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Maschinenelemente 1 - Richtlinien zur Gestaltung von Klebeverbindungen

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Maschinenelemente 1

Richtlinien zur Gestaltung von Klebeverbindungen

Inhaltsverzeichnis

Im Gegensatz zu Lötverbindungen gibt es bei Klebeverbindungen einige besondere Faktoren die es zu beachten gilt.

Unter dem Gesichtspunkt der möglichst reinen Schubspannung gilt für Klebeverbindungen die Regel:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Wegen des Wirkprinzips von Adhäsion und Kohäsion in Klebeverbindungen sind diese so zu gestalten, dass sie möglichst nur einer Zug- oder Druckbeanspruchung oder aber einer Scherbeanspruchung unterliegen.  Biege- und Schälbeanspruchungen sind hingegen zu vermeiden.  

Ferner gilt:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Die Fügefläche bzw. die Klebefuge sollten hierzu vorwiegend in die Richtung der angreifenden Kräfte gelegt werden. 

In der nachfolgenden Abbildung sehen Sie, dass bei einer ungünstigen Konstruktion in der Klebstoffschicht bereits bei geringen Beanspruchungen hohe Spannungsspitzen auftreten. Diese führen letztlich zum Einreißen der Klebefuge. 

Ungünstige Klebeverbindung im Belastungsfall
Ungünstige Klebeverbindung im Belastungsfall

Am eingezeichneten Spannungsverlauf können Sie sehen, dass besonders im linken Bereich der Klebeverbindung hohe Belastungen auftreten. Diese Schälbeanspruchung führt, wie der Name bereits verrät zu einem Abschälen der oberen Werkstoffs vom unteren Werkstoff. 

In der nächsten Abbildung ist zu sehen, dass auch bei einfachen überlappten Verbindungen eine Schälbeanspruchung auftreten kann:

Ungünstige Klebeverbindung im Belastungsfall
Ungünstige Klebeverbindung im Belastungsfall

Um dieses Problem zu umgehen, empfiehlt sich eine konstruktive Anpassung der Verbindung wie es nachfolgend dargestellt ist:

Verbesserte Klebeverbindung im Belastungsfall
Verbesserte Klebeverbindung im Belastungsfall

Soll neben der Schälbeanspruchung zudem keine Biegebeanspruchung mehr auftreten, so empfiehlt sich die nachfolgende Konstruktion für eine Klebeverbindung.

Konstruktion einer Klebeverbindung ohne Biegebeanspruchung
Konstruktion einer Klebeverbindung ohne Biegebeanspruchung

Überlappung

Bei einer Überlappungsverbindung [siehe Abbildung unten] ist die Überlappungslänge $ l_ü $ der Klebeverbindung in Abhängigkeit von der Dicke $ s $ des dünneren Werkstoff zu wählen.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Überlappungsverhältnis: $ UV = \frac{l_ü}{s} $
Überlappungsverhältnis einer Klebeverbindung
Überlappungsverhältnis einer Klebeverbindung

In der nachfolgenden Tabelle sehen Sie hierzu eine Übersicht für ausgewählte Werkstoffe:

WerkstoffÜberlappungsverhältnis $\frac{l_ü}{s} $ :
Stahl7,5-15
Al-Legierung5 - 10
Einfache Kunststoffe2 - 4
Verstärkte Kunststoffe5 - 10

Beispiel:

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Es liegt eine Klebeverbindung von zwei verstärkte Kunststoffplatten vor. Die eine Platte hat eine Dicke von  $ 3 cm $ und die andere Platte eine Dicke von $ 6 cm $. Wie ist nach der Tabelle die Überlappungslänge zu wählen, wenn man von einem vorgegebenen Überlappungsverhältnis mit dem Wert 8 ausgeht. 

Ausgehend von der Gleichung $\ UV = \frac{l_ü}{s} $ 

erhält durch Auflösung der Gleichung nach $ l_ü $:

$\rightarrow l_ü = UV \cdot s = 8 \cdot 3 cm = 24 cm $

Die beiden Platten sollten sich mindestens 24 cm überlappen.

Hinweis

Hier klicken zum Ausklappen Mit diesem Beispiel schließen wir den Abschnitt der stoffschlüssigen Verbindungen ab und wenden uns nun den formschlüssigen Verbindungen zu.