage zum Festigkeitsverhalten von Silikonelasto-meren in Abhängigkeit der jeweiligen Spannungs- und/oder Dehnungszustände und damit zur Tragfähigkeitsvor-hersage von Silikonverklebungen vorgesehen. Im Rahmenweiterführender Untersuchungen werden Abhängigkeitender Belastungsgeschwindigkeit und unter Explosionslasteneine Erweiterung der bisher gewonnenen Erkenntnissebringen. Ein AIF-Forschungsvorhaben der FH Münchenwird die Erweiterung der Werkstoffparameter hinsichtlichverschiedener Temperaturen erschließen. Aufbauend auf

Tabelle 5. Übersicht Spannungs-Dehnungs-BeziehungTable 5. Overview stress strain conditions

snom = F/A0= 1 N/mm2

Dehnung Dl/l0 122 % ª 4,7 % ª 2,6 %

Maximum sx bzw. saxial

2,22 N/mm2 1,86 N/mm2 1,41 N/mm2

Maximum sy bzw. sradial

0 N/mm2 1,80 N/mm2 1,38 N/mm2

Maximum sz bzw. stangential

0 N/mm2 1,80 N/mm2 1,38 N/mm2

Zunehmende Querkontraktions-

behinderung

Bild 29. Berechnung für Punkthalter, BeckerFig. 29. Analysis point support, Becker

Bild 30. U-förmige Verklebung, Spannung in Belastungs-richtung, HaglFig. 30. U-shaped bonding, stress in load direction, Hagl

Bild 31. Zerstörter Punkthalter, ZugversuchFig. 31. Failed point support, tension test

den im Rahmen der bisherigen Aktivitäten erlangten Er-fahrungen wird sich die Arbeitsgruppe künftig auch mitDuromer-Verklebungen – den sogenannten „hochfesten“Verklebungen – beschäftigen.

DanksagungDie Autorin bedankt sich bei den Mitgliedern des FKG fürdie Bereitstellung der Rahmenbedingungen einschließlichder finanziellen Förderung des Forschungsvorhabens, beiden Vertretern der beteiligten Institute, Herrn Prof. Weller,

Herrn Prof. Feldmeier und Herrn Prof. Bucak, für dieDurchführung der Werkstoffversuche zu Sonderkonditio-nen und für deren engagierte Mitarbeit innerhalb der Ar-beitsgruppe. Den Mitgliedern der „Arbeitsgruppe Kleben“gebührt Dank für die fruchtbare Zusammenarbeit und dieMitwirkung an dieser Veröffentlichung. An dieser Stellesind auch die beiden Klebstoffhersteller Dow Corning undSika zu nennen, die kostenlos Versuchskörper bereitgestellthaben und jederzeit mit Rat und Tat zurVerfügung standen.

Literatur

[1] Endlich, W.: Kleben und Dichten – aber wie? Leitfaden fürden Praktiker, Schweißtechnische Praxis, Band 32. Düsseldorf:Deutscher Verlag für Schweißtechnik DVS-Verlag GmbH,1996.

[2] EOTA (European Organisation for Technical Approvals),ETAG No. 2 Guideline for European Technical Approval forStructural Sealant Glazing Systems, Brüssel, 1998.

[3] Hagl, A.: Synthese aus Glas und Stahl: Die Herz-Jesu-Kir-che München. Stahlbau 71 (2002), S. 498–506.

[4] Krüger, G., Völkel, G. E., Wohlfahrt, R.: Untersuchung derBeanspruchung in der Klebefuge eines Structural-Glazing-Elementes. FMPA, Stuttgart, 1992.

[5] DIN 53504, Prüfung von Kautschuk und Elastomeren. [6] Holzapfel, G. A.: Nonlinear Solid Mechanics. A Continuum

Approach for Engineering. Chichester/Weinheim/New York/Brisbane/Singapore/Toronto: J. Wiley & Sons, Ltd., 2001.

[7] Hahn, H. G.: Elastizitätstheorie, Stuttgart: B. G. Teubner,1985.

[8] Parisch, H.: Festkörper-Kontinuumsmechanik. Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden: B. G. Teubner, 2003.

[9] Kuhlmann, U. (Hrsg.): Stahlbaukalender 2005, A. Hagl,Kleben im Glasbau. Berlin: Ernst & Sohn.

[10] Hagl, A.: Durability by Design: Load Carrying SiliconeBonding, Herz-Jesu-Church, Munich, Durability of Buildingand Construction Sealants and Adhesives, Paper ID JA/11601,A. T. Wolf, Ed, STP 1453, American Society for Testing andMaterials, West Conshohocken, 2004.

Autorin dieses Beitrages:Dipl.-Ing. (FH) Anneliese Hagl, Geschäftsführerin der A. Hagl Ingenieurgesellschaft mbH, Bodenseestraße 217, 81243 München

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Bild 34. Nachrechnung Schrägzugversuch, HaglFig. 34. FE-analysis shear-tension test, Hagl

Bild 33. Versuchsergebnisse Schrägzugversuch mit unter-schiedlichen VersuchsgeschwindigkeitenFig. 33. Test results of combined shear-tension tests for dif-ferent load rates

Bild 32. Versuchsaufbau für SchrägzugversuchFig. 32. Test configuration for shear-tension test

die innovation – kleben – aktuelles aus der “arbeitsgruppe kleben” des fachverbandes...

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