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13.01.2014 | Fertigungstechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Stahlklebungen auf dem Prüfstand

Autor:
Marlene Doobe

Sicheres Stahlkleben setzt Kenntnisse der Materialeigenschaften voraus. Deshalb sind Prüfungen unerlässlich. Sie helfen abschätzen, ob die Verbindung den gestellten Anforderungen gewachsen ist.

Geklebte Stahlverbindungen sind zuverlässig – vorausgesetzt, die Klebungen werden werkstoffgerecht gestaltet und gefertigt. Welche Voraussetzungen gilt es aber zu erfüllen, um langzeitbeständige Stahlverbindungen zu erreichen? Antwort gibt ein mehrteiliger Leitfaden, veröffentlicht in der adhäsion. Mit der Prüfung von Festigkeit, Zeitstandverhalten, Schwing- und Schlagfestigkeit befasst sich der dritte Teil der Serie „Kleben von Stahl“.

Die Eigenschaften von Klebverbindungen werden anhand definierter Kennwerte beschrieben. Dazu zählen Festigkeit, Verformbarkeit oder die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Ermittelt werden solche Eigenschaften an geklebten Bauteilen oder geeigneten Prüfkörpern. Da Prüfungen unter betriebsnahen Bedingungen äußerst aufwendig sind, werden meist standardisierte Verfahren eingesetzt.

Festigkeit

Die Festigkeitseigenschaften einer Klebverbindung ergeben sich aus dem Zusammenwirken zahlreicher Parameter. Sie lassen sich im Wesentlichen den Einflussgrößen Klebschicht, Oberflächen bzw. Werkstoffe der Fügeteile, Gestaltung der Klebfuge und Beanspruchungsbedingungen zuordnen. Von großer Bedeutung sind zudem die Wechselwirkungen zwischen Klebschicht und Fügeteiloberflächen. Bei metallischen Werkstoffen wie Stahl erfolgt die Ermittlung der Festigkeits- und Verformungseigenschaften durch den Zugversuch nach DIN EN ISO 6892.

Zeitstandverhalten

Klebstoffe neigen bei lang einwirkender Beanspruchung zum Kriechen, d.h. zu plastischen Verformungen. Dadurch kann ihre Langzeitfestigkeit geringer sein als ihre Festigkeit bei kurzzeitig einwirkenden Lasten. Nach längerer Zeit beträgt die Festigkeit bei einer Reihe von Klebstoffen nur noch etwa 50 Prozent, bei hochfesten und hochwarmfesten mit geringerer Verformbarkeit noch etwa 70 Prozent der Anfangsfestigkeit.

Schwingfestigkeit

Zur Untersuchung der Schwingfestigkeit geklebter Verbindungen werden diese üblicherweise einer zeitlich veränderlichen zyklischen Belastung ausgesetzt. Genormte Standard-Schwingversuche für die industrielle Anwendung sind beispielsweise DIN 50100 für metallische Werkstoffe sowie DIN EN ISO 9664 und ASTM D 3166 für Klebstoffe bzw. Klebverbindungen. Während sich DIN 50100 auf homogene Probekörper aus metallischen Werkstoffen bezieht (Belastungsarten Zug/Druck, Biegung oder Verdrehung), beschreibt DIN EN ISO 9664 die Prüfung geklebter Zugscherproben aus Dünnblech-Fügeteilen.

Schlagfestigkeit

Klebstoffe weisen ein geschwindigkeitsabhängiges Materialverhalten auf. Dieses führt bei schlagartiger Belastung, d.h. hoher Beanspruchungsgeschwindigkeit, zu veränderten Verbindungseigenschaften gegenüber einer langsamen Belastung. Die Prüfung der Schlagfestigkeit von Klebstoffen kann nach verschiedenen Methoden erfolgen. In der Praxis ist die Bestimmung der Schlagschälenergie bzw. des Schlagschälwiderstands mittels Keilschlagversuch nach DIN EN ISO 11343 aufgrund des vergleichsweise einfachen Versuchsaufbaus weit verbreitet. Werden über die Energieaufnahme hinaus genauere Kennwerte wie Schubspannungs- und Gleitungsverhalten des Klebstoffs benötigt, kann ein Schubspannungs-Gleitungsversuch in Anlehnung an ISO 11003-2 durchgeführt werden.

Das Prüfen geklebter Bauteile bildet auch die Grundlage für die Entwicklung neuer Klebstoffe – so zum Beispiel schlagoptimierter Systeme, die für den Einsatz in crashrelevanten Bereichen benötigt werden. Diese Materialien sind insbesondere für die Realisierung leichterer Karosseriekonzepte von großer Bedeutung.

Serie: Kleben von Stahl

Teil 3: Stahlklebungen auf dem Prüfstand

Lesen Sie auch

Teil 1: Was man über das Kleben von Stählen wissen sollte

Teil 2: Stahl mit dem richtigen Klebstoff fügen

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