Verbindungstechnik: für jeden Anspruch die passende Befestigung

Die Verbindungstechnik umfasst alle Arten bzw. Methoden, mit denen Einzelteile zusammengesetzt werden. In der Regel sind die Verbindungen fest. Gelenke ermöglichen dagegen, dass die einzelnen Bauteile beweglich bleiben. Um gelenkige Verbindungen herzustellen, werden oft Bolzen und Stifte verwendet.

Verbindungstechniken lassen sich grundsätzlich unterscheiden nach

• ihrem physikalischen Wirkprinzip und
• nach ihrer Lösbarkeit.

Eine Verbindung soll eine Trennung der Körper bzw. Bauteile unter Betriebsbelastung verhindern und sie zuverlässig an ihrem Platz halten. In der Physik unterscheidet man drei Wirkprinzipien: formschlüssige, kraftschlüssige und stoffschlüssige Verbindungen.

Bei einigen Verbindungen wirken verschiedene Prinzipien gleichzeitig. Ein Beispiel dafür ist die Verschraubung: Wird die Schraube fest angezogen, ist sie durch das Gewinde formschlüssig und durch die Reibungskraft auch kraftschlüssig.

Formschluss bedeutet, dass mindestens zwei Verbindungspartner ineinandergreifen und so in ihrer Bewegung versperrt werden. Auch ohne Kraftübertragung können sie sich nicht ohne Weiteres voneinander lösen. Oder einfach ausgedrückt: Das eine Bauteil ist dem anderen im Weg.

Eine formschlüssige Verbindung wird erreicht, indem in beide Bauteile eine räumliche Form eingearbeitet wird, wobei sich beide Formen als positive und negative Gestalten ergänzen. Oft kommt auch ein drittes Teil – ein spezielles Verbindungselement – zum Einsatz. Ein Beispiel: Zwei überlappende Bleche werden mit einer Schraube und einer Mutter miteinander verbunden. Der Formschluss besteht hier sowohl in alle Richtungen der Bauteilebene als auch – durch Schraubenkopf und Mutter – senkrecht.

Neben der Verschraubung erreicht man formschlüssige Verbindungen zum Beispiel auch durch:

• Nieten
• Nut-Feder-Verbindungen
• Zahnräder
• Reißverschlüsse

Meist handelt es sich dabei um lösbare Verbindungen. Dazu aber später mehr.

Ein Kraftschluss entsteht durch die Anwendung von Kraft, etwa Druck- oder Reibungskraft. Dabei wird während der gesamten Betriebsdauer zwischen den Verbindungspartnern ein Kraftfeld durch eine geeignete Vorspannung, etwa das Anziehen einer Schraube, aufgebaut. Fast jeden Tag stellen wir kraftschlüssige Verbindungen her, ohne dass wir uns dessen immer bewusst sind, beispielsweise wenn wir Wäsche aufhängen, Papiere mit Büroklammern aneinanderheften oder zwei Seile miteinander verknoten. Weitere Beispiele für kraftschlüssige Verbindungen aus dem Heimwerkerbereich sind:

• Klemmen mit Federklemmen, Sicherungs- oder Federscheiben
• Nageln
• Keilen
• Verknoten

Stoffschlüssig sind alle Verbindungen, bei denen die Bauteile durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Bei stoffschlüssigen Verbindungen handelt es sich immer um unlösbare Verbindungen. Man erreicht sie zum Beispiel durch:

• Kleben
• Löten
• Schweißen

Nicht lösbare Verbindungen lassen sich nur trennen, indem die zusammengefügten Bauteile oder das jeweilige Verbindungselement zerstört werden. Das Werkstück ist danach meist nicht mehr zu gebrauchen. Im Hobby- und Heimwerkerbereich trifft man vor allem folgende nicht lösbaren Verbindungstechniken an:

• Kleben und Leimen
• Dübeln
• Nageln und Tackern
• Nieten
• Verknoten
• Löten
• Schweißen

Lösbare Verbindungen können ohne Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile getrennt und erneut fixiert werden. Bei einer dynamischen Belastung sind entsprechende Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, die verhindern, dass sich die Verbindung unbeabsichtigt lockert oder komplett löst. Einige Werkstoffe, beispielsweise Holz, können sich im Laufe der Zeit verändern. Die Verbindungen müssen dann gegebenenfalls nachfixiert werden. Heimwerker werden vor allem folgende lösbare Verbindungen kennen:

• Klettverschlüsse
• Nut-Feder-Verbindungen
• Bolzen- und Stiftverbindungen

Holzwerkstoffe lassen sich nageln, dübeln, schrauben oder kleben. Es eignet sich aber nicht jede Technik für jedes Projekt. So sind Nagelverbindungen beispielsweise für statische Belastung gut geeignet, bei wechselnder Beanspruchung wie Vibrationen, Schwingungen oder Zugbeanspruchung können sie sich im Laufe der Zeit lockern. Eine Klebe- oder Leimverbindung von Holz ist in diesem Fall meist die bessere Wahl.

Tipp: Sieh dir unseren gesonderten Ratgeber zum Thema Holz verbinden an.

Gängige Verbindungstechniken für Metalle sind das Schrauben, das Löten, das Schweißen und das Kleben. Um Metalle miteinander zu verbinden, wird häufig auf das Löten zurückgegriffen. Nicht ohne Grund: Bei sorgfältiger Ausführung entsteht eine dichte, glatte und saubere Verbindungsstelle. Lötverbindungen eignen sich aber nicht für alle Metalle.

Beim Schweißen werden die Werkstoffe an der Verbindungsstelle aufgeschmolzen, sodass sie ineinander verlaufen. Dadurch entstehen stoffschlüssige Verbindungen, die dieselben Eigenschaften wie die Grundwerkstoffe besitzen. Zu beachten gilt, dass die verwendeten Metalle einen ähnlichen Schmelzpunkt besitzen müssen. Schweißverbindungen sind äußerst stabil – die Schweißnaht lässt sich sofort belasten. Allerdings sind Schweißarbeiten für Hobby-Handwerker nicht ganz ungefährlich. Zudem gehen sie mit einem vergleichsweise hohen Zeit- und Materialaufwand einher.

Metallverbindungen lassen sich auch mit Klebstoffen herstellen. Der Vorteil: Die Verbindungsstelle bleibt unsichtbar und das Metall wird nicht beschädigt oder thermisch beansprucht. Zum Kleben kommen vor allem Zwei-Komponenten-Kleber zum Einsatz. Für kleine Metallteile eignet sich aber auch gewöhnlicher Sekundenkleber.

Kunststoffe können sowohl verschraubt als auch geklebt und geschweißt werden. Verschraubungen eignen sich nicht, um abzudichten oder um Fugen zu füllen. Zudem bleibt die Verbindungsstelle sichtbar. Dafür lässt sich die Verbindung mehrfach lösen und wiederherstellen. Zudem ist das Verschrauben eine vergleichsweise kostengünstige Lösung.

Soll die Verbindungsstelle unsichtbar bleiben, bietet sich das Kleben an. Allerdings eignet sich diese Verbindungstechnik nicht für alle Arten von Kunststoff gleichermaßen gut. So lassen sich beispielsweise Polyethylen und Polypropylen nur sehr schwer bzw. gar nicht kleben. Diese beiden Werkstoffe können dafür aber gut verschweißt werden. Wusstest du, dass man Kunstoff auch reparieren kann?

Diese Tabelle zeigt auf einen Blick, welche Verbindungstechnik sich für welchen Werkstoff eignet:

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