Festigkeitsverhalten einer Klebverbindung
Blechverbindung
Werden zwei dünne Bleche überlappend verklebt, ist die Kraftverteilung
über die Länge der Klebverbindung zu betrachten. Die Bleche
längen sich durch die Krafteinwirkung. Dort, wo die Überlappung, bzw.
die Klebverbindung beginnt, wird ein Teil der Zugkraft durch
die Klebverbindung auf das andere Blech übertragen. Jetzt wirkt auf das
Ende nur noch ein Teil der Gesamtzugkraft.
Weil an
dieser Stelle auf
dem krafteinleitenden Blech eine wesentlich größere Kraft wirkt als auf
dem
gegenüberliegenden Abschnitt entsteht durch die
unterschiedliche Längung eine Spannung in der Klebfuge,
da sie die Längendifferenz ausgleichen muss. Die Schubspannung ist,
über die Länge betrachtet, an den Enden der
Klebverbindung am größten.
Spannungsverlauf in der Blechverbindung
Die
maximale Größe der Spannung hängt von den Eigenschaften des Klebstoffes
ab diese Längenunterschiede auszugleichen. Bei einem spröden
Klebstoff ist die Spannung an den Krafteinleitenden Enden sehr groß, da
die Klebfläche einen großen Anteil Zugkraft aufnimmt. Bei einem
elastischen Klebstoff, kleines Schubmodul, wird die Kraft "weicher"
übertragen.
Spannungsverlauf Kleber
mit unterschiedlichem Schubmodul
Es kann sein, dass an den Enden der Klebfläche die maximal zulässige
Schubspannnung bereits überschritten wurde, während der Rest der
Klebverbindung noch weit davon entfernt ist. Die Klebverbindung fängt
an sich von den Seiten zu lösen. Nun wandert der überlastete
Bereich
weiter zur Mitte bis auch hier die Verbindung reißt bis schießlich die
komplette Klebverbindung die Haltbarkeit verliert.
Wenn man die Klebverbindung nach der Formel
nachrechnet wäre herausgekommen, dass die vorhandene Schubspannung
kleiner als die zulässige Spannung ist und die Klebverbindung hätte
halten müssen.
Mögliche Lösungen für das
Problem sind
entweder ein in sich elastischer Klebstoff mit einem geeigneten
Schubmodul oder die Anfasung der
Blechenden die eine sanftere Krafteinleitung ermöglichen.
Duktile Klebstoffe sind am
geeignetsten für das Verkleben von dünnen Blechen und haben
ein Schubmodul zwischen 300 und 600 MPa.
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Bei einer Welle-Nabe Verbindung die auf Torsion beansprucht wird,
besteht ebenfalls das Problem der Spannungsspitzen im Übergangsbereich
wie oben
bei der Blechverbindung beschrieben. Eine auf Torsion beanspruchte
Welle
unterliegt immer einer Verdrehung. Die Nabe ist meist sehr steif
ausgelegt, so dass auch hier ein unterschiedlicher Verdrehwinkel
zwischen Welle und Nabe durch den Klebstoff ausgeglichen werden muß.
Durch eine konische
Gestaltung der Nabe wird der Übergangsbereich am Anfang der Nabe
weicher, da auch sie hier einer größeren Torsion unterliegt. Die Nabe
muß sich auf der krafeinleitende Seite der Welle befinden.
