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Klebeverbindungen mit geringer Belastung

Bei der Optimierung von Klebstoff- und Klebebandverbindungen sind Kompromisse erforderlich. Der Material- und Bearbeitungsaufwand sowie die Umsetzbarkeit spielen bei der „Optimierung“ eine wichtige Rolle. Die zwei untenstehenden Beispiele demonstrieren, wie bei der Optimierung von Klebeverbindungen die Festigkeit gegenüber Aufwand und Kosten abgewogen werden sollte.

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Eckverbindung

Diese Grundkonstruktion mit einer rechtwinkeligen Stoßverbindung ist für eine Verklebung nicht ideal. Hauptsächlich wirkt hier eine Spaltbelastung, was sich bei einer Klebeverbindung sehr nachteilig auswirken kann. Bei der Modifikation der Grundkonstruktion wird eine zusätzliche Komponente hinzugefügt, um die Verbindung der ursprünglichen Substrate zu verstärken. Dadurch wird ein Teil der Spaltbelastung in eine Scherbeanspruchung umverteilt und die Verbindung gestärkt. Eine mechanische Komponente zur äußeren Verstärkung kann außerdem vor Stoßeinwirkungen schützen. Allerdings erfordert diese Verbindung ein zweites Materialstück und würde zudem einen zweistufigen Verklebungsprozess nötig machen.

Ein weiterentwickeltes Design, verbessert sowohl die Leistungsfähigkeit als auch den Montageprozess. Es ist besser als die zweite Konstruktion, da die Verbindung nun keine zusätzlichen Teile oder Arbeiten erfordert. Diese Verbindung erfordert nur zwei Materialstücke mit minimalem Bearbeitungsaufwand und kann in einem Arbeitsschritt montiert werden. Sie ist zudem stärker als die anderen Konstruktionen, denn die Spaltkräfte werden komplett durch eine Kompressionskraft ersetzt – also jene Art von Belastung, der eine Klebeverbindung am besten standhält.

  • Eine Animation zeigt eine Eckverbindung bei Spaltbelastung.

    Eckverbindung unter Spaltbelastung

    Diese Grundkonstruktion mit einer rechtwinkeligen Stoßverbindung ist für eine Klebeverbindung am wenigsten geeignet. Hauptsächlich wirkt hier eine Spaltbelastung, was sich bei einer Klebeverbindung sehr nachteilig auswirken kann.

  • Die Animation zeigt eine verstärkte Eckverbindung.

    Verstärkte Eckverbindung

    Bei der Modifikation der Grundkonstruktion wird eine zusätzliche Komponente hinzugefügt, um die Verbindung der ursprünglichen Substrate zu verstärken. Dadurch wird ein Teil der Spaltbelastung in eine Scherbeanspruchung umverteilt und die Verbindung gestärkt. Eine mechanische Komponente zur äußeren Verstärkung kann außerdem vor Stoßeinwirkungen schützen. Allerdings erfordert diese Verbindung ein zweites Materialstück und würde zudem einen zweistufigen Verklebungsprozess nötig machen.

  • Die Animation zeigt eine optimale Eckverbindung mit einer verbesserten Konstruktion für Ausführung und Produktion.

    Optimale Eckverbindungskonstruktion

    Ein weiterentwickeltes Design, verbessert sowohl die Leistungsfähigkeit als auch den Montageprozess. Sie ist besser als die zweite Konstruktion, da die Verbindung nun keine zusätzlichen Teile oder Arbeiten erfordert. Diese Verbindung erfordert nur zwei Materialstücke mit minimalem Bearbeitungsaufwand und kann in einem Arbeitsschritt montiert werden. Sie ist zudem stärker als die anderen Konstruktionen, denn die Spaltkräfte werden komplett durch eine Kompressionskraft ersetzt – also jene Art von Belastung, der eine Klebeverbindung am besten standhält.


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Überlappungsverbindung

Bei einer Überlappungsverbindung wirken auf den Klebstoff normalerweise Scherkräfte ein – eine Belastung, der Klebstoffe gut standhalten können. Im Idealfall wirken auf eine Klebeverbindung immer Scherkräfte ein. Aber was geschieht, wenn die Überlappungsverbindung unter eine Spaltbelastung gerät oder die Scherkräfte nicht perfekt in einer Ebene wirken?

Eine einfache Überlappungsverbindung, auch wenn sie häufig bei Verklebungen zum Einsatz kommt, bietet möglicherweise nicht immer die erforderliche Festigkeit. Eine einzelne Überlappungsverbindung ist oft Scherkräften ausgesetzt. Wenn sich die Verbindung jedoch ausdehnt, wirken diese Scherkräfte nicht mehr völlig in einer Ebene und wandeln sich zu einer Spaltbelastung. Dadurch konzentriert sich ein Teil der Belastung auf die Vorderkanten der Überlappungsverbindung.

Um die Verbindung zu verbessern, kann bei einem der Substrate eine gefalzte Überlappungsverbindung konstruiert werden, wodurch die Belastung in einer Ebene gehalten wird, sodass nun verstärkt Scherkräfte auf den Klebstoff wirken. Der Klebstoff befindet sich dabei jedoch ein wenig außerhalb der Ebene, in der die Belastung auftritt, wodurch diese bei der Ausdehnung der Verbindung immer noch teilweise als konzentrierte Spaltbelastung wirken kann.
Eine weitere Verbesserung stellt eine Verbindung mit „Doppelüberlappung“ dar. Dabei werden beide Substrate so konstruiert oder geformt, dass sie sich gegenseitig überlappen. Dadurch bleiben Belastung und Klebstoff beim Wirken der Scherkräfte in einer Ebene. Sollten jedoch Spaltbruchkräfte auf den Hebelarm der Konstruktion wirken, kann es immer noch zu einer gewissen Belastungskonzentration kommen.

  • Animation einer Überlappungsverbindung bei Scherbeanspruchung und Spaltbelastung

    Überlappungsverbindung bei Scherbelastung und Spaltbelastung

    Eine einfache Überlappungsverbindung, auch wenn sie häufig bei Verklebungen zum Einsatz kommt, bietet möglicherweise nicht immer die erforderliche Festigkeit. Eine einzelne Überlappungsverbindung ist oft Scherkräften ausgesetzt. Wenn sich die Verbindung jedoch ausdehnt, wirken diese Scherkräfte nicht mehr völlig in einer Ebene und wandeln sich zu einer Spaltbelastung. Dadurch konzentriert sich ein Teil der Belastung auf die Vorderkanten der Überlappungsverbindung.

  • Animation einer Überlappungsverbindung unter Scherbelastung

    Eine gefalzte Überlappungsverbindung vermindert die Spaltbelastung

    Um die Verbindung zu verbessern, kann bei einem der Substrate eine gefalzte Überlappungsverbindung konstruiert werden, wodurch die Belastung in einer Ebene gehalten wird, sodass nun verstärkt Scherkräfte auf den Klebstoff wirken. Der Klebstoff befindet sich dabei jedoch ein wenig außerhalb der Ebene, in der die Belastung auftritt, wodurch diese bei der Ausdehnung der Verbindung immer noch teilweise als konzentrierte Spaltbelastung wirken kann.

  • Animation einer Doppelüberlappungsverbindung unter Scherspannung

    Die Gerberstoß-Verbindung reduziert die Spaltbelastung noch weiter

    Eine weitere Verbesserung stellt eine Verbindung mit „Doppelüberlappung“ dar. Dabei werden beide Substrate so konstruiert oder geformt, dass sie sich gegenseitig überlappen. Dadurch bleiben Belastung und Klebstoff beim Wirken der Scherkräfte in einer Ebene. Sollten jedoch Spaltbruchkräfte auf den Hebelarm der Konstruktion wirken, kann es immer noch zu einer gewissen Belastungskonzentration kommen.
  • Animation einer Gerberstoß-Verbindung mit Überblattung

    Verwenden Sie den schrägen Gerberstoß für optimale Festigkeit

    Bei der endgültigen Überlappungsverbindung, dem Gerberstoß kommt eine „Überblattung“ hinzu. Dadurch wird die Belastung wie beim Gerberstoß in einer Ebene gehalten. Aber die „Überblattung“ sorgt nun für zusätzliche Festigkeit beim Auftreten der Spaltbelastung.

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Zusätzliche Überlegungen zur Konstruktion von Überlappungsverbindungen

Jede dieser Verbesserungen sorgt eine höhere Festigkeit und eine Normalisierung der Belastung bei einer Überlappungsverbindung. Allerdings erhöhen sich durch jede Verbesserung auch die Komplexität sowie Kosten- und Zeitaufwand. Eine weitere Überlegung betrifft die Art des Klebemittels in Bezug auf die Geometrie. Falls die Verbindung so konstruiert ist, dass eine dreidimensionale Klebstoffabdeckung erforderlich ist, wie bei der Zapfen- oder Gerberstoßverbindung, so kann oft nur Flüssigklebstoff verwendet werden. Da Klebebänder Vorteile bei der Herstellungseffizienz und bei der Durchlaufzeit bieten können, ist es wichtig, beim Entwurf einer Klebeverbindung alle Aspekte zu berücksichtigen, um sie für die jeweilige Anwendung zu optimieren.


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