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Einführung Kleben

Loctite Worldwide Design Handbook

Das Fügen mithilfe von Klebstoff bietet Vorteile gegenüber mechanischen Verfahren zum Verbinden von Bauteilen. Klebstoffe verteilen Belastungen und Spannungen über die gesamte Fügefläche und erzielen so eine gleichmäßigere Verteilung der statischen und dynamischen Belastungen, anstatt diese auf hochbeanspruchte Punkte zu konzentrieren. Klebeverbindungen sind aus diesem Grund beständiger gegen Biege- und Vibrationsbelastungen als Nietverbindungen.

Klebstoffe können Klebeverbindungen gleichzeitig abdichten und beugen so der Korrosion vor, die bei mechanischen Verbindungen auftreten kann. Klebstoffe erleichtern das Fügen unregelmäßig geformter Oberflächen und sorgen so für einfachere Verbindungen mit geringen (oder keinen) Änderungen an Abmessungen oder Geometrie der Teile.

Beim Einsatz von Klebstoffen sind natürlich einige Faktoren zu berücksichtigen. Der Klebstoff muss für die verwendeten Werkstoffe geeignet und mit dem Fertigungsverfahren kompatibel sein. Er muss zudem die erwarteten Betriebslasten übertragen und den Einsatzbedingungen standhalten. Auch die Oberflächenvorbereitung, das Auftragungsverfahren und die Aushärtesysteme sind zu beachten – wie auch die zeitlichen Faktoren und die Kosten zu berücksichtigen sind.

Dieser Abschnitt will die Parameter von Klebstoffen erläutern, die der richtigen Auswahl und der erfolgreichen Anwendung zugrunde liegen.

Fügen ebener Flächen

Die drei wichtigsten Verbindungsarten sind:
  • Mechanische Verbindung – mit Schrauben und Nieten
  • Thermische Verbindung – durch Schweißen, Hartlöten und Weichlöten
  • Chemische Verbindung – mit Klebstoffen
Abb. 91: Spannungsverteilung in Schweiß-, Niet- und Klebeverbindungen

Mechanische Verbindung

Eine Schraubenverbindung ist die ideale Verbindungsmethode, wenn ein häufiges, problemloses Lösen der Verbindung erforderlich ist. Schraubenverbindungen sind außerdem normalerweise sehr zuverlässig. Sie können sich jedoch unter bestimmten Umständen lockern und sollten, wie im Kapitel „Schrauben sichern“ beschrieben, gesichert werden.

Bei Schrauben- oder Nietverbindungen müssen Bohrungen angebracht werden, die zur Schwächung der Bauteile führen. Im Bereich der Bohrungen entstehen Spannungsspitzen, wenn die Verbindung Belastungen ausgesetzt ist. Dies kann in einigen Fällen zu einer vorzeitigen Ermüdung des Materials führen (siehe Abb. 91). Deshalb muss bei der Verwendung solcher Verbindungselemente die Materialstärke erhöht werden, damit die erforderliche Stabilität gewährleistet ist. Außerdem wird durch Schrauben- bzw. Nietlöcher die Korrosionsgefahr erhöht. Aus diesem Grund ist häufig ein zusätzliches Abdichten oder ein Schutz des Werkstoffs erforderlich. Dies ist zumeist kompliziert und kostspielig. Werden unterschiedliche Metalle miteinander verbunden, können Kontaktkorrosion und unterschiedliche thermische Ausdehnung auftreten.

Thermische Verbindung

Geschweißt oder gelötet können normalerweise nur ähnliche Werkstoffe werden. Diese Verbindungen können nicht mehr oder nur unter sehr großen Schwierigkeiten gelöst werden. Während der Schweiß- und Lötvorgänge treten sehr hohe Temperaturen auf, die unerwünschte Spannungen verursachen. Dadurch können Bauteile versagen (siehe Abb. 91) und das Metallgefüge kann beschädigt werden.

Abb. 92: Kontaktkorrosion

Klebeverbindungen

Klebeverbindungen erweitern den konstruktiven Spielraum, da sie folgende Vorteile bieten:
Gleichmäßige Spannungsverteilung:
Spannungsspitzen aufgrund von Bohrungen entfallen (s. Abb. 91).
Keine Schädigung der Werkstoffe:

Die Eigenschaften der Werkstoffe werden nicht beeinträchtigt, wie es bei Schweißvorgängen der Fall sein kann.

Kein Fügeteilverzug: Da die Teile nicht wie beim Schweißen erwärmt werden, können Bauteile unterschiedlicher Masse und Größe problemlos gefügt werden.

Kombination unterschiedlicher Werkstoffe:

Ermöglicht es Konstrukteuren, Werkstoffe so auszuwählen und zu kombinieren, dass deren Eigenschaften optimal genutzt werden.

Abdichten von Trennfugen:

Klebstoffe wirken auch als Dichtungen. Schrauben- und Nietverbindungen erfordern häufig Abdichtungsmaßnahmen und dies bedeutet zusätzliche Arbeit und Kosten.

Isolation:
Metalle mit unterschiedlichen elektrochemischen Eigenschaften können gefügt werden. Korrosion, Reiberosion und Passungsrost werden vermieden (s. Abb. 92).
Geringere Anzahl an Bauteilen:

Stifte, Schrauben, Nieten und Klemmen sind überflüssig.

Verbesserte Produkterscheinung:

Klebeverbindungen bieten ein geschlossenes Erscheinungsbild. Anders als bei Schweißnähten sind die Verbindungsstellen nach dem Fügen nicht mehr sichtbar. Dieser Vorteil bietet Konstrukteuren viele Möglichkeiten, das Aussehen eines Produktes zu verbessern.

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