Formschlüssigkeit

Die Verbindungstechnik kennt drei mechanische Verbindungsarten: die kraftschlüssigen, formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindungen.

Kraftschluss

Kraftschlüssige Verbindungen entstehen durch die Anwendung von Kraft, welche durch geeignete Vorspannung erzeugt wird. Dazu zählen z. B. Druckkräfte oder Reibungskräfte. Der Zusammenhalt der kraftschlüssigen Verbindung wird rein durch Haftkraft gewährleistet. Die zu übertragenden Kräfte treten beim Kraftschluss tangential zu den beteiligten Flächen der Verbindungspartner auf. Zugkräfte können mit kraftschlüssigen Verbindungen nur übertragen werden, solange die Haftkraft größer/gleich ist als die Zugkraft.

$F_{Zug} \leq F_{Haft} = \mu \cdot F_{N}$

$F_{Zug}\$  : Zugkraft

$F_{Haft}\$ : Haftreibungskraft

$\mu\$  : Reibungskoeffizient

$F_N\$  : Normalkraft

So zum Beispiel zwischen Rad und Straße beim Fahren.

Schraubverbindungen (hier zwischen Schiene und Schienenstuhl)

Schraubverbindungen sind meist kraftschlüssige Verbindungen. Die zwei verbunden Teile können gegeneinander nicht verschoben werden, weil die Normalkraft auf die berührenden Flächen durch die Zugkraft der Schraube erhöht wird und damit die Reibungskraft verstärkt wird. Die Schraube verhindert auch ein Abheben, dies ist aber ein Formschluss.

• Keilen
• Klemmen
• Federklemme
• Schrauben
• Verknoten (kann auch formschlüssig sein)
• Pressen (kann auch stoffschlüssig sein)

Formschluss

Nietverbindungen einer alten Bahnbrücke

Kreuzknoten

Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Beim Formschluss werden die Kräfte, welche durch die Betriebsbelastung verursacht werden, normal, d. h. rechtwinklig zu den Flächen der beiden Verbindungspartnern übertragen. Durch die mechanische Verbindung können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Beispiele sind Nietverbindungen und Klauenkupplungen.

Außerdem entstehen durch die Normalkräfte in den Verbindungpunkten keine verschiebenden Querkräfte, es gibt keinen Schlupf – typische Anwendung ist in den Getrieben (Zahnrad).

Eine Schraubverbindung ist rein formschlüssig, wenn die Schraube keine Druckkräfte auf die zu verbindenden Teile ausübt. Dabei wird die Schraube entweder auf Zug oder auf Abscheren beansprucht. Auch zwei V-förmig eingeschlagene Nägel sind eine formschlüssige Verbindung. Der Kraftschluss verhindert hier hauptsächlich das Herausfallen der Nägel. Größtenteils sind formschlüssige Verbindungen lösbar.

Beispiele:

• lösbar:
  • Schnappverbindungen
  • Nut-Feder-Verbindung, Spundung
  • Schwalbenschwanzverbindung
  • Passfeder
  • Verknoten (kann auch kraftschlüssig sein)
  • Zahnrad, Zahnkranz, Zahnstange – meist als Passverzahnung ausgeführt (Siehe auch: Verzahnungsgesetz)
  • Eisenbahnkupplung
  • Verbindungsbeschlag
• nicht lösbar, teils auch mit kraftschlüssigen Anteilen:
  • Niete
  • Durchsetzfügen
  • Verstiften
  • Klebeanker

Stoffschluss

Elektroden-Schweißnaht vor und nach der Bearbeitung mit Schlackenhammer und Drahtbürste (von links)

Stoffschlüssige Verbindungen werden alle Verbindungen genannt, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen:

• Löten
• Schweißen
• Kleben
• Vulkanisieren
• Pressen (kann auch kraftschlüssig sein)

Siehe auch

• Verbindungstechnik (Elektrotechnik)

Weblinks

• Konstruktionsatlas (Maschinenbau)
• Lösbare Verbindungen - Schrauben und deren Zeichnungen