DIN 53295 Prüfung von Sandwichstrukturen – Schälprüfung mit Trommelunterstützung

Die vom Deutschen Institut für Normung (DIN) herausgegebene Norm „DIN 53295 Prüfung von Sandwichstrukturen – Schälprüfung mit Trommelhilfsmittel“ beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Schälfestigkeit von Klebeverbindungen in Sandwichstrukturen. Sandwichstrukturen bestehen typischerweise aus zwei dünnen, starren Deckschichten (z. B. Aluminium oder Verbundwerkstoffschichten), die mit einem leichten Kernmaterial (z. B. Wabenkern, Schaumstoff oder Balsaholz) verklebt sind. Diese Werkstoffe finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, im Schienenfahrzeugbau, bei Bauplatten und in anderen Branchen, in denen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erforderlich ist.

Diese Norm konzentriert sich auf die Bewertung der Haftung des Klebstoffs zwischen Deckschicht und Kern unter Schälkräften. Mangelhafte Haftung kann zu Delamination führen, einem kritischen Versagensmechanismus bei Sandwichplatten. Der Test liefert ein quantitatives Maß für die Klebequalität, typischerweise ausgedrückt als Schälmoment (Drehmoment pro Einheitsbreite) oder durchschnittliche Schälkraft.

Bei diesem Verfahren wird eine spezielle Vorrichtung verwendet, die als Klettertrommel (oder Trommelabziehvorrichtung) bezeichnet wird. Das Funktionsprinzip des Tests ist wie folgt:

• Probenvorbereitung: Es wird eine rechteckige Sandwichprobe hergestellt (typische Abmessungen ca. 75 mm breit x 300 mm lang, genaue Abmessungen sind in der Norm definiert). Eine Oberflächenschicht wird an einem Ende teilweise vorgeschnitten oder gelockert, um die Haftung zu gewährleisten.
• Versuchsaufbau: Die Probe wird so positioniert, dass die gelöste Oberflächenschicht um die Mitte einer zylindrischen Trommel gewickelt und komprimiert wird. Die Trommel verfügt über Flansche oder Endplatten zur Führung der Wicklung. Flexible Spannbänder werden unter der Trommelhalterung angebracht und mit dem unteren Querbalken einer Universalprüfmaschine verbunden.
• Vorgehensweise: Das andere Ende der Probe (noch befestigt) wird von oben gehalten. Während die Riemen der Prüfmaschine nach oben ziehen, dreht sich die Trommel und gleitet entlang der Probe. Dadurch wird die Oberflächenschicht kontrolliert vom Kern abgelöst, was einen 180-Grad-Abziehvorgang mit Momentbelastung anstelle reiner Zugkraft simuliert.
• Messung: Die zum Ablösen der Oberflächenschicht erforderliche Kraft wird kontinuierlich erfasst. Das grundlegende Ergebnis ist üblicherweise das mittlere Ablösemoment über eine definierte Ablöselänge, berechnet aus dem durch die aufgebrachte Kraft erzeugten Drehmoment und dem Trommelradius. Das Steigtrommelverfahren ist vorteilhaft, da es einen relativ konstanten Ablösewinkel vorgibt und den Einfluss der Biegesteifigkeit der Oberflächenschicht im Vergleich zu einfacheren planaren Ablöseversuchen reduziert.

Die Norm DIN 53295 steht in engem Zusammenhang mit anderen internationalen Normen für den gleichen oder einen ähnlichen Test zur Abschälung von Klettertrommeln und wird häufig zusammen mit diesen zitiert:

• EN 2243-3 Luftfahrtreihe – Strukturklebstoffe – Prüfverfahren – Teil 3: Schälprüfung mit Steigtrommel
• ASTM D1781 Klettertrommel-Schältestverfahren für Klebstoffe

Viele moderne Testaufbauten sind so konzipiert, dass sie alle drei Standards gleichzeitig erfüllen.

Die Norm DIN 53295 wird auch in den letzten Jahren weiterhin aktiv in Spezifikationen für Prüfgeräte, Forschungsarbeiten (z. B. über Aluminium-Schaumkerne oder verstärkte vorgefertigte Fachwerk-Sandwiches) und industriellen Anwendungen zitiert.

Kurz gesagt, basiert die Norm DIN 53295 auf der Messung der Kraft, die erforderlich ist, um die Beschichtungsschicht unter einem bestimmten Winkel und mit einer bestimmten Geschwindigkeit vom Kern abzulösen.

Eine Sandwichstruktur besteht typischerweise aus drei Schichten:

• Deckschicht: Metall-, Verbund- oder Kunststoffplatte.
• Kern: Der Kern besteht aus Wabenkern, Schaumstoff oder leichtem Füllmaterial.
• Grundierung: Sorgt zusammen mit der Deckschicht für Biegefestigkeit.

Diese Konstruktion bietet den Vorteil einer hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Bauwesen und der Schifffahrt.

Die Norm DIN 53295 dient zur Bewertung der folgenden Eigenschaften:

• Haftfestigkeit zwischen Beschichtung und Kern
• Klebstoffleistung
• Produktionsqualität
• Delaminierungsbeständigkeit

Es ist insbesondere für die Qualitätskontrolle sowie für Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten von großer Bedeutung.

Der Testprozess umfasst im Wesentlichen folgende Schritte:

• Die Beschichtungsschicht wird so vorbereitet, dass ein Ende vom Kern getrennt ist.
• Die Probe wird in die Probenentnahme- und Testmaschine gegeben.
• Die Beschichtungsschicht wird typischerweise in einem 90-Grad-Winkel abgezogen.
• Der Zug erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit.
• Die beim Schälen benötigte Kraft wird gemessen.

Das Ergebnis wird üblicherweise wie folgt ausgedrückt: Schälfestigkeit = Kraft / Probenbreite.

Die Norm legt typischerweise die folgenden Probenmerkmale fest:

• Eine Probe mit einer bestimmten Breite (z. B. 25 mm)
• Definierte Schällänge
• Kontrollierte Testgeschwindigkeit
• Umgebungsbedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit)

Folgende Informationen werden nach dem Test gemeldet:

• Durchschnittliche Schälkraft
• Maximale Kraft
• Frakturtyp:
• Adhäsionsruptur
• Kohäsionsbruch
• Nuklearer Bruch

Die Art des Bruchs ist entscheidend, um festzustellen, ob er auf einen Herstellungsfehler oder eine Materialschwäche zurückzuführen ist.

Die Norm DIN 53295 findet insbesondere in folgenden Bereichen Anwendung:

• Luftfahrt-Panels
• Leichte Bauelemente mit Verbundverkleidung.
• Verklebte Aluminium-Wabenplatten
• Teile für die Innenausstattung von Fahrzeugen

Die Norm DIN 53295 gilt aus folgenden Gründen als wichtig:

• Es verbessert die Produktzuverlässigkeit.
• Es hilft dabei, die langfristige Performance vorherzusagen.
• Dadurch werden die Ergebnisse verschiedener Hersteller vergleichbar.
• Sie bildet die Grundlage für internationale Qualitätsanforderungen.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm DIN 53295 an.