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Der Entwurf von Klebeverbindungen mit besonderer Festigkeit

Beim Übergang von einer traditionellen mechanischen oder thermischen Befestigungsmethode zu einer Klebeverbindung ist es häufig erforderlich, die Verbindung neu zu konstruieren, damit sie den Zug-, Druck- und Scherbelastungen besser entspricht, und um die Spaltbruch- und Schälspannungen zu beseitigen. Es gibt einige gebräuchliche Verbindungskonfigurationen, die sich sehr gut für eine mechanische oder thermische Befestigung eignen, aber bei der Verwendung eines Klebstoffs verändert werden sollten.

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Die Verbesserung der Festigkeit bei Klebe-Stoßverbindungen

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Bild einer I-Stoß-Klebeverbindung und eines verbesserten Designs, der Nut-und-Feder-Klebeverbindung
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Stoßverbindungen sind häufig beim Schweißen von zwei zylinderförmigen oder rechteckigen Rohren üblich. Die Belastung wirkt dabei hauptsächlich als Spaltbelastung. Aber es kann auch Zugspannung auftreten, wenn die Rohre auseinandergezogen werden. Die Spaltkräfte, die auf eine Stoßverbindung wirken, machen diese für eine Klebeverbindung nicht gut geeignet. Daher sollten Verbindungsmodifikationen vorgenommen werden, wenn Klebstoffe für diese Montagen in Betracht gezogen werden.

Bei Zylinder-in-Zylinder-Verbindungen handelt es sich um Modifikationen von Stoßverbindungen, bei denen ein Zylinder mit kleinem Durchmesser in eine hohlen Zylinder mit größerem Durchmesser eingeführt wird. Bei diesem neuen Design befindet sich der Klebstoff in einer Ebene mit der Scherkraft und die Spaltkräfte werden durch den mechanischen Verschluss der Rohre abgemildert. Die Klebefläche lässt sich auf recht einfache Weise optimieren, indem man die Durchmesser der Rohre oder die Überlappungslänge der Verbindung anpasst. Bei Anwendungen in der Holzverarbeitung ist die Nut-und-Feder-Verbindung eine übliche Methode, um sich die mechanische Festigkeit des Holzes und die Überlappscherfestigkeit des Klebstoffes gleichermaßen zu Nutze zu machen.

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Verstärken Sie T-Verbindungen durch Zapfenverbindungen

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Bild einer T-, Eck- und einer festeren Zapfenklebeverbindung
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T-Verbindungen werden sehr häufig beim Zusammenschweißen zweier Komponenten verwendet und sind ein vertrauter Anblick, wenn mechanische Trägermittel für die senkrechte Montage verwendet werden. Wenn eine Belastung auf diese Verbindungen wirkt, handelt es sich dabei großteils um Spaltbelastung über einen langen Hebel. Für eine Verklebung ist eine derartige Verbindung sehr schwach.

Um T-Verbindungen zu verbessern, werden diese häufig zu Zapfenverbindungen umgestaltet. Mit dieser neuen Konstruktion wirkt sich die selbe Belastung nun als Scher-, Spann- und Druckkraft auf den Klebstoff aus, während der mechanische Zusammenschluss die Verbindung noch weiter festigt. Wenn Zapfenverbindungen keine praktikable Lösung darstellen (wie zum Beispiel bei vielen Anwendungen in der Metallverarbeitung), kann die Einarbeitung eines Flansches in das senkrechte Werkstück einen Teil der Spaltbelastung in Scherspannung umwandeln, während zugleich die Kontaktfläche für den Klebstoff vergrößert wird.

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Verbessern Sie die Konfigurationen bei Eckverbindungen

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Bild einer Eck- und einer Gehrungsverbindung sowie einer festeren Keilzinkenverbindung
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Gehrungsverbindungen kommen bei vielen Anwendungen zum Einsatz. Wenn Kraft auf sie einwirkt, zeichnen sie sich durch ein gewisses Maß an mechanischer Festigkeit aus. Aber es wirkt auch viel Spaltbelastung von außerhalb der Ebene auf den Hebelarm. Ähnlich wie T-Verbindungskonstruktionen sind diese Verbindungen beim Einsatz von mechanischen oder thermischen Befestigungsmethoden sehr fest und widerstandsfähig.

Genauso wie T-Verbindungen können auch Eckverbindungen gefestigt werden, indem man einen Verzahnungsmechanismus wie eine Keilzinkenverbindung hinzufügt, um die Belastungen so zu verteilen, dass sie in einer Ebene mit dem Klebstoff wirken. Wie bei anderen Verbindungen, die sich für Klebstoffe eignen, wird hier die Spaltbelastung in Scherspannung umgewandelt, während die mechanischen Vorteile der Ständerbauweise beibehalten werden.

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Klebeverbindungen für die Nebeneinanderbefestigung von Platten

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Bild einer I-Stoß- und einer festeren Überlappungsverbindung
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I-Stoßverbindungen werden häufig beim Schweißen verwendet, um zwei Platten nebeneinander zu montieren. Verbindungselemente mit Keilverzahnung werden verwendet, um zwei große Paneele wie Laminat-Arbeitsplatten in der Holzbearbeitung zusammenzuhalten.

Diese Verbindungskonstruktionen reichen oft für eine thermische oder mechanische Befestigung aus. Aber ähnlich wie bei Rohr-in-Rohr-Verbindungen wirkt dabei eine übermäßige Belastung auf den Klebstoff. Überlappungsverbindungen gehören zu den häufigsten im industriellen Bereich eingesetzten Klebeverbindungen – ob nun zum Zusammenfügen zweier Platten, um Paneele an einem Rahmen zu befestigen oder um Klebstoffe und Klebebänder für Forschungs- und Entwicklungs- beziehungsweise Designzwecke zu vergleichen. Die Spaltbelastung einer I-Stoßverbindung wirkt bei ihnen hauptsächlich als Scherbelastung, die über die ganze Klebefläche verteilt ist. Eine gewisse Spaltbelastung kann allerdings immer noch vorhanden sein.


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