Herstellung einer lastoptimierten Klebeverbindung

Die Erfindung betrifft eine lastoptimierte Klebeverbindung und ein Verfahren zur Herstellung einer lastoptimierten

Klebeverbindung unter Verwendung eines einzigen Klebstoffes durch Variation der Komponentenverhältnisse angepasst an die auftretenden Spannungen, insbesondere bei flächigen Bauteilen oder Baugruppen mit ein-, zwei- oder

mehr schnittigen Überlappungen.

Bei sich einschnittig, zweischnittig oder mehr schnittig überlappenden Klebeverbindungen oder konzentrischen

Klebeverbindungen mit Scherbelastungen und/oder

Schälbelastungen treten unter Verwendung von strukturellen Klebstoffen, welche bei strukturellen Klebeverbindungen, eingesetzt werden, die eine konstruktive Gestaltung

hochsteifer Konstruktionskiebungen hoher Festigkeit, mit hoher Festigkeit bzw. Steifigkeit ermöglichen. Bei

Belastung der Klebeschicht treten Beanspruchungen in Form mechanischer Spannungen auf, welche ungleichmäßig verteilt sind und ihren höchsten Wert (Spannungsspitze) jeweils an den Überlappungsenden haben. Diese Spannungsspitzen führen zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung in der

Klebeschicht und somit zu einer geringeren Festigkeit als dies bei gleichmäßiger Spannungsverteilung der Fall wäre.

Bei flächigen Klebeverbindungen tritt das Problem auf, dass die Klebeverbindungen an einem Rand beziehungsweise

mehreren Rändern stärker beansprucht werden als in anderen Bereichen, wie in der Mitte der Klebefläche.

Die Beanspruchung der Klebeverbindung in unterschiedlichen Bereichen der Klebefläche wird von der Art der Belastung, Klebeschichtstärke und der Steifigkeit der verklebten

Bauteile beeinflusst. Infolge der unterschiedlichen Beanspruchungen in

verschiedenen Bereichen der Klebeverbindung kommt es in der Regel am Rand bzw. an den Rändern zu einer Rissbildung mit anschließendem Risswachstum und so zur Zerstörung der

Klebeverbindung .

Insbesondere bei herkömmlichen Klebeverbindungen an sich überlappenden Bauteilen mit einer Überlappungslänge, die ein Vielfaches der in DIN- 1465 angegebenen

Überlappungslänge besitzt, kommt es zu ungünstigen

Spannungsverteilungen innerhalb der Klebeverbindung und den zu fügenden Bauteilen. Klebeverbindungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt .

So ist aus der DE 102008024804 AI ein Klebemittel bekannt, dass über die Klebefläche verteilt mit verschiedenen

Klebstoffen unterschiedlicher Eigenschaften versehen ist. Dazu ist entsprechend vorgesehen, dass der Klebebereich wenigstens einen ersten Teilbereich mit einem ersten

Klebstoff und wenigstens einen zweiten Teilbereich mit einem zweiten Klebstoff aufweist und dass der erste

Klebstoff und der zweite Klebstoff unterschiedliche

Klebstoffeigenschaften aufweisen. Mit der vorgeschlagenen Lösung soll eine hohe Temperatur - Standfestigkeit , eine gute Dauerhaftigkeit und eine hohe Anfangshaftung erreicht werden. Die beschriebene Wirkung wird nur unter

Zuhilfenahme von zwei unterschiedlichen Klebstoffen

erreicht. Eine Reduzierung der Spannungsspitzen der

Klebeverbindungen wird nicht dargestellt. Zudem werden die Klebstoffe mittels Klebebänder als Trägermedium

aufgetragen, wodurch bestimmte Klebstoffe nicht oder nur sehr aufwändig zum Einsatz kommen können. Eine Optimierung bezüglich der Festigkeit bei wechselnden Lasten ist jedoch nicht möglich. Weiterhin offenbart die DE 101 26 743 AI eine

Klebeverbindung mit zwei Klebstoffen, wobei die Klebstoffe einerseits eine feste Verbindung bilden und anderseits eine Abdichtung bewirken sollen. Hierbei werden unterschiedliche Klebstoffe verwendet, welche aufgrund ihrer Zusammensetzung keinen kontinuierlichen Steifigkeitsver lauf ermöglichen. Zudem härten diese Klebstoffe unterschiedlich aus. Eine Anwendung zur Optimierung bezüglich der Festigkeit bei wechselnden Lasten ist allerdings nicht möglich. Eine nachteilige Wechselwirkung der unterschiedlichen Klebstoffe ist nicht ausgeschlossen.

Weiterhin offenbart die DE 103 13 835 AI eine Baueinheit mit einem Rahmenteil und einem Abschlussteil, wobei das Rahmenteil und das Abschlussteil aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und miteinander verklebt werden, wobei zur Sicherstellung einer zuverlässigen Klebeverbindung Mittel in Form von Begrenzern vorgesehen sind, welche eine definierte

Spaltdicke für eine ausreichende Dicke der Klebeschicht gewährleisten sollen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung für eine Klebeverbindung für die flächige Verklebung von Bauteilen bereitzustellen, bei denen die

Klebeverbindung in verschiedenen Bereichen der Klebefläche eine ungleichmäßige Verteilung der Beanspruchung aufweist. Entsprechend der Beanspruchung, wie die

Spannungsverteilung, soll ein Klebstoff in seinen

Eigenschaften möglichst gut an den Spannungsverlauf innerhalb der Klebefläche anpassbar sein, wobei

vorteilhafte Wechselwirkungen zwischen den jeweiligen

Klebstoffanpassungen genutzt werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Bei der erfindungsgemäßen lastoptimierten Klebeverbindung zur überlappenden Verbindung von zumindest zwei Bauteilen unter Verwendung eines einzigen Klebstoffes, der mindestens zwei Komponenten umfasst, wobei die Komponenten miteinander vermischt sind und der Klebstoff auf zumindest einem der Bauteile zumindest im Bereich der Überlappung der Bauteile als Klebefläche aufgetragen ist und die Bauteile

entsprechend überlappend zusammengefügt sind und der

Klebstoff aushärtbar ist, besitzt entsprechend einer mechanischen Beanspruchung der Klebeverbindung in zwei, drei oder mehreren Bereichen der Klebefläche der Klebstoff in diesen Bereichen der Klebefläche entsprechende

Komponentenmischungsverhältnisse. Durch die entsprechenden Bereiche der unterschiedlichen Komponentenmischungen entsteht dabei eine sogenannte graduierte Klebeverbindung, wobei hierunter die bereichsweise Anordnung der

unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnisse zu verstehen ist. (und weniger ein schrittweiser Verlauf der sich aus den unterschiedlichen

Komponentenmischungsverhältnissen ergebender

Spannungsver lauf )

Die mechanische Beanspruchung der Klebeverbindung

resultiert aus der Belastung der Bauteile durch

beispielsweise Druck, Zug und Schälung, welche sich auch direkt auf die Klebeverbindung auswirkt und diesen

Belastungen standhalten soll . Als Klebstoff wird ein zweikomponentiges Produkt der

Klebstoffgruppe der Epoxidharze verstanden, welches

handelsüblich ist und dessen beide wesentliche Komponenten Epoxidharz und Härter dabei in einem individuellen

Verhältnis mischbar sind. Für die lastoptimierte

Klebeverbindung wird in unterschiedlichen Bereichen der Klebefläche der Klebstoff mit jeweils unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnissen verwendet, die damit jeweils entsprechende mechanische Eigenschaften besitzen und damit eine strukturelle Verklebung ermöglichen. Für die lastoptimierte bzw. graduierte Klebeverbindung wird die Eigenschaftsveränderung des Klebstoffes gerichtet bzw.

gezielt ausgenutzt, welche in den Grenzen der

Komponentenmischungsverhältnisse, die zur Erreichung der jeweiligen mechanischen Eigenschaften erforderlich sind. Die zu verändernde mechanische Eigenschaft bezieht sich insbesondere auf die Steifigkeit, welche durch die

jeweilige Komponentenmischung des Klebstoffes erzielt werden kann.

Die gefundene Lösung für die lastoptimierte Klebeverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Klebstoff, jedoch mit unterschiedlichen über das Komponentenmischungsverhältnis eingestellten Steifigkeiten entsprechend der

Spannungsverteilung in unterschiedlichen Bereichen der Klebefläche zum Einsatz kommt. In den stärker beanspruchten Bereichen werden Komponentenmischungen mit geringerer

Steifigkeit und in Bereichen geringer Beanspruchung

Klebstoffe höherer Steifigkeit verwendet. Auf diese Weise wird eine strukturelle Verklebung erreicht.

So werden in Bereichen höherer Spannungen, wie

beispielsweise am Rand, Komponentenmischungen geringerer Steifigkeit und Komponentenmischungen höherer Steifigkeit im Bereich geringerer Spannungen, wie beispielsweise in der Mitte der Klebefläche, verwendet, was einer örtklich- funktionellenStruktur ierung der Klebeverbindungen

entspr icht .

Bei einer flächigen Verklebung treten am Rand die höchsten Spannungen auf. In der Mitte treten besonders bei großen Überlappungslängen de facto keine Spannungen auf. Wenn die Randbereiche elastischer verklebt sind und nachgeben, wird erreicht, dass auch die zentralen Bereiche der

Klebeverbindung mit beansprucht werden. Klebstoffe der Klebstoffgruppe der Epoxidharze besitzen den Vorteil, dass es zwischen den unterschiedlichen

Komponentenmischungsverhältnissen des Klebstoffes der jeweils benachbarten Bereiche der Klebefläche zu keinen nachteiligen Wechselwirkungen bei einer Berührung oder einer Überlappung und damit zu einer Überlagerung kommt, da jeweils die chemisch gleichen Komponenten enthalten sind, welche sich nur hinsichtlich der jeweiligen Menge auf Grund des Komponentenmischungsverhältnisses unterscheiden. Ein sich Vermischen bzw. Diffundieren der Komponenten in das jeweils benachbarte Komponentenmischungsverhältnis ist möglich und zulässig. Es ergeben sich in den

Übergangsber eichen bzw. Überlappungen

Komponentenmischungsverhältnisse, welche gewissermaßen als vermittelndes Bindeglied zwischen den

Komponentenmischungsverhältnissen liegen und deren

unterschiedliche Steifigkeit verbinden und als

Zwischenbereich ausgleichen.

Entsprechend verteilen sich die resultierenden, auf die Klebeverbindung wirkenden Spannungen gleichmäßiger über die Klebefläche, was zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Klebeverbindung führt. Demzufolge können die

Klebefläche und somit die Überlappungsbereiche der Bauteile reduziert werden, wodurch neben der Reduzierung des

einzusetzenden Klebstoffes auch eine Einsparung

hinsichtlich der Materialstärke der zu fügenden Bauteile erreicht oder die Sicherheit hinsichtlich des Versagens der Klebeverbindung erhöht werden. Durch die gefundene Lösung wird einerseits die Festigkeit und die Sicherheit der

Klebeverbindung bei einer konstruktiv unveränderten

Fügeverbindung erhöht oder eine materialsparende

Fügeverbindung bei gleichbleibender Festigkeit und

Sicherheit erreicht. Lastoptimierte bzw. gradierte Klebeverbindungen besitzen das Potenzial strukturelle Verklebungen zukünftig mit einer höheren Designfreiheit zu gestalten. So lassen sich

beispielsweise damit jetzt bei größeren Überlappungslängen die Belastbarkeit steigern, die Verklebungsfläche bei gleichbleibender Belastung reduzieren oder bei gleicher Belastung durch größere Überlappungslängen der Bauteile die Klebschichtbreite reduzieren, da mit der herkömmlichen Technologie Spannungsspitzen ab einer bestimmten

Überlappungslänge der Bauteile zum Versagen des Bauteils bzw. der Klebeverbindung führen.

Der nebengeordnete Anspruch betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lastoptimierten bzw. graduierten

Klebeverbindung von zumindest zwei Bauteilen unter

Verwendung eines einzigen Klebstoffes, der mindestens zwei Komponenten umfasst und der Klebstoff auf zumindest einem der Bauteile zumindest im Bereich der Überlappung der

Bauteile als Klebefläche aufgetragen wird und die Bauteile entsprechend überlappend zusammengefügt werden und der Klebstoff aushärtet, wobei die Komponenten in jeweils unterschiedlichen Verhältnissen zueinander gemischt werden und der Klebstoff mit den jeweils unterschiedlichen

Komponentenmischungsverhältnissen in verschiedenen

Bereichen der Klebefläche der zu verklebenden Bauteile entsprechend der Beanspruchung der Klebeverbindung

aufgebracht werden und nachfolgend die zu verklebenden Bauteile zusammengefügt werden. Geeignet für das Verfahren zur Herstellung einer

lastoptimierten bzw. graduierten Klebeverbindung sind alle Klebstoffe die über eine Variation des

Komponentenverhältnisse ohne Eingriff in die chemische Formulierung unterschiedliche Eigenschaften ermöglichen. Dazu zählen insbesondere Epoxidharzklebstoffe deren

Härtungsreaktionen als Polyadditionsr eaktionen von Epoxidharzen auf Basis von Bisphenol A (auch Mischungen mit Bisphenol F) mit polyfunktionellen Aminen basiert.

Ungeeignet sind 2K- Acrylatklebstoffe welche unter

radikalischer Kettenpolymerisation härten und in der Regel ein festes nicht veränderbares Komponentenverhältnis aufweisen .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Vorteilhaft sind die jeweiligen Bereiche der Klebefläche hinsichtlich der Komponentenmischungsverhältnisse

symmetrisch ausgeführt. Somit lassen sich auch symmetrische Spannungsverläufe mit zwischen den Rändern liegenden

Bereichen reduzierter Spannungsspitzen realisieren. So lassen sich auch unsymmetrische Steifigkeitsverläufe mit zwischen den Rändern liegendem Bereich maximaler

Steifigkeit und damit minimaler Spannung abbilden.

Entsprechend ist ebenfalls möglich, dass die jeweiligen Bereiche der Klebefläche hinsichtlich der

Komponentenmischungsverhältnisse als Verlauf von einem Rand zu einem anderen Rand oder auch rotationssymmetrisch ausgeführt sind, sofern es der durch die Verformung oder Bewegung der Bauteile zu erwartende Spannungsverlauf in der Klebeverbindung oder die jeweilige Geometrie der zu

verklebenden Bauteile erfordern würde.

Indem die jeweiligen Bereiche der

Komponentenmischungsverhältnisse nebeneinander in

Belastungsrichtung angeordnet sind wird erreicht, dass sich der durch die unterschiedlichen

Komponentenmischungsverhältnisse mit den unterschiedlichen Steifigkeiten ergebenden Spannungsverlauf insbesondere in Belastungsrichtung ausrichtet und sich damit kein

nundefinierter Spannungsverlauf und damit eine

unzuverlässige Klebeverbindung ergeben. Vorteilhaft überlappen sich die unterschiedlichen Bereiche der Klebefläche und/oder grenzen seitlich aneinander und bilden Übergangsber eiche der

Komponentenmischungsverhältnisse. Hiermit wird erreicht, dass sich die Übergänge zwischen den Bereichen begünstigend auf einen eher kontinuierlichen Spannungsverlauf auswirken. Grenzen die Bereiche nur aneinander, ist der Übergang im Spannungsverlauf entsprechend der Bereiche eher sprunghaft ausgeprägt .

Die Klebeverbindung besitzt eine vorteilhafte

Ausgestaltung, wobei die Übergangsber eiche der

Komponentenmischungsverhältnisse durch Vermischung einen kontinuierlichen Verlauf der mechanischen Eigenschaften aufweisen, wodurch der Spannungsverlauf in der

Klebeverbindung begünstigt und eine partielle Überlastung der Klebefläche vermieden und damit einer Zerstörung oder Rissbildung entgegen gewirkt wird.

Indem die jeweiligen Bereiche der

Komponentenmischungsverhältnisse nebeneinander in

Belastungsrichtung angeordnet werden, wird unabhängig vom Bauteil und der Anordnung der jeweiligen zu verklebenden Überlappung der Bauteile eine Klebeverbindung erreicht, dass der Spannungsverlauf, welcher sich durch die

unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnisse ergibt, entsprechend in Belastungsrichtung orientiert ist und damit eine zuverlässige Verklebung erreicht wird. Treten

unterschiedliche Belastungen bzw. unterschiedliche

Belastungsrichtungen auf, wären hier unterschiedliche

Ausrichtungen der Klebeflächen mit unterschiedlichen

Anordnungen der Bereiche der

Komponentenmischungsverhältnisse entsprechender

Belastungsrichtung erforderlich. Hierbei wäre jedoch zu berücksichtigen, dass jeweils nur die in Belastungsrichtung angeordneten Kleber flächen eine zuverlässige Klebeverbindungen ermöglichen, während anders ausgerichtete oder anders angeordnete Klebeflächen für entsprechend andere Belastungsrichtungen keinen Beitrag für die zuverlässige Klebeverbindung der erstgenannten

Belastungsrichtung leisten.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Klebstoffe unterschiedlicher

Komponentenmischungsverhältnisse einzeln nacheinander und/oder gemeinsam zeitgleich auf die unterschiedlichen

Bereiche der Klebefläche aufgebracht. Der Klebstoff mit dem jeweiligen Komponentenmischungsverhältnis wird für die jeweiligen Bereiche mittels Spritzdüse nacheinander auf ein Bauteil oder beide Bauteile im Bereich der

Klebeflächensektoren für die das

Komponentenmischungsverhältnis vorher festgelegt wurde, aufgebracht. Damit werden ja nach Umfang der Bereiche mehrere Streifen des Klebstoffs nebeneinander aufgebracht. Beispielsweise wird in der Mitte der Klebefläche Klebstoff mit einem Komponentenmischungsverhältnis höherer

Steifigkeit und im Randbereich Klebstoff mit einem

Komponentenmischungsverhältnis geringerer Steifigkeit aufgebracht. Dazu kommen beispielsweise unterschiedliche Spritzdüsen mit zugehörigen Vorratsbehältern zum Einsatz.

Gemäß Weiterbildung der Erfindung werden die

unterschiedlichen Komponentenmischungen gemeinsam

zeitgleich, beispielsweise durch Mehrkanalflächendüsen, aufgetragen. Die Klebstoffaufbr ingung einzeln nacheinander führt an sich zu dem gleichen Ergebnis wie die gemeinsame zeitgleiche Ausbringung des Klebstoffes. Allerdings hat die gemeinsame zeitgleiche, damit an sich parallele Ausbringung des Klebstoffes den Vorteil, dass der Klebstoff nicht schon in Bereiche abfließen kann, auf die erst anschließend die entsprechende Komponentenmischung aufgebracht werden soll. Zugleich ist eine Zeitersparnis gegeben. Insofern ist diese Lösung insbesondere für das vollautomatische Verkleben prädestiniert .

Zudem werden die unterschiedlichen Bereiche der Klebefläche überlappend und/oder seitlich aneinander grenzend

aufgebracht. Es wird dabei ein Übergangsber eiche der

Komponentenmischungsverhältnisse gebildet. Es ergeben sich damit Verteile hinsichtlich eines kontinuierlichen

Spannungsverlaufes innerhalb der Klebeverbindungen.

Sprunghafte Änderungen im Spannungsverlauf werden

vermieden. Zuverlässigkeit und Qualität der

Klebeverbindungen werden verbessert.

Vorteilhaft wird der Klebstoff mit den jeweils

unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnissen für eine gezielte mechanische Eigenschaft und mit gezielter definierter Breite auf die jeweiligen Bereiche der

Klebefläche aufgebracht, wodurch sich die Designfreiheit bei der Gestaltung und Dimensionierung der jeweiligen

Überlappung der Bauteile für die Verklebung erhöht. Damit lassen sich beispielsweise die Verklebungsfläche bei gleichbleibender Belastung oder bei gleicher Belastung durch größere Über lappungslängen der Bauteile die

Klebschichtbreite reduzieren.

Entsprechend der Ausgestaltung des Verfahrens zur

Herstellung einer lastoptimierten Klebeverbindung werden Begrenzer an den Überlappungsenden der lastoptimierten Klebeschicht positioniert. Die Begrenzer zwischen den Bauteilen an den Überlappungsenden der lastoptimierten

Klebeschicht dienen zur Herausbildung einer definierten und reproduzierbaren Klebeschichtstärke sowie zur räumlichen Begrenzung oder Fixierung der lastoptimierten Klebeschicht. Damit wird die Festigkeit und Sicherheit der

Klebeverbindung erhöht. Zudem wird eine reproduzierbare und sichere Herstellung der Klebeverbindung begünstigt.

Zugleich kann somit die Qualitätssicherung realisiert werden. Die Begrenzer lassen sich auch so ausführen, dass mittels der durch deren Anordnung erfolgenden räumlichen Begrenzung und örtlicher bzw. flächiger Fixierung vermieden wird, dass Klebstoff außerhalb der Klebefläche abfließt.

Vorteilhaft erfolgt beim Zusammenfügen der Bauteile

und/oder beim Auftragen des Klebstoffes mit dem jeweiligen Komponentenmischungsverhältnis eine Vermischung der

Übergangsber eiche der Komponentenmischungsverhältnisse. So wird beim Fügen der Bauteile und auch schon beim Auftrag des Klebstoffes durch Vermischung der Übergangsber eiche der Komponentenmischungsverhältnisse ein kontinuierlicher

Verlauf der mechanischen Eigenschaften erreicht, wodurch sich ein kontinuierlicherer Spannungsverlauf in der

Klebefläche ergibt. Durch den kontinuierlicheren

Spannungsverlauf werden Steifigkeitssprünge der

Komponentenmischungsverhältnisse innerhalb der Klebefläche zumindest reduziert, wodurch ebenfalls eine partielle

Überlastung der Klebefläche vermieden und einer Zerstörung oder Rissbildung entgegen gewirkt wird.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der aufgebrachten

Klebstoffmischungen,

Fig. 2 eine Klebeverbindung mit konzentrisch aufgebrachten Komponentenmischungen auf die Klebefläche,

Fig. 3 zwei verklebte Bauteile 5 mit einer Klebeschicht und Begrenzern und

Fig. 4 eine Klebeverbindung mit dazugehörigem Verlauf der Steifigkeit als Diagramm.

Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf beispielhafte Komponentenmischungen 1, 2, 3, n aus Epoxidharz und

entsprechend wirkendem Härter . Die gewählte Anzahl von drei unterschiedlichen Komponentenmischungen 1, 2, 3 ist nicht darauf beschränkt. Die Erfindung umfasst neben den drei dargestellten auch weitere Komponentenmischungen n mit weiteren Komponentenmischungsverhältnissen n für eine

Klebeverbindung, wenn beispielsweise je nach Anwendungsfall und Anforderung an die Klebeverbindung eine feinere

Abstufung der Steifigkeit der jeweiligen

Komponentenmischungen 1, 2, 3, n ausgehend von dem zu erwartenden Spannungsverlauf in der Klebeverbindung

erforderlich ist. Die Anforderung an die Komponentenmischung 1, 2, 3, n umfassen die Einstellbarkeit des Vernetzungsgrades über das Komponentenmischungsverhältnis 1, 2, 3, n und damit über einen großen Bereich einstellbarer Steifigkeiten

beziehungsweise der Steifigkeit des Klebstoffes 14.

Zur Herstellung einer überlappenden lastoptimierten

Klebeverbindung wird ein 2 - Komponenten- Epoxidhar z - Klebstoff verwendet, der mittels eines Aminhärters mit primären und sekundären Aminogruppen reagiert. Durch unterschiedliche Reaktionseigenschaften der primären und sekundären

Aminogruppen können durch Über- oder Unterdosierung des Härters andere Quervernetzungen im ausgehärteten Klebstoff 14 der jeweiligen Komponentenmischungsverhältnisse 1, 2, 3, n realisiert, durch welche die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden. Die Bauteile 5 bestehen beispielsweise aus Aluminium, die mit diesem Klebstoff 14 mit den

jeweiligen Komponentenmischungsverhältnisse 1, 2, 3, n verklebt werden. Entsprechend der Klebstoffeigenschaften bei unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnissen 1, 2, 3, n der werden diese gezielt auf die Klebefläche 4 aufgebracht .

Nach dem Auftragen des Klebstoffes 14 mit seinen jeweiligen Komponentenmischungsverhältnissen 1, 2, 3, n auf die

Bauteile auf die Klebefläche 4 sind bis zum Einsetzen der

Vernetzung bzw. des Aushärtens des Klebstoffes entsprechend der jeweiligen Spezifikation des Klebstoffes 14 mit seinen Komponenten die Bauteile 5 an der Klebefläche 4 zusammenzufügen. Ist der Klebstoff 14 ausgehärtet kann die Weiterverarbeitung der durch Verklebten zusammengefügten Bauteile 5 erfolgen.

In Figur 1 ist eine Klebeverbindung in

Perspektivdarstellung gezeigt. Auf die Klebefläche 4 sind streifenartig unterschiedliche Komponentenmischungen 1, 2, 3, n aufgetragen. Die Streifen der Komponentenmischungen 1, 2, 3, n weisen jeweils unterschiedliche

Komponentenmischungsverhältnisse 1, 2, 3, n von Epoxidharz zu Härter auf. Die Komponentenmischung Komponentenmischung 1 weist eine geringere Steifigkeit als die

Komponentenmischung Komponentenmischung 2 auf. Die

Komponentenmischung Komponentenmischung 2 weist wiederum mit einer mittleren Steifigkeit eine geringere Steifigkeit als die Komponentenmischung Komponentenmischung 3 auf, die hier mit einer hohen Steifigkeit die höchste Steifigkeit aufweist. Die Komponentenmischungen 1, 2, 3, n werden streifenartig auf das Bauteil 5 aufgetragen. Das Aufbringen kann gemeinsam zeitgleich bzw. einzeln nacheinander

erfolgen. Hier ist das gemeinsam zeitgleiche Aufbringen von Komponentenmischungen 1, 2, 3, n dargestellt. Die

Komponentenmischungen 1, 2, 3, n werden mittels

Mehrfachdüse 7 gemeinsam zeitgleich parallel aufgebracht. Dabei treten zeitgleich oder im Verlauf zeitlich versetzt aus den Einzeldüsen 8 die unterschiedlichen

Komponentenmischungen 1, 2, 3, n aus. Auf diese Weise wird vermieden, dass Klebstoff 14 in Bereiche fließt, die beim seriellen also einzelnen nacheinander folgenden Aufbringen erst anschließend mit Klebstoff versehen werden. Damit kann auch Klebstoff geringer Viskosität verwendet werden.

Nach dem Aufbringen der Komponentenmischungen 1, 2, 3, n werden die Bauteile 5 zusammengefügt, wie in Figur 3 dargestellt. Die Komponentenmischungen 1, 2, 3, n können auf eines oder beide Bauteile 5 aufgebracht werden. In der Regel ist das Aufbringen auf ein Bauteil 5 ausreichend.

Figur 2 zeigt in der Draufsicht eine Klebeverbindung mit auf die Klebefläche konzentrisch aufgebrachten

Komponentenmischungen 1, 2, 3, n. Am Rand treten je nach Belastung die höheren Spannungen auf. Entsprechend wird hier die Komponentenmischung Komponentenmischung mit geringer Steifigkeit 1 verwendet. In der Mitte kommt die Komponentenmischung Komponentenmischung mit hoher

Steifigkeit 3 zum Einsatz. Zwischen diesen beiden Bereichen kommt Komponentenmischung Komponentenmischung mit mittlerer Steifigkeit 2 zum Einsatz. In den Bereichen, in denen die Komponentenmischungen 1, 2, 3, n aneinandergrenzen, wird bereits beim Auftragen des Klebstoffes 14 und später beim Fügen der Bauteile 5 eine nachträgliche Vermischung auf der Klebfläche 4 vorgenommen, so dass ein Übergangsber eich 9 von Komponentenmischung 1 zu Komponentenmischung 2 und von Komponentenmischung 2 zu Komponentenmischung 3

herausgebildet wird. Damit gehen in diesem Übergangsber eich 9 auch die Eigenschaften fließend von der

Komponentenmischung 1 zur Komponentenmischung 2 und von Komponentenmischung 2 zu Komponentenmischung 3 über, was für einen kontinuierlicheren Spannungsverlauf sorgt. Die Ausführungen zur konzentrischen Klebeverbindung gelten auch für nicht konzentrische Klebeverbindungen, wie

beispielsweise eine Längsüber lappungsverklebung zweier langgestreckter Bauteile 5, da hier ausgehend von den zu erwartenden Spannungsverläufen durch anzunehmende

Krafteinwirkungen die gleichen Grundsätze gelten. Dies führt dahin, dass die Bereiche der Klebefläche 4 mit unterschiedlichen Komponentenmischungsverhältnissen 1, 2, 3 des Klebstoffes 14 entsprechend der zu erwartenden

Spannungsverläufe ausgehend von einem Bereich geringer Spannung mit hoher Steifigkeit der Komponentenmischung 3 symmetrisch jeweils zu Bereichen höheren Spannung mit jeweils geringer oder geringerer Steifigkeit der Komponentenmischung 1, 2 verlaufen.

Je nach Bauteil kann es jedoch auch bedeuten, dass es für die lastoptimierte Klebeverbindung nur einen einfachen, nicht symmetrischen Verlauf gibt, welcher von einem Bereich geringer Spannung mit hoher Steifigkeit der

Komponentenmischung 3 zu dem Bereich höherer Spannung mit jeweils geringer oder geringerer Steifigkeit der

Komponentenmischung 1, 2 verläuft.

Dabei lässt es die lastoptimierte Klebeverbindung und das Verfahren zur Herstellung zu, dass je nach Material und Anforderung eine Vielzahl von Einzelbereichen

unterschiedlicher Spannung gebildet und mit

unterschiedlicher Steifigkeit der Komponentenmischung 1, 2 ,3 nebeneinander für einen resultierenden Spannungsverlauf aufgetragen werden. Figur 3 zeigt zwei einschnittig überlappende und

miteinander verklebte Bauteile 5 mit einer Klebeschicht und Begrenzern 6. Es sind zwei unterschiedliche

Komponentenmischungen 1, 2 dargestellt. Die Steifigkeit der jeweiligen Klebstoffschicht wird durch den zugehörigen Schubmodul bestimmt. Um definierte Eigenschaften der

Klebeverbindung zu realisieren ist es daher wichtig, eine bestimmte Schichtdicke 10 der Klebeschicht zu realisieren. Dazu werden hier im Randbereich der Verklebung Begrenzer 6 angeordnet. Die Begrenzer 6 dienen hier gleichzeitig dazu, dass die Komponentenmischung 1 im Randbereich nicht

abfließt. Damit können Komponentenmischungen 1, 2 geringer Viskosität verwendet werden. Die Begrenzer 6 können so ausgeführt werden, dass sie einfach entfernbar sind, indem ein Material gewählt wird, was schlecht verklebbar ist z.B. PTFE oder aber als Schutz der Klebeschicht in dieser verbleiben. Nach einem möglichen Entfernen kann ggf. der entstandene Freiraum mit einer entsprechenden Komponentenmischung

verfüllt werden.

Figur 4 zeigt eine Klebeverbindung mit drei

unterschiedlichen Komponentenmischungen 1, 2, 3, n, n+1 zur Verbindung der Bauteile 5 mit einem dazugehörigen Diagramm des Verlaufes der Steifigkeit des Klebstoffes 11 und des Spannungverlaufes in der Klebeschicht ohne Anpassung der Steifigkeit 12 und den Spannungsverlauf in der Klebeschicht mit Anpassung der Steifigkeit 13. In dem Diagramm sind der prinzipielle Verlauf der Steifigkeit des Klebstoffes 11 als tatsächlicher Verlauf mit seinen Abstufungen zwischen den jeweiligen Komponentenmischungen 1, 2, 3, n, n+1 des

Klebstoffes 14 über die Breite der Verklebung dargestellt. Zwischen den einzelnen Komponentenmischungen 1, 2, 3, n, n+1 sind Übergangsber eiche 9 herausgebildet, die durch eine Vermischung der Komponentenmischung 1, 2, 3, n, n+1 in den Bereichen, in denen sie aneinander angrenzen, realisiert werden. Im Übergangsbereich 9 erfolgt beim Klebstoffauftrag sowie bei Zusammenfügen also dem Anordnen der Bauteile 5 zu Verkleben eine Vermischung der jeweiligen

Komponentenmischungsverhältnisse 1, 2, 3, n. Dabei ergibt sich ein kontinuierlicherer Spannungsverlauf zwischen den einzelnen Komponentenmischungsverhältnisse 1, 2, 3, n und damit ein kontinuierlicher Verlauf der mechanischen

Eigenschaften. Die Vermischung kann auch aktiv

herbeigeführt werden. Durch die sich ergebende Abstufung der Steifigkeit der Komponentenmischungen 1, 2, 3, n, n+1 erfolgt eine Vergleichmäßigung der Spannungen in der

Verklebung. Hier ist der prinzipielle Spanungsverlauf jeweils kontinuierlich für eine Klebeschicht ohne Variation der Steifigkeit 12 mit einem Klebstoff 14 dargestellt. Wenn im Bereich hoher Spannungen in der Klebeschicht 12 der Klebstoff 14 eine geringe Steifigkeit aufweist, reduziert sich die Spannung an den Überlappungsenden und

Klebstoffbereiche in der Mitte werden stärker belastet, was die Beanspruchung der Klebstoffschicht und des Bauteils 5 reduziert. Die als n und n+1 bezeichneten

Komponentenmischungen entsprechen in diesem Beispiel der Steifigkeit der Komponentenmischungen 1 und 2. Sie können in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung jedoch auch andere Steifigkeiten besitzen.

Ein nicht dargestelltes Beispiel für eine Ausführung der Klebefläche hinsichtlich der

Komponentenmischungsverhältnisse als Verlauf von einem Rand zu einem anderen lässt sich so darstellen, dass an einem Rand das Komponentenmischungsverhältnisse eine geringe Steifigkeit besitzt und entsprechend daneben in

Belastungsrichtung beispielsweise fünf weitere

Komponentenmischungsverhältnisse bis hin zu einem

Komponentenmischungsverhältnis mit entsprechend höchster Steifigkeit angeordnet werden.

Entsprechend lässt sich ein nicht dargestelltes Beispiel für eine Ausführung der Klebefläche hinsichtlich der

Komponentenmischungsverhältnisse als unsymmetrischer

Verlauf darstellen, wobei im Bereich der Bauteilüberlappung auf der Klebefläche nicht mittig ein Bereich mit einem Komponentenmischungsverhältnis hoher Steifigkeit angeordnet ist und jeweils daneben bis zum Rand der Klebefläche weitere Bereiche mit Komponentenmischungsverhältnissen angeordnet werden, welche im Verlauf zum Rand jeweils eine niedrigere Steifigkeit besitzen, wobei auf einer Seite zumindest ein Teilbereich mit einem

Komponentenmischungsverhältnis mehr als auf der anderen Seite angeordnet ist.

Mittels des Verfahrens und der Art der Verklebung lassen sich problemlos auch Bauteile 5 aus unterschiedlichen

Materialen, mit unterschiedlicher Materialeigenschaften und mit unterschiedlichen Geometrien und damit bedingten anderen mechanischen Eigenschaften optimieren. Beispielsweise wird der 2K- Epoxidklebstoff UHU PLUS Endfest verwendet, wobei damit Fügeteile aus Aluminium, welche durch Ober flächenstrahlbehandlung Korund EKL90 nach DIN1465 vorbehandelt wurden, verklebt werden. Ergänzend dazu wurden in diesem konkreten Beispiel die zu verklebenden

Oberflächen haftungsfordernd vorbehandelt.

So konnte eine lastoptimierte Klebeverbindung realisiert werden, die bei großen Überlappungslängen eine bis zu 50 % höhere Bruchkraft als Standardverklebungen gleicher

Geometrie und Vorbehandlung aufweisen. Die Bruchkraft, also die Festigkeit konnte bei einschnittigen

Über lappungsverklebungen bei 50mm Überlappungslänge von 10,4 kN (8,3 MPa) auf 15,5 kN (12,4 MPa) durch eine

optimale Graduierung gesteigert werden.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1 - erstes Komponentenmischungsverhältnis,

Komponentenmischung mit geringer Steifigkeit

2 - zweites Komponentenmischungsverhältnis,

Komponentenmischung mit mittlerer Steifigkeit

3 - drittes Komponentenmischungsverhältnis,

Komponentenmischung mit hoher Steifigkeit

n - weiteres Komponentenmischungsverhältnis, weitere Komponentenmischung 4 - Klebefläche

5 - Bauteil

6 - Begrenzer

7 - Mehr fachdüse

8 - Einzeldüse

9 - Übergangsber eich

10 - Schichtdicke

11 - Verlauf der Steifigkeit des Klebstoffes

12 - Spannungsverlauf in der Klebeschicht ohne

Steifigkeit

13 - Spannungsverlauf in der Klebeschicht mit angepassten Steifigkeit

14 - Klebstoff