-
Klebverbindung zwischen hochbeanspruchten Konstruktionsteilen Bei
Klebverbindungen von Profilteilen, .Muffenverl>indungen von Rohren, Stift- oder
Zapfenverhindungen u. dgl. bereitet es bekanntlich Schwierigkeiten, den Klebstoff
auf den hierfür vorgesehenen Klebflächen so zu verteilen, daß in der zusammengesetzten
Verbindung das Vorhandensein einer möglichstzusammenhängenden,gleichmäßigen Klebstottschicht
gewährleistet ist. Diese Schwierigkeit nimmt zu, je größer die geforderte Klebfläche
sein muß bzw. je größer die Einstecklänge bei Mutienverbindungen ist. Gerade bei
hochbeanspruchten Klebverbindungen, die relativ große Klebflächen bedingen, wächst
die Unsicherheit der Einbringung der notwendigen Klebmittel. Ist vor <lern Zusammenfügen
der Teile die Klebfläche des Einsteckteils mit (lern Bindemittel versehen, so streift
sich beim Zusammensetzen ein großer Teil des Klebmittels an der Jiußeren Stirnflärhe
der Muffe ab, und durch die reibende Berührung der Flächen aneinander wird der Teil
.der Klebflächen, der sich im zusammengesetzten Zustand am weitesten imun befindet,
keine oder nur noch geringe Spuren des aufgebrachten Klebstoffs aufweisen. Wird
andererseits nur die Innenfläche der Muffe vor dem Zusammenfügen mit Klebmittel
bedeckt, so befinden sich im zusammengefügten "Zustand die "hone mit der geringsten
Wahrscheinlichkeit genügender Klebmittelbenetzung gegen das Ende des äußeren Verbindungsteils
und eine Anhäufung abgestreiften Klebmittels außerhalb der eigentlichen Verbindung
vor .dem Ende des inneren Verbindungsteils. Durch Benetzen beider Flächen, also
von Muffen- und Innenteilklebflärhe mit Klebmittel vor dem Zusammenfügen der Teile,
wird zwar die Wahrscheinlichkeit genügender Klebmittelbenetzung an den leiden Etroden
der Klebzonen erhöht, aber
auch der Anfall von unbrauchbarem Klebmittel.
an beiden Stirnseiten' verdoppelt sich ohne ausreichende Gewähr für genügende Klebinittelverteilung
in der Mittelzone. Bei hochbeanspruchten Muffenverbindungen ergeben sich auf Grund
größerer Klebflächen auch längere Muffen, oder durch engere Passungen wird ein besserer
Kraftschluß zwischen Muffe und Einsteckteil angestrebt. Beide Maßnahmen erschweren
in verstärktem Maß die Einbringung des .Klebmittels, so daß gerade bei derartigen
Verbindungen die Unsicherheit der Güte der Klebverbindung zunimmt. Auf die für die
Fertigung zeitraubende und kostspielige Entfernung und Säuberung der Außenflächen
der Konstruktionen vom Klebstoff, der beim Zusammenfügen abgestreift wurde, sei
hingewiesen.
-
Es ist schon vorgeschlagen worden, den Klebstoff durch Druck oder
Vakuum beim Zusämmenfügen oder nachträglich in die Klebzonen einbringen zu lassen.
Nachteile dieser Verfahren sind u. a. der sehr beschränkte Anwendungsbereich, kostspielige
Anlagen und störanfällige Dichtungen dieser Anlagen. Auch eignen sich hierzu nur
Klebstoffe bestimmter Viskosität bei Verbrauchstemperatur.
-
Auch die alleinige Ausnutzung der Kapillarwirkung zur nachträglichen
Einbringung bzw. Verteilung des Klebmittels zwischen den Klel>flächen ist .in der
Anwendung nur auf ganz bestimmte Formen und Passungen beschränkt.
-
Bekanntlich ist es auch möglich, durch konische Ausgestaltung von
Klebflächen beim Zusammenfügen der Teile eine Verdrängung des Klebmittels zu vermeiden,
bevor die Klebflächen anliegen. Die genaue Bearbeitung konischer Flächen ist teuer,
und je nach Beanspruchung auf Zug oder Druck ist die zulässige Belastbarkeit einer
derartigen Klelwerbindung geringer, da neben der Schubbeanspruchtitig gleichzeitig
eine mehr öder weniger große Zugbeanspruchung auftritt, die zum vorzeitigen Ablösen
der Klebflächen führen kann, während bei zylindrischen Verbindungen der Scherwiderstand
der gesamten Länge der Klebfläche zu überwinden ist. Ein Nachteil dieser Verbindungsweise
tritt auch dannr in Erscheinung, wenn aus konstruktiven Gründen die Baulänge der
zusammengefügten Konstruktion genau eingehalten werden muß, da die endgültige Baulänge
durch die Lage der konischen Flächen zueinander, die Toleranzen der Längenabmessung
der Einzelteile und den ausgeübten Anpreß-druck festgelegt ist und eine Korrektur
beim Zusammenfügen schwerlich möglich macht. Auch erfordern derartige Verbindungen
besondere Fixier- und Andruckvorrichtungen bis zur endgültigen Aushärtung des. Klebmittels.
Fixier- ; vorrichtungen sind aber für die Massenfertigung teuer und umständlich:
Andere Maßnahmen, wie (las Aufweiten oder Einengen von Muffenverbindungen, die erst
im zusammengebauten Zustand in einer an sich losen Verbindung durch Werkstoffverforinung
den notwendigen kraftschlüssigen Anpreßdruck erzielen, sind in der Anwendung an
bestimmte Materialien sowie an die Zugänglichkeit der Druckvorrichtungen gebunden.
Erfindungsgemäß ermöglicht .stufenförmige An-'ordnung von Klebflächen eine Verbindung
mit besonders guten Festigkeitseigenschaften und großer Sicherheit für die Serienfertigung.
Durch die Erfindung wird die Sicherheit der Klebung dadurch erreicht, daß der erforderliche
Klebstoff vollständig ig,das Innere der Muffe eingebracht werden kann, ohne an den
Außenkanten abgestreift zu werden. Außerdem kann die Verteilung des Klebstoffs im
Innern der Muffe durch die Kompressionswirkung der Stufenmuffe beim Zusammenfügen
günstig beeinflußt werden.
-
Die Anwendung erstreckt sich insbesondere auf Massenherstellung hochbeanspruchter
Konstruktionsteile, wie Muffenverbin-dungen im Fahrzeugrahmenbau, mechanisch stark
beanspruchte Rohrleitungen u. dg1. Zeigen normale Muffenverbindu@ngen lief bestn@ögliclier;
sorgfältiger Vorbereitung und Herstellung', Schwankungen der Festigkeitswerte untereinander
von ± 30 °/o des Mittelwerts, so liegt bei Verwendung desselben Klebmittels, der
gleich großen Klebfläche und Muffenlängen und unter denselben Aushärtebedingungen
der Mittelwert bei Verwendung der Stufenmuffe um über ,Io % höher, mit Schwankungen
um diesen Mittelwert bis zu höchstens ± 5 % des .Mittelwerts. Es handelt sich hei
diesem Aeispiel um eine Muffe mit ä5 mm Eiiistecklänge und einem mittleren Durchmesser
von z5.nim. 'Der Abstand der Ergebnisse vergrößert sich noch bei wachsender Einstecklänge.
-
Vorteile der durch die Erfindung gekennzeichiieten Klebverbindung
sind aus der folgenden Aufstellung zu ersehen: i. Die zu verbindenden Teile sind
ohne Hilfsvorrichtung oder Sondermaßnahmen nach ,dein Ziisammenfügen fixiert und
können in diesem Zustand schon gewisse Beanspruchungen der Weiterverarbeitung,.
Richtvorgänge, O.berflächenl>eliandlung, Transporte u. dgl. vor dem endgültigen
Aushärten des Klebmittels ohne Schaden aushalten.
-
z. Die Güte der Verbindung wird durch die Gewähr einer ausreichenden
Klebmittelverteilung in den hierfür vorgesehenen Zonen gesichert.
-
3. Ohne die spezifische Flächenbelastung zu beeinflussen kann entsprechend
den 1, estigkeits- und Konstruktionsanforderungen eine derartige -Nluffenverhin.dung
praktisch jede beliebige Länge aufweisen.
-
.I. Die Klebstoffbindung kann auf ganz bestimmte Zonen in der Muffe
beschränkt bleiben.
-
5. Die stufenförmige Anordnung ermöglicht ini Gegensatz zur einfachen
Muffe eine leichte Einführung der Teile bei der Montage, was z. 13. bei automatischen
. oder halbautomatischen Vorrichtungen von Bedeutung sein kann. 1)a die Führung
der Teile zunächst im Innern der bluffe eingeleitet wird, bevor sie auch am äußeren
Ende zum Eingriff kommen, ist eine gute gerade Führung (Fluchten) während des Vorgangs
des Zusammenfiigens gewährleistet. Besonders bei Verbindungen mit hohen Festigkeitswerten,
die teilweise festere Passungen erfordern, wirft (lern Verkanten und einseitigen
Fressen der 'feile vorgebeugt.
0. Das Vorhandensein von Klebmittel
an allen zum Eingriff gelangenden Zonen im Innern der Muffe wirkt sich als Gleittnittel
während des Zusaninienfiigeiis aus. Geringerer und genauer zu dosierender Arbeitsaufwand,
zugiges Ineinanderschieben und \"errnei(lung von Anfressungen ergeben sich daraus.
-
7. Da die Passungen der einzelnen Zonen bzw. Stufen unterschiedlich
gewählt tverden können, ergibt sich für den Konstrukteur die Möglichkeit, die l#:,()iistrtiktion
dein Kraftfluh der zu übertragen(leii Kriifte anzupassen und damit gegebenenfalls
die Klebschicht zu entlasten. Dieser Vorteil macht sich besonders bei der konstruktiven
Gestaltung von \'erbindu»ge» iin Leichtbau beinerkltar und dort, wo es notwendig
wir(], verschiedenartige Werkstoffe zu verbinden.
-
S. Die Higenart der günstigen Auswirkung der Stufennitiffe beine Zusammenfügen
,der Teile auf die Nlehst(>ffverteilu»g itn Innern der -Muffe erdie Anwendung von
Passungen oder Sitzen finit zum Teil erheblich gröberen Toleranzen als
bei der normalen, zylindrischen ;Muffe.
-
(g. Die Unterteilung der Gesamtklebfläche in einzelne altgestufte
Zonen wirkt dem bisher unangetlehinen Verhalten einer Klebverbindung bei l'lterltea»sltruchu»g
entgegen, anscheinend durch momentane Zertnürbung der gesamten Klebmittelschicht
plötzlich nachzugeben. Wie Gegeniiberstellungen der lielastungscliagratnine von
Zerreißversuchen ergeben, wird unter Umständen beiÜberheauspruchung der Stufenintitte
die Bruchgrenze jeder einzelnett Z(»ie nacheinander, unabhängig voneinander, überschritten.
\\'ird also die 13elastungszunahnie wahrend dieses Vorgangs unterbrochen, so kann
je nach der hI<ilie der Vorbeanspruchung ein mehr oder weniger großer Teil der
Muffenverb lidung doch ungeschü4ligt bleiben.
-
to. Die Möglichkeit, in gewissen Grenzen erst beine Zusammenbau der
Einzelteile die Einstecklünge ztt v@triiereti. ohne nennenswerte Änderung der Festigkeit
der \"erlündung. verbilligt die Herstellung durch gröllere Toleranzen der Lein genrnatie
und l;i-leichterung der ]-Montage.
-
i i. \-erwen(lliarl:eit für Klebmittel, die bei Nornialteinperatur
fest oder flüssig sind.
-
t?. Da (las Einsteckteil in der Zone am Ende der ä uLieren Mutte seinen
unveränderten Ausgangsdurchinesser hat, ist dort auch (las größte Widerstandsinotnent
der Verhindting hei Biegebeanspruchungen.
-
13. Die gesicherte Klebstoffverteilung in der -Muffe gew;ihrleistet
völlige Dichtheit der Verltin(lu»g.
-
1.I. Da nur die wirklich benötigten Klel>stoff-»iengen eingebracht
\\-erden, ergibt sich eine erliebliche Klebstofferspar»is gegenüber der Anwendung
normaler Muffen.
-
t5. Durch genaue Dosierung der Klebstoffmenge und entsprechende Anordnung
der Klebstofizone ka»it (las Heraustreten des Klebstoffs beim Zusaninienfiige#ii
oller _\tisll:ii-te» völlig vermieden @@er(le». Dadurch (-rührigen sich kostspielige
Nach-
| und S:ittl)e#i-tt»gsarlteiten in der Umgebung der Ver- |
| hindung. 1 )er Erfi»dtingsgedanke wird an den fol- |
| genden Bleispielen erl:iutert: |
| Beisl)iel i |
| ]in Fahrradrahmenbau wird das Sitzrohr t mit |
| <lern Tretlager durch die an sich bekannte An- |
| ordnung einer Nltltte 2 verbunden. In der in A11. i |
| gezeigte» Ausführung ist der zylindrische Muffen- |
| teil ? in zwei Zonen a und b verschiedenen Innen- |
| durchmessers unterteilt, wobei die Zone mit (lern |
| -I -ei) I)tirclitnesser, die sich am .äußeren
Ende |
| der 11uffe befindet, kürzer ist als die Zone ini |
| Innern der Muffe. Das Einsteckteil des Sitzrohrs t |
| ist der I#ortgcl>un g der Einsteckzonen a und h |
| der Muffe angeglichen. Für die einzelnen Zonen a |
| und !) sind unterschiedliche Passungen vorgesehen. |
| Nach Abb. t erhält die Innenzone h einen loseren |
| Schiebesitz. Dieser Teil b wird vor denn Ztt- |
| satninenfiigen vorzugsweise auf der Rohrseite i mit |
| Klebmittel versehen. Die Randzone a mit (lern |
| gröl.iereii Durchmesser erhält eine etwas engere |
| Passttilg. |
| Heini Zttsanimenfiigeti kann das Einsteckteil i |
| ztltliicllst lose in die :A'luffe z eingeführt werden, Iris |
| der Schiebesitz an der Stufe zwischen a und
h zum |
| :-»griff kommt. 13eini weiteren Einführen streift |
| sich ein Teil des Hindemittels an der Stufe im |
| Iiniern der Muffe alt und sammelt sich in <lern ge- |
| bildeten Zwischenraum zwischen (lein vorderen |
| Einsteckte]] und (lern vorderen \Iuffenteil an. In |
| der nächsten Pliase des Zusammenschiebens |
| kotntnt auch der Sitz am äußeren Ende der |
| Muffe zum Angriff, womit sich der erwähnte |
| Zwisclie»i-atl»i gegen außen abschließt und den |
| darin befindlichen Klebstoff komprimiert. In diesem |
| Stadium wird der als Kolben wirkende Teil des |
| Rohr: i bis zur I?tidstellung den angesammelten |
| Klebstoff ztvischen die Klebflächen einpressen. |
| Die Verteilung des Klebmittelanteils in oder |
| etltgegen der I?intriebrichtung des Rohrs ,i richtet |
| sich nach den Druckverhältnissen in den Gleitzonen |
| von a und i), die auf verschiedene Weise beliebig |
| zu steuern sind. Beispielsweise kann dies durch die |
| Größeuahniessungen der Klebzonen, die Abstim- |
| inun;g der Art und Oualitäten der Passungen unter- |
| einander oder durch besondere Maßnahmen in der |
| ()bertlächengestaltung, die den Klebmittelfluß be- |
| einflusse», geschehen. Auf Grund der freizügigeren |
| Handhaltung der Zusammenbaumaße wird in der |
| Praxis häufig der Vorgang des Zusammenschiebens |
| der Einzelteile vorzeitig beendet, d. h. bevor die |
| Stii-»flä-clieti der Stufe von Rohr und bluffe eng |
| anliegen. Damit wird ein Zwischenraum von der |
| I.äiige der Entfernung der beiden Stirnflächen er- |
| halten, in (lern sich noch ein Vorrat an Klebmittel |
| befindet. Hei der Warmaushärtung verteilt sich |
| dieser Vorrat durch ;K'apillartvirkttng zwischen die |
| Klebflächen. |
| Wie die Festigkeitsergebnisse und Sichtproben |
| derartiger aufgeschnittener '_@fuffenverl)itidttngen |
| zeigen, wirkt sich der Erfindungsgedanke der |
| aufetlti@rmige» |
| der @leltH:iclletl (sann |
besonders günstig aus, wenn die 'Größe der Klebflächen und die
Passungen der einzelnen Zonen aufeinander abgestimmt sind.
-
Wenn nicht besondere Gründe, z. B. der konstruktiven Gestaltung, der
Festigkeit gegenüber besonderen Belastungsfällen, der Leitung für elektrischen Strom
oder Wärme u. dgl., andere Lösungen fordern, so sind die Längenmaße der einzelnen
Zonen so zu wählen, daß die Zone b im Innern der Altiffe, d. h. die Zone mit kleinerem
Durchmesser, die größere Länge aufweist gegenüber der Zone a finit dein größeren
Durchmesser.
-
Falls verschiedenartige Passungen Verwendung finden, ist die Reihenfolge
der zu verwendenden Passungen vorzugsweise so vorzunehmen, daß die loseren Sitze
beim Zusammenfügen möglichst zuerst zum Eingriff kommen und die festeren Sitze entsprechend
später.
-
Es ist nicht notwendig, die gesamte Eins-tecklänge des Rohrs t vor
dem Zusammenschieben mit der Muffe 2 mit Klebmittel zu versehen. Dadurch wird das
Austreten von Klebstoff an der Stirnseite der :Muffe vermieden. Es kommt dabei weniger
auf die Länge der Klebmittelbenetzung als auf die Menge des aufgebrachten Klebmittels
an. Wird nun die zur ordnungsgemäßen Aushärtung der Muffenverbindung erforderliche
Menge aufgebracht, so können gegenüber bisherigen Verfahren bei größerer Sicherheit
erhebliche 1N-Iengen an Klebstoff, über 6o%, eingespart werden. Beispiel 2 Die @Muffenverbindung
der Rohrleitung einer Leichtbaukonstruktion (Abb. 2 und 3) ist als tragendes Bauelement
starken Zugkräften unterworfen und soll vor allem dicht und gleichzeitig elektrisch
leitend sein. Da gute Klebverbindungen im allgemeinen elektrisch gut isolieren,
wurde diese Verbindung als dreistufige Muffenverbindung ausgeführt, wobei z. B.
eine der drei Zonen ganz oder teilweise ohne Klebstoff direkte @Metallflächenberührung
hat. Die beiden anderen im Innern der Muffe gelegenen Zonen sind etwa wie Beispiel
i ausgeführt. Die Längenabmessungen der einzelnen Zonen sind ebenfalls analog Beispiel
i so angeordnet, daß sich die kürzeste Zone außen und die längste Zone im Innern
der Muffe befinden. Beispiel 3 ist eine Muffenverbindung analog Beispiel i am Fahrradrahmen,
an die jedoch bei großer Sicherheit der gleichmäßigen Ausführung relativ geringere
Festigkeitsansprüche gestellt werden. Die günstige Auswirkung auf die gleichmäßige
Klebstoffverteilung im Innern der Muffenverbindung durch die Erfindung der stufenartigen
Anordnung der Klebflächen wird in diesem Fall (Abb.4) dadurch erreicht, daß die
vordere Zone der Muffe 3 leicht konisch erweitert ist, während das Einstecktei14,
wie bisher beschrieben, stufenförmig ausgeführt ist. je nachdem, ob die Festigkeitswerte
des Materials von Muffe und Einsteckteil verschieden oder gleich sind, kann man
die Erweiterung der vorderen ---NIuffenzoiie auch etwa nach einer e-Funktion mit
konvexer Krümmung ausführen. Beim Zusammenfügen der Teile wird man dann gegen Ende
dieses Vorgangs den entsprechenden Zonenteil des Einsteckteils 4 in die iMuffe 3
eindrücken. Derartige Verbindungen sind nicht direkt am äußeren Ende der Muffe,
sondern mehr im Innern kraftschlüssig.
-
In der Praxis wird diese .Art der Klebmuffe vorzugsweise für Konstruktionen
mit relativ kleinen Klebflächen bzw. relativ kurzen Klebzonen Verwendung finden,
deren spezifische Festigkeitswerte nicht sehr hoch liegen, bei denen aber die Sicherheit
gleichmäßiger Werte gewährleistet sein muß. Beispiel Handelt es sich um Verbindungen
von Profilen und Rohrweiten größerer Stufenhöhen, von beispielsweise größer als
o,5 mm, so ist beim Zusammenschieben der Verbindungsteile in dem Kompressionsteil
der Anteil der zu verdrängenden Luft zu dem Anteil des zu verteilenden Klebstoffs
so groß, daß für eine teilweise Entlüftung gesorgt werden muß (Abb. 5). Erfindungsgemäß
ist durch die Anordnung einer oder mehrerer Entlüftungsbohrungen 7 in Höhe dieser
Zone in der Muffe 5 oder im Einsteckteil 6 oder durch Entlüftungskerben, die beim
Zusammenfügen die Luft nach außen entweichen lassen, oder durchähnliche Maßnahmen
dafür Sorge getragen, daß die eingeschlossene Luft nicht durch die Klebflächen entweicht
und dabei womöglich einen Teil des Klebstoffs aus diesen Zonen verdrängt. Durch
die Wahl entsprechender Querschnitte dieser Entlüftungskerben, -bohrungen u. dgl.
und er entsprechenden Verteilung auf die Fläche der Kompressionszone können auch
die Druckverhältnisse in dem Klebflächen leim Zusammenfügen der Teile nach Wunsch
geregelt werden. Beispiel 5 Ist ein Konstruktionsteil, beispielsweise ein Beschlagteil,
eine Ose u. dgl., in eine Blindbohrung einzukleben (Abb.6), so ist es erforderlich,
beispiels,#veise durch eine über die Länge der Klebfläche durchgehende Entlüftungskerbe
R, den Entlüftungsausgleich beim Zusammenfügen und beim Aushärten zu ermöglichen,
falls (lies nicht durch eine entsprechende Bohrung oder anderweitige Öffnung im
Nluffenteil geschehen kann. Beispiel 6 In A11. 7 u. 8 sind Beispiele von Zapfen-,
Rohr-oder Zargenverbindungen von Konstruktionsteilen mit rundem oder rechteckigem
Querschnitt der Verbindungsglieder angegeben, bei denen Zwischenstücke 9, Zapfen
li i u. dgl. mit stufenförmiger Anordnung der Kjebflächen Verwendung finden. Der
Muffenteil 1o, 112 kann auch hier gegebenenfalls in der Art von Beispiel 3 (Abl).4)
ausgeführt sein. Wie bisher beschrieben, wird der Klebstoff jeweils vorzugsweise
vor Zusammenfügen der Teile auf die Zone des kleinsten Durchmessers bzw.
| des kleinsteil 0tterschnitts (Ies Hinsteck- oder |
| Zwischelltcils autgehracht. 1)ic Passungen «-erden |
| auch hier vo»-zugsweise so gewählt. daß eine |
| festere I'assullg erst dann z11111 Hingritt kommt, |
| ttadl<lem der "I,cil tnit der loseren Passt ttlg |
| faßt hat. |
| l)ie an sielt bekannte Anordnung einer Sicke i111 |
| i?itistecl.- oder llutieltteil. dir vorzugsweise als |
| Ringnut ausgebildet ist, die im zusammetrgefügten |
| Zustand ller 'heile eine geschlossene Kammer bildet |
| und z. I,. bei Uitverfahren Anwendung tindet. kattet |
| auch im Zusatnnrellhang mit der Stuferimufie ver- |
| wendet werden. |