von Christian SchäfersPaderborn, Univ., Diss., 200

Schäfers, Christian

Universität Paderborn - Digitale Sammlungen

Dissertation Christian Schäfers 
 
Einfluss klebstoffspezifischer Eigenspannungs- und Schädigungszustände auf das 
Festigkeits- und Beständigkeitsverhalten von Metallklebverbindungen 
 
Zusammenfassung 
 
 
Einschränkungen und Unsicherheiten in der Anwendung der Klebtechnik ergeben sich aus der Tatsache, 
dass die Festigkeit von Klebverbindungen im Laufe der Zeit unter Einwirkung mechanischer und klimatisch-
korrosiver Beanspruchung, sowie inneren Spannungen,  die während der Härtung bzw. bei Temperatur- 
oder Temperaturwechselbelastung in der Klebfuge induziert werden, abnehmen kann. Von zentraler 
Bedeutung ist dabei das Vernetzungsverhalten in der Klebfuge. Diese Vorgänge sind bisher noch nicht 
zusammenhängend untersucht worden. 
  
Ziel dieser Arbeit war es daher, die Zusammenhänge zwischen dem klebstoffspezifischen Eigenspannungs- 
und Schädigungszustand sowie deren Einfluss auf das Festigkeits- und Beständigkeitsverhalten von 
Metallklebverbindungen zu untersuchen.   
 
Zunächst wurden die Auswirkungen von Unterschieden in den Kontraktions- und Schwindungsmöglichkeiten 
während der Vernetzung und Abkühlung von heißhärtenden Klebstoffen und Klebschichten auf die 
mechanischen Eigenschaften untersucht. Die Resultate zeigen, dass sich die Eigenschaften und 
Werkstoffwerte beim Härten schwindungsbehinderter und damit spannungsbehafteter Klebschichten deutlich 
von denen unterscheiden, die an Klebstoffsubstanzproben ermittelt wurden, die durch allseitige 
Schwindungsmöglichkeit als weitgehend frei von inneren Spannungen angesehen werden können.  
 
Ausgehend von der aus diesen Untersuchungen abgeleiteten Folgerung, dass dünne Klebschichten im 
Vergleich zu Substanzkörpern während der Härtung eine anisotrope Strukturierung erfahren, wurde das 
Härtungsverhalten der Klebstoffe untersucht. Dazu wurden im Rahmen der Arbeit zwei Messvorrichtungen 
entwickelt, mit denen zum einen das Expansions- und Kontraktionsverhalten während des 
Härtungsvorganges und zum anderen die sich korrespondierend aufbauenden Spannungen in 
Klebschichtdickenrichtung kontinuierlich erfasst werden können. 
 
In Verbindung mit anderen Untersuchungsmethoden tragen die Messvorrichtungen dazu bei, die 
klebstoffspezifischen Mechanismen während der Vernetzung und des Abkühlens, sowie deren 
Auswirkungen auf Klebschichtstruktur und –eigenschaften besser zu verstehen. So zeigt sich, dass die 
thermische Kontraktion dünner vernetzter Klebschichten in Dickenrichtung z.T. deutlich über den Werten 
liegt, die aus dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Klebstoffsubstanz zu erwarten sind, was 
letztlich, wie sich nachfolgend zeigte, auf die anisotrope Struktur der Klebschichten zurück zu führen ist.  
 
Um den Spannungszustand in gehärteten Klebschichten im Hinblick auf Spannungsverteilung und –
relaxation beurteilen zu können, wurde das Zerlegeprinzip auf die Anwendung an Klebverbindungen 
adaptiert und erprobt. Die Resultate zeigen, dass diese Methode bei dickeren Klebschichten prinzipiell 
geeignet ist, örtliche Unterschiede im Spannungszustand zu identifizieren und das Relaxationsverhalten von 
Klebstoffen vergleichend zu beurteilen. 
 
Durch Untersuchungen zur Struktur von Klebschichten sowie deren Dichte und Feuchteaufnahme im 
Vergleich zur Klebstoffsubstanzprobe wird dargestellt, dass als Folge der vernetzungs- und abkühlbedingten 
Schwindung und ihrer räumlichen Behinderung eine lamellenartige Klebschichtstruktur entsteht, die in 
Fügeteilnähe weitmaschiger und hin zu den mittleren Klebschichtebenen dichter und verzweigter ausgeprägt 
ist . 
 
Zur Beurteilung der Auswirkungen des inneren Spannungszustandes, auch in Kombination mit weiteren 
Schädigungsmechnismen wie Feuchte und Temperaturwechsel, wurde das Festigkeits- und 
Beständigkeitsverhalten an einschnittig überlappten Zugscherproben untersucht. Es konnte gezeigt werden, 
dass sich die Schwindungsbehinderung beim Härten und die dabei aufbauenden inneren Spannungen 
deutlich in Verbindungen mit dickeren Klebschichten und insbesondere dann festigkeitsmindernd auswirken, 
wenn die Klebverbindung schwingend beansprucht wurde. Dies gilt sowohl für Klebverbindungen im 
ungealterten Zustand wie auch nach Alterung. Unter quasistatischer Beanspruchung war der Einfluss der 
inneren Spannungen im Anfangszustand ebenfalls erkennbar, nach dreimonatigem Klima-Korrosionstest 
bzw. zwölfmonatiger verschärfter Freibewitterung war bei den untersuchten Klebverbindungen allerdings 
kein Einfluss des inneren Spannungszustandes mehr messbar.  


Einfluss klebstoffspezifischer Eigenspannungs- und Schädigungszustände auf das Festigkeits- und Beständigkeitsverhalten von Metallklebverbindungen

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