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Springer Vieweg - Maschinenbau - Roloff Matek | Roloff Matek Maschinenelemente Journals, Academic Books & Online Media

Fragen zum Kapitel 5

Frage 5.1 

Das Fügeverfahren Kleben ist zu erklären. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.1.

Antwort zur Frage 5.1 

Kleben ist Fügen unter Verwendung eines Klebstoffs, d.h. eines nicht metallischen Werkstoffs, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann (DIN 8593-8).

Frage 5.2 

Der Haftmechanismus beim Kleben ist zu erklären. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.1.

Antwort zur Frage 5.2 

Die Bindefestigkeit einer Klebverbindung wird durch die Haftfestigkeit des Klebers an der Werkstoffoberfläche (Adhäsion) und die innere Festigkeit des Klebstoffs (Kohäsion) erreicht.

Frage 5.3 

Welche Klebverfahren lassen sich unterscheiden? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.1.

Antwort zur Frage 5.3 

Folgende Klebverfahren lassen sich unterscheiden: - Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen, d. h. mit Klebstoffen, die durch Abkühlen oder Verdunsten von Lösungs- oder Dispersionsmitteln abbinden. - Kontaktkleben, bei dem beim Berühren scheinbar trockener Klebstofffilme unter Druckeinwirkung ein Verbinden stattfindet. - Aktivierkleben, bei dem Klebstofffilme unter äußerer Einwirkung klebfähig (aktiviert) werden. - Haftkleben, bei dem Klebstofffilme nach beliebiger Zeit schon unter geringem Druck haften. - Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionskleben), d. h. mit Klebstoffen, die durch chemische Reaktion, z. B. durch Vernetzen, abbinden.

Frage 5.4 

In welchen Arbeitsschritten erfolgt prinzipiell die Herstellung einer Klebverbindung? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.2.

Antwort zur Frage 5.4 

Die Herstellung einer Klebverbindung erfolgt in folgenden Arbeitsschritten: Oberflächenbehandlung der Fügeflächen, Vorbereiten und Mischen der Klebstoffe, Auftragen der Klebstoffe, Fügen der Komponenten, Überwachen des Klebens und Qualitätskontrolle.

Frage 5.5 

Die zum Kleben von Metallen gebräuchlichen Klebstoffe sind zu nennen. – Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.1.

Antwort zur Frage 5.5 

Zum Kleben von Metallen gebräuchliche Klebstoffe sind: Haftklebstoffe (nicht abbindende Klebstoffe), physikalisch härtende Klebstoffe (z. B. Kontaktklebstoffe, Klebdispersionen, Heißsiegelklebstoffe und Schmelzklebstoffe), chemisch härtende Klebstoffe (z. B. Zwei- und Mehrkomponenten-Klebstoffe, Einkomponenten-Klebstoffe, die mit oder ohne Energiezufuhr härten).

Frage 5.6 

Welche spezifischen Probleme schränken die Anwendbarkeit des Metallklebens ein? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.3.

Antwort zur Frage 5.6 

Folgende spezifische Probleme schränken die Anwendbarkeit des Metallklebens ein: Die Beständigkeit von Klebverbindungen und damit ihr Langzeitverhalten ist oft nur abschätzbar. Klebverbindungen lassen sich fast nicht zerstörungsfrei prüfen. Klebstoffe haben eine geringe Festigkeit im Vergleich zu Metallen, was große Klebeflächen erforderlich macht. Reparaturen von Schäden an Klebverbindungen sind sehr aufwändig. Bei der Herstellung von Klebverbindungen eingesetzte Stoffe sind zum Teil gesundheitsschädlich und erfordern entsprechende Schutzmaßnahmen. Klebverbindungen weisen eine geringe Warmfestigkeit und eine ausgeprägte Kriechneigung auf.

Frage 5.7 

Nennen Sie Regeln für die Gestaltung von Klebverbindungen. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.3.

Antwort zur Frage 5.7 

Gestaltungsregeln für Klebverbindungen sind: Klebverbindungen sind so auszubilden, dass Scherbeanspruchung in den Klebnähten entsteht. Stumpfstöße sind wegen einer zu kleiner Klebfläche zu vermeiden. Überlappungsverbindungen sind zu bevorzugen (Zugscherbeanspruchung). Schäl- und Biegebeanspruchungen müssen durch geeignete konstruktive Maßnahmen (z. B. Schweißpunkt) vermieden werden. Feuchtigkeits- oder Korrosionseinflüsse sind durch geeignete Maßnahmen (z. B. Schutzlackierung) zu unterbinden.

Frage 5.8 

Welches ist der wichtigste Festigkeitswert für die Berechnung von Klebverbindungen? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.1.3.

Antwort zur Frage 5.8 

Der wichtigste Kennwert für Klebverbindungen ist die Bindefestigkeit. Sie wird an Prüfkörpern mit einschnittiger Überlappung als Verhältnis aus Zerreißkraft Fm zur Klebfugenfläche AKl ermittelt: τKB = Fm/AKl. Diese als Bindefestigkeit bezeichneten Zug-Scherfestigkeitswerte τKB sind von vielen Einflussfaktoren abhängig (z. B. Klebstoffart, Temperatur, Bauteilwerkstoff, Klebschichtdicke).

Frage 5.9 

Welche Anforderungen können an Lötverbindungen gestellt werden? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.1.

Antwort zur Frage 5.9 

Folgende Anforderungen können an Lötverbindungengstellt werden: Übertragung von äußerer Belastung, Korrosionsbeständigkeit, Dichtheit, elektrische Leitfähigkeit, thermische Leitfähigkeit.

Frage 5.10 

Welche Vor-und Nachteile weisen Lötverbindungen gegenüber anderen Fügeverfahren auf? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.1.

Antwort zur Frage 5.10 

Folgende Vor- und Nachteile weisen Lötverbindungen gegenüber anderen Fügeverfahren auf: - Vorteile: Es lassen sich unterschiedliche Metalle miteinander verbinden. Wegen verhältnismäßig niedriger Arbeitstemperaturen erfolgt kaum eine schädigende Werkstoffbeeinflussung und kaum ein Zerstören von Oberflächen-Schutzschichten (z. B. von Zinküberzügen bei Weichlötung). Lötstellen sind gut elektrisch leitend. Bauteile werden nicht durch Löcher geschwächt, wie z. B. bei Nietverbindungen. Lötverbindungen sind weitgehend dicht gegen Gase und Flüssigkeiten. Je nach Verfahren sind Lötvorgänge automatisierbar, mehrere Lötungen können gleichzeitig an einem Werkstück hergestellt werden. - Nachteile: Größere Lötstellen benötigen viel des meist aus teuren Legierungsmetallen (z. B. Zinn oder Silber) bestehenden Lots und sind daher unwirtschaftlich. Bei einigen Metallen, besonders bei Aluminium, besteht die Gefahr des elektrolytischen Zerstörens der Lötstelle, da in der Spannungsreihe der Elemente der Abstand zwischen dem Werkstoff und den Legierungsbestandteilen des Lots groß ist. Aluminium sollte darum möglichst geschweißt, genietet oder geklebt werden. Flussmittelreste können zu chemischer Korrosion der Verbindung führen. Die Festigkeit der Lötverbindungen ist geringer als die der Schweißverbindungen. Lötverbindungen benötigen aufwändigere Vorbereitungsarbeiten als Schweißverbindungen.

Frage 5.11 

Von welchen Einflussgrößen hängt die Festigkeit von Hartlötverbindungen ab? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.1 und 5.2.4.

Antwort zur Frage 5.11 

Von folgenden Einflussgrößen hängt die Festigkeit von Hartlötverbindungen ab: Chemische Zusammensetzung von Lot und Flussmittel, chemische Zusammensetzung und Festigkeit des Bauteilwerkstoffs, Lötspaltbreite, Beschaffenheit und Größe der Lötfläche, Löttemperatur, Füllgrad, Lötverfahren, konstruktive Gestaltung der Verbindung, Nachbehandlung.

Frage 5.12 

Welche Grundsätze sind bei der Gestaltung von Hartlötverbindungen zu beachten, um eine ausreichende Lötsicherheit des Bauteils zu gewährleisten? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.3.

Antwort zur Frage 5.12 

Gestaltungsgrundsätze für Hartlötverbindungen sind: Die erforderliche Lötspaltbreite (0,01…0,2 mm) muss bei der Arbeitstemperatur vorhanden sein. Der Lötspalt soll parallel oder in Lötflussrichtung enger werdend verlaufen und darf nicht unterbrochen werden. Der Mittenrauwert der Lötstoßoberfläche soll Ra = 12,5 µm nicht überschreiten. Liegt eine vorherrschende Rillenrichtung vor, so soll sie mit der Fließrichtung des Lots übereinstimmen. Rückstände von Fluss- und Bindemittel müssen entfernbar sein (Korrosion). Lötnähte sollen möglichst auf Schub beansprucht werden. Beim Löten ohne Vorrichtung ist eine Lagesicherung der Bauteile zueinander durch Anschläge, Heftstellen oder Rändelpresssitze zweckmäßig. Im Bereich des Lötstoßes sind Spannungskonzentrationen, Kerbwirkung und Biegebeanspruchung zu vermeiden.

Frage 5.13 

Nennen Sie Möglichkeiten zur Prüfung von Lötverbindungen. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.2.

Antwort zur Frage 5.13 

Möglichkeiten zur Prüfung von Lötverbindungen sind die Maß- und Sichtprüfung, die Rissprüfung, die Ultraschallprüfung, die Durchstrahlungsprüfung und die metallografische Prüfung.

Frage 5.14 

Welche Beschränkungen gibt es für den Einsatz von Weichlötverbindungen? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 5.2.4.

Antwort zur Frage 5.14 

Beschränkungen für den Einsatz von Weichlötverbindungen sind: Weichlötverbindungen können wegen ihrer niedrigen Festigkeit fast nur als Überlappstöße ausgeführt werden (große Lötfläche!). Da die Zeitstand-Zugscherfestigkeit mit der Dauer der Belastung und steigender Temperatur abnimmt, eignen sich Weichlötverbindungen nicht bei Dauerbeanspruchung.

Frage 5.15 

Ein Überlappstoß aus Flachstäben mit der Zugfestigkeit Rm, der Breite b und der Dicke t soll die gleiche Tragfähigkeit aufweisen, wie die Lötnaht mit der Scherfestigkeit τlB. Wie groß muss die Überlappungslänge lü der Lötverbindung sein? - Lösungshinweise s. Abschn. 5.2.4.

Antwort zur Frage 5.15 

Die Überlappungslänge lü ergibt sich wie folgt: Tragfähigkeit der Bauteile (Flachstäbe) = Tragfähigkeit der Lötnaht, also b · t · Rm = b · lü · τlB und daraus t · Rm = lü · τlB. Die Überlappungslänge lü beträgt bei gleicher Tragfähigkeit von Bauteil und Lötnaht also folglich lü = t · Rm /τlB.

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