Verbindungstechniken: Kleben, Schrauben, Löten oder Nageln?

Zwei oder mehr Bauteile können auf verschiedenen Wegen miteinander verbunden werden. Welche Verbindungstechnik im Einzelnen gewählt wird, hängt von den Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe ebenso ab wie von den Anforderungen, die an die Verbindungsstelle gestellt werden.

Wie stabil muss diese sein? Muss sie sich bewegen können oder darf sie starr bleiben? Werden gelenkige Verbindungen gewünscht, kommen oft Stifte oder Bolzen zur Anwendung, die einen gewissen Bewegungsspielraum erlauben.

Unterschieden werden Verbindungstechniken grundsätzlich nach dem physikalischen Wirkprinzip und nach den Lösbarkeiten.

Teilweise wirken verschiedene physikalische Prinzipien gleichzeitig, was beispielsweise bei der Verwendung einer Schraube der Fall ist.

Wichtig: Die Verbindung muss derart gestaltet sein, dass sie auch unter Betriebsbelastung hält und zuverlässig an ihrem Platz verbleibt.

Unterschieden wird nach den folgenden Wirkprinzipien:

• Formschlüssige Verbindung

  Beide Verbindungsteile greifen ineinander und können sich danach nicht mehr bewegen. Dies wird als Formschluss bezeichnet. Eine Lösung ist ohne Kraftübertragung nicht mehr möglich, weil sich beide Bauteile gegenseitig im Weg sind. Erreicht wird diese Verbindungstechnik durch das Einarbeiten beider Bauteile in eine räumliche Form. Beide Bauteile bilden sich gegenüberliegende Gestalten, nur teilweise kommt noch ein drittes Teil zur Anwendung. Dieses spezielle Verbindungselement kann beispielsweise eine Schraube sein, die zwei sich überlappende Bleche fixiert. Der Formschluss wird in alle Richtungen erreicht, durch Schraube und Mutter auch in Richtung der Senkrechten. Die Verwendung von Nieten, Zahnrädern, Reißverschlüssen und Zahnrädern hilft ebenfalls beim Erreichen einer formschlüssigen Verbindung.

• Kraftschlüssige Verbindung

  Wird Druck- oder Reibungskraft bzw. eine andere Form der Kraft verwendet, entsteht ein sogenannter Kraftschluss. Die Verbindungspartner bauen dafür eine Vorspannung auf, die sich zum Beispiel durch das Anziehen einer Schraube ergibt. Solche Verbindungen sind auch im Alltag zu finden, wenn etwa die Wäsche mithilfe einer Wäscheklammer auf der Leine fixiert oder wenn Unterlagen mit Büroklammern zusammengeheftet werden. Nageln und die Verwendung von Keilen gehören ebenfalls zu den kraftschlüssigen Verbindungstechniken.

• Stoffschlüssige Verbindung

  Verbindungen, die aufgrund von molekularen oder atomaren Kräften entstanden sind, werden als stoffschlüssig bezeichnet. Diese Verbindungen können nicht gelöst werden. Durch Schweißen, Löten oder Kleben entstehen derartige Verbindungsvarianten.

Verbindungen lösen

Geht es um die Verbindungstechniken im Überblick, dürfen Hinweise zur möglichen Lösbarkeit dieser Verbindungen nicht fehlen.

Unterschieden werden muss hier zwischen lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen, wobei Letztere nur getrennt werden können, wenn das betreffende Verbindungselement oder die zusammengefügten Bauteile zerstört werden. Meist sind diese danach nicht mehr zu gebrauchen.

Derartige Verbindungen entstehen beispielsweise durch das Kleben und Leimen, durch Nieten, Löten, Schweißen und Tackern, teilweise auch durch das Verknoten.

Eine lösbare Verbindungsart hingegen lässt sich ohne Zerstörungen und langfristige Folgen rückgängig machen. Solche Verbindungen müssen im Laufe der Zeit teilweise sogar nachjustiert werden, weil sich die zusammenfügten Bauteile nach und nach verändern. Gerade bei Verbindungen von Bauteilen aus Holz ist dies leicht möglich. Stift- und Bolzenverbindungen, Nut-Feder-Verbindungen und Klettverschlüsse sind die wichtigsten Beispiele für derartige lösbare Verbindungen.

Die passende Verbindungsart auswählen

Um die richtige Verbindungstechnik zu wählen, kommt es auf die zu verbindenden Werkstoffe an. Dabei lassen sich aber nicht nur Bauteile aus dem gleichen Material miteinander verbinden, sondern es können auch materialfremde Bauteile verbunden werden. Um die passende Verbindungstechnik auszuwählen, ist nicht nur handwerkliche Erfahrung gefragt, sondern auch ein Fachwissen, was auf dem aktuellen Stand der Dinge ist. Neue Verbindungstechniken gibt es beispielsweise bei der Verbindung von hybriden Einzelbauteilen.

Wer Holz verbinden möchte, kann sich zwischen dem Nageln, Schrauben, Kleben und Dübeln entscheiden. Alle diese Verbindungstechniken haben im Einzelfall ihre Vor- und Nachteile und nicht jede Technik ist für jedes Bau- und Bastelprojekt geeignet. Bei großer Beanspruchung können sich beispielsweise Nägel lockern. Liegen solche hohen Anforderungen vor, ist eine Leim- oder Klebeverbindung die bessere Alternative.

Schrauben und Kleben kommen auch für Metalle zur Anwendung. Weitere Verbindungstechniken sind dabei das Löten und Schweißen, wobei vor allem das Löten eine gute Idee ist. Es entsteht dabei eine Verbindungsstelle, die dicht, glatt und sauber ist. Gleichzeitig können nicht alle Metalle gelötet werden.

Beim Schweißen erfolgt die Verbindung über das Aufschmelzen der jeweils miteinander zu verbindenden Stellen. Sie können dann ineinander laufen. Die damit entstehenden stoffschlüssigen Verbindungen haben die gleichen Eigenschaften wie die jeweiligen Werkstücke.

Wichtig ist dabei aber, dass die verwendeten Metalle ähnlich in Bezug auf ihren Schmelzpunkt sein müssen.

Eine weitere Verbindungstechnik für Metall besteht im Kleben. Klebestellen sind später nicht sichtbar und beanspruchen das Material weder mechanisch noch thermisch. Meist werden Zwei-Komponenten-Kleber für besonders sichere Verbindungen genutzt. Geht es nur um kleine Bauteile, kann auch die Verwendung von Sekundenkleber ausreichend sein.

Die Verbindung von Kunststoffen erfolgt über das Kleben oder Schweißen. Verschraubungen bleiben sichtbar und können nicht verwendet werden, um Fugen aufzufüllen oder bestimmte Stellen abzudichten. Bei Kunststoffen ist die Verbindung mehrfach lösbar und kann in der Regel immer wieder hergestellt werden. Somit handelt es sich um eine kostengünstige Verbindungstechnik. Wichtig: Nicht jeder Kunststoff kann geklebt werden: Polyethylen und Polypropylen lassen sich besser schweißen, sind aber für eine Verbindung durch Kleben eher weniger geeignet.

Verbindungstechniken im Überblick

Verschiedene Materialien stellen unterschiedliche Ansprüche an ihre Verbindung. Einige Verbindungsarten sind auch gänzlich ausgeschlossen.

Die folgende Tabelle zeigt, welche Verbindungstechniken für welche Materialien ideal sind und entsprechend zur Anwendung kommen können:

Material	Verbindungstechnik
Holz	Schrauben, Nageln, Kleben
Metall	Schrauben, Kleben, Löten, Schweißen
Kunststoff	teilweise Schrauben und Kleben, teilweise Schweißen
Steinwerkstoffe	Schrauben mit Dübeln, Kleben

Werkstückabhängig können trotz der allgemeinen Darstellung der möglichen Verbindungstechniken Abweichungen entstehen. Bei Unsicherheiten sollte daher ein professioneller Rat eingeholt werden. Auch im Heimwerkerbereich gilt, dass entsprechende Hinweise berücksichtigt werden sollten. Nicht zuletzt macht dort auch die Erfahrung klug – -eine Vorgehensweise, die im industriellen Bereich freilich nicht angewendet werden kann.

Verbindungen von Hybridmaterialien

Inzwischen gibt es sogar angepasste Verbindungstechniken für Kunststoff und Metall, wobei diese in den Bereich der hybriden Verbindungen zählen.

Die Anwendungen dafür sind zahlreich und reichen vom Automobilbau über die Elektrotechnik bis hin zur Energietechnik.

Meist handelt es sich um komplexe Strukturen, die miteinander zu verbinden sind. Wichtig ist dabei immer, dass das jeweilige Verbindungsstück aus dem passenden Material gewählt wird.

Dieses muss zur Funktionalität des Bauteils und zu den Eigenschaften der Werkstücke passen. Die größte Herausforderung sind dabei die oft verschiedenen Schmelztemperaturen der Werkstücke.

Sie weisen verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten auf und unterscheiden sich in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften.

Die Verbindungen müssen den gewünschten Belastungen entsprechen und in Einzelfällen unter anderem Schwingbelastungen aushalten.

Diese Anforderungen spielen zudem in der Industrie 4.0 eine wichtige Rolle, denn damit lassen sich Prozesse und Verbindungen parametergenau umsetzen.

Der Vorteil ist, dass die Eigenschaften der Materialien und Bauteile konkret abgespeichert werden können und so auch im Nachhinein noch nachvollziehbar sind.

Dies ist bei der Erstellung und Prüfung von Verbindungen von großer Wichtigkeit.