Auslegung von elastischen Klebverbindungen unter klimatischer Wechselbeanspruchung

Die Beplankung von metallischen Rahmenstrukturen mit Schubfeldern aus verschiedenen Werkstoffen, wie Faserverbundkunststoffen, Aluminium oder auch Glas, bietet im Automobil-, im Nutz- und im Schienenfahrzeugbau sowie im Bauwesen, eine kosteneffiziente Alternative zur Konstruktion von leichten und zugleich hochfesten Strukturen. Eine Herausforderung besteht darin, die Einzelkomponenten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten so zu verbinden, dass Relativ-verschiebungen, die durch Temperaturänderungen während der Nutzungsdauer auftreten, ausgeglichen werden. Besonders eignen sich dafür Dickschichtklebungen (1 - 6 mm) mit elastischen Polyurethanklebstoffen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Auslegungsmethode für elastische Klebverbindungen unter klimatischer Wechselbelastung entwickelt, die sowohl Hinweise zur Dimensionierung der Klebschicht, als auch eine Prüfvorschrift enthält. Aufbauend auf umfangreichen Versuchen zur Klebschichtgeometrie, zu unterschiedlichen Fügeteilwerkstoffen und abweichenden Klimabedingungen wurde das zeitabhängige Materialverhalten der elastischen Klebschicht näher untersucht und beschrieben. Dazu wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen unter drei verschiedenen Belastungsformen, d. h. quasistatisch, statisch und zyklisch durchgeführt. In diesen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die reale betriebsbedingte zyklisch wechselnde Relativverschiebung durch die Kombination von temperaturabhängigen quasistatischen Versuchen mit zeitabhängingen statischen Versuchen prognostiziert werden kann. Zur Validierung wurde eine neuartige Prüfmethodik entwickelt, welche in der Lage ist, die reale ∆α-Problematik im Labormaßstab abzubilden. Die Vorgehensweise zur Ermittlung der für die Auslegung von elastischen Klebverbindungen notwendigen Kennwerte wurde abschließend zusammengefasst. Zudem wurde eine Methode entwickelt, den Prüfaufwand zur Bestimmung des temperatur- und ratenabhängigen Schubmoduls durch die Nutzung von Daten aus der Dynamisch-Mechanischen-Analyse deutlich zu reduzieren.