Touche´[[bild:Kleben.jpg]]== Allgemeines ==Kleben ist das Verbinden verschiedenartiger oder gleicher Werkstoffe durch Oberflächenhaftung mittels Klebstoffe. Klebverbindungen gehören zu der Gruppe der [[stoffschlüssige Verbindungen|stoffschlüssigen Verbindungen]]. Hier findet man die Kurzerklärung zu Ausdrücken aus dem Bereich [http://www.uhu.de/indexx.html Kleben] Klebeberatung--> Kleben von A-Z === Vorteile ===*Verbinden gleicher und verschiedenartiger Werkstoffe möglich*keine ungünstigen Werkstoffbeeinflussungen durch Ausglühen, Aushärten und Oxidieren*keine bzw. geringe thermische Werkstoffbeanspruchung und damit geringer Wärmeverzug*dichte, spaltfreie und isolierende Verbindung*keine Oberflächenschädigung*keine Kontaktkorrosion*keine Querschnittsminderung der Bauteile durch Löcher wie bei [[Schraubenverbindungen |Schrauben- ]] oder [[Nietverbindungen]] -> daraus ergibt sich auch eine Gewichtsminderung *kerbfreie Verbindungen der Bauteile*gleichmäßige Kraft- und Spannungsverteilung*schwingungsdämpfend*optisch anspruchsvolle Konstruktion möglich*Sandwichbauweise ermöglicht hohe Steifigkeit und Gewichtsersparnis (Leichtbau) === Nachteile ===*meist aufwendige Oberflächenbehandlung der [[Fügen |Fügeteile]] erforderlich*z. T. lange Abbindzeiten bis zur Endfestigkeit der Verbindung*vielfach Wärme zum Abbinden notwendig *Kriechneigung bei Langzeitbeanspruchung*geringe Schäl-, Warm- und Dauerferstigkeit*empfindlich gegen Schlag- und Stoßbelastung*zerstörungsfreies Prüfen der Verbindung vielfach nicht möglich ''Frage 1:'' Welche Vor- und Nachteile haben mit Wärme/Temperatur zu tun?[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_1|Antwort 1]] == Funktion ==Klebeverbindungen beruhen auf Adhäsion (Anziehungskräfte an den Grenzflächen zweier Stoffe) zwischen dem Klebstoff und den zu verklebenden [[Werkstoffe]]n und Kohäsion (Kräfte zwischen den Molekülen eines Stoffes) des Klebstoffes selber. Die Aufgabe des Klebstoffes ist es, in die Oberflächenrauhheit der [[Werkstoffe]] einzudringen und die zwischenmolekularen Kräfte (Adhäsion) zu aktivieren. Voraussetzung ist, dass der Klebstoff erst eine geringe [[Viskosität]] und Oberflächenspannung besitzt. Nach dem Abbinden muss er aber eine große [[Viskosität]] entwickeln, um eine hohe Kohäsion zu erreichen. ''Frage 2:'' Welche Vorausetzung benötigt der Klebstoff, um die zwischenmolekularen Kräfte zu aktivieren?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_2|Antwort 2]] == Art der Klebstoffe ==Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Klebstoffarten zu unterscheiden z.B. nach Anwendungstechnik . Laut [http://www.vdi.de/vdi/vrp/richtliniendetails/index.php?ID=1363373 VDI-Richtlinie 2229] werden Klebstoffe aber nach der Art des [http://de.wikipedia.welch org/wiki/Abbinden Abbindens] unterschieden: physikalisch abbindende und chemisch abbindende Klebstoffe. === Physikalisch abbindende Klebstoffe ===Es sind oftmals Lösungen von natürlichen oder synthetischen [http://de.wikipedia.org/wiki/Makromolekül makromolekularen] Grundstoffen in organischen [[Lösungsmittel| Lösungsmitteln]] bzw. in Dispersionsmittel. Das "Kleben" entsteht durch physikalische Vorgänge z. B. Ablüften des [[Lösungsmittel| Lösungsmittel]] vor dem Fügen, Erstarren der Klebstoffschmelze usw. Teilweise beruhen sie auch auf bestimmten chemischen Reaktionen der Grundstoffe z.B. mit dem Luftsauerstoff. Diese Kleber sind geeignet zum Verbinden von [[Metalle]]n mit porösen Werkstoffen wie Holz, Leder u.ä. Gänzlich ungeeignet sind sie bei der Verbindung zweier [[Metalle]], da der Ablüftvorgang dort stark beeinträchtigt bzw. nicht möglich ist (besonders bei großen Klebeflächen). Physikalisch abbindende Klebverbindungen sind thermoplastisch (unter Wärme verformbar) oftmals wärmeempfindlich. Sie haben unter Belastung eine stärkere Kriechneigung und ihre [[Lösungsmittel| Lösungmittel]]beständigkeit ist geringer als bei chemisch abbindenden Klebstoffen.  Man unterteilt physikalisch abbindende Klebstoffe in: '''Kontaktklebstoffe:''' werden auf beide zu verklebenden Teile aufgetragen. Nach dem Ablüften des [[Lösungsmittel| Lösungsmittels]] können die Teile unter hohem [[Druck]] miteinander verklebt werden. Dies geht aber nur innerhalb des Zeitraumes, in dem ein Glück Kontaktkleben möglich ist (Kontaktklebezeit gemäß [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Herstellerangaben]]). '''Schmelzklebstoffe:''': werden geschmolzen aufgetragen (Schmelztemperatur zwischen 150°C und 190°C). Die zu verklebenden Teile müssen vor der Erstarrung des Klebers gefügt werden. '''Plastisole:''' lösungsmittelfreie Klebstoffe, die bei einer Temperatur von 140°C bis 200°C abbinden. === Chemisch abbindende Klebstoffe ===Auch Reaktionsklebstoffe genannt, sind Klebstoffe auf Kunstharzbasis, welche durch die Reaktion mit geeigneten Stoffen ([[Katalysator]]) hohe Haftfestigkeit und Klebewirkung erreichen. Wegen des Zusammenwirkens des Grundstoffes (Bindemittel) und des Härters (Katalysator) werden sie auch Zwei-Komponenten-Kleber genannt. Das Abbinden wird durch den Katalysator, Einwirken erhöhter Temperaturen, Luftfeuchtigkeit oder bei anaerob (lt. Duden: ohne Sauerstoff lebend) abbindenden Klebstoffen durch Entziehen des [[Sauerstoff]]s ausgelöst.  Der Abbindvorgang kann Tage dauern, so dass es sinnvoll sein kann einen Beschleuniger einzusetzen (dritte Komponente).  Da keine Ablüftung notwendig ist, sind Reaktionsklebstoffe besonders geeignet, undurchlässige Werkstoffe, wie z.B. Metall, Glas, Keramik, Kunststoff zu verbinden. Allgemein lassen sich aber Werkstoffe aller Art miteinander verkleben.  Bei chemisch abbindenden Klebstoffen unterscheidet man: '''Polymerisationsklebstoffe''' (Ein- oder Zwei-Komponenten-Kleber): Durch den Katalysator wird die [http://de.wikipedia.org/wiki/Polymerisation Polymerisation] ausgelöst.Bei anaerob abbindenden Klebstoff bleibt die Klebewirkung aus, solange der Klebstoff mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, der [[Katalysator]] im flüssigen Klebstoff ist dann inaktiv.Die Reaktionszeit ist von der Katalysatormenge oder Temperaturänderungen beeinflussbar. '''Polyadditionsklebstoffe''' (Ein- oder Mehr-Komponenten-Kleber): Die Klebverbindung entsteht durch die Reaktion zweier chemisch unterschiedlichen, reaktionsfähigen Stoffe. Sie werden im [http://de.wikipedia.org/wiki/Stöchiometrisch stöchiometrischen] Verhältnis miteinander vermischt.  '''Polykondensationsklebstoffe:''' reagieren unter [[Druck]] von <=4 N/mm² indem sich flüchtige Stoffe abspalten bei einer Abbindtemperatur von ca. 120°C bis 160°C . ''Frage 3:'' Was ist der Unterschied zwischen physikalisch abbindenden und chemisch abbindenden Klebstoffen?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_3 |Antwort 3]] == Haltbarkeit/Beständigkeit == === [[Zeitstand]]s- und Dauerfestigkeit ===Bei konstanter Dauerlast neigt der Klebstoff zu plastischer Verformung (Kriechneigung). Dies ist abhängig von der Belastungshöhe, Temperatur, Eigenschaften der Fügeteile und den Zustand des ausgehärteten Klebstoffes. Bei [[Zeitstand]]sbelastungen kann bereits eine wesentlich geringe Belastung als im Kurzzeitversuch (statische Bruchlast) zum Bruch führen. Es besteht also ein Zusammenhang zwischen der Belastungshöhe und Lebensdauer (je höher die Belastung je geringer die Lebensdauer).  Genaue Angaben liegen über Dauerfestigkeit nicht vor. Deshalb ist es empfehlenswert, besonders bei Großserienfertigung, den [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Klebstoffhersteller]] in die spezielle Problemlösung einzubinden. === Korrosionsbeständigkeit ===Die Beständigkeit gegenüber von [[Lösungsmittel]]n (z.B. [[Aceton]], Benzin, [[Alkohol]]) und anderen Flüssigkeiten (z.B. Öl, Wasser, [[Lauge]]n) ist bei den Reaktionsklebstoffen besser als bei den Lösungsmittelklebstoffen. Doch bei längeren Einwirkungen von Wasser kommt es bei einigen Klebstoffarten, besonders bei erhöhten Temperaturen zu Festigkeitsminderungen (Beeinträchtigung der Adhäsion und Kohäsion). === Alterungsbeständigkeit ===Die Alterungsbeständigkeit ist abhängig *von der Art des Klebstoffes,*den zu verbindenden Werkstoffen,*der Oberflächenvorbehandlung und*ganz besonders von den Umwelteinflüssen === Warmfestigkeit ===Die Festigkeit der Klebstoffe ist stark temperaturabhängig. Warmabbindende Klebstoffe haben ein günstigeres Verhalten als Kaltabbindende. Kurzzeitige Temperaturbeanspruchungen sind bei einigen Klebern unter Berücksichtigung der der Festigkeitsminderung möglich. Die zulässige Dauertemperatur liegt je nach Klebstoff zwischen +80°C und +150°C. ''Frage 4:'' Welcher Zusammenhang besteht zwischen Belastungshöhe und Belastungsdauer einer Klebverbindung?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_4|Antwort 4]] == Herstellen von Klebverbindungen==Hier können nur ein paar allgemein gültige Angaben gemacht werden. Es sind immer die Vorgaben des [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Herstellers]] zu beachten! === Vorbereitung der Klebflächen ===Glatte Oberflächen müssen aufgerauht werden z.B. durch Sandstrahlen.Die Klebeflächen müssen außerdem von Schmutz, Oxidschichten, Rost oder von Fett befreit werden, damit die Adhäsion des Klebstoffs gleichmäßig zum Tragen kommt.  === Klebvorgang === Bei Lösungsmittelklebstoffen wird der Kleber gleichmäßig auf die Klebflächen verteilt (nach [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Herstellerangaben]]!). Der größte Teil des [[Lösungsmittel]] verdunstet und der Grundstoff kann sich durch Adhäsion mit der Klebfläche verbinden (Abbinden). Die zu verklebenden Teile werden dann unter [[Druck]] zusammen gefügt und die Klebkraft wird durch die Kohäsion der Klebstoffteilchen herbeigeführt. Wichtig ist es, den richtigen Zeitpunkt der Kontaktklebzeit zu finden. Das vollständige Ablüften des [[Lösungsmittel]]s und das wir uns nicht Erreichen der gesamten Klebkraft dauert in der Regel 1 - 3 Tage. Reaktionsklebstoffe werden auf die Klebflächen aufgetragen und können gleich miteinander verbunden werden. Die Reaktion der Klebstoffkomponenten setzt sofort nach dem Verbinden ein. Das Abbinden dauert je nach Klebstoff wenigen Minuten oder aber mehrere Tage. Lange Abbinddauer läßt sich durch Verwendung eines Beschleunigers verringern. ''Frage 5:'' Welche Vorbereitungen müssen für eine Klebverbindung getroffen werden?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_5 |Antwort 5]] == Dimensionierung ===== Auslegung/Gestaltung ===Grundvorraussetzung ist eine klebgegerechte Konstruktion und die Wahl des richtigen Klebers (siehe z.B RM TB 4-2).Desweiteren gilt*Überlappungsverbindungen bevorzugen*kleine Klebeflächen vermeiden*Schäl- und Biegebeanspruchung vermeiden*nur auf Scher-, Druck- und Zugbeanspruchung belasten Weitere Konstruktionshinweise finden sich im [http://www.konstruktionsatlas.de/index.htm?verbindungstechnik/fuegen/kleben/kleben_konstr.htm Konstruktionsatlas] === Abmaße ===Im Allgemeinen gilt:Je größer die Klebefläche desto größer die übertragbaren Kräfte. === Kräfte ===Klebverbindungen sind vorzugsweise auf [[Druck]]/Zug oder Scherung zu belasten. Es sollten Biege- und Schälbelastungen vermieden werden!  === Berechnung ===Da viele Einflussfaktoren vom verwendeten Klebstoff abhängen (schwer erfassbar), sind Berechnungen nur Richtwerte. Darum ist es wichtig, sich an die Vorgaben des [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Herstellers]] zu halten! ==== Kräfte ==== [[Bild:Klebverb_formel.jpg]] Verweis: R/M Formeln 4-4 bzw. 4-5 F_max : maximal übertragbare Kraft der Klebverbindung in N A_Kl : Klebfugenfläche in mm²  &sigma;_KB : statische Bindefestigkeit (Zugfestigkeit) in N/mm²&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Verweis: R/M - TB 4-2 &tau;_KB : statische Bindefestigkeit (Zugscherfestigkeit) in N/mm²&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Verweis: R/M - TB 4-2 S: Sicherheit b : Klebfugenbreite in mm l_ü : Überlappungslänge t : kleinste Bauteildicke  Zugkraft: [[Bild:Klebverb Zugkraft.JPG]] Zugscherkraft: [[Bild:Klebverb Zugscherkraft.JPG]] ''Frage 6:'' Welche Vorgaben muss man bei der Gestaltung einer Klebverbindung beachten?  [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_6|Antwort 6]] ==== Übungsaufgabe ========= Aufgabe 1 =====[[Bild:Klebverb Zugscherkraft.JPG|right]]Zwei Bauteile sollen so miteinander verklebt werden, dass sie eine Schubkraft (Zugscherkraft) von 500 N bei Zimmertemperatur (ca. 20°C) halten können. Zum Kleben wird Loctite 638 verwendet, außerdem hat der Konstrukteur eine dreifache Sicherheit bestimmt.* Wie groß muss die Überlappungslänge l_ü sein, wenn die Klebefläche quadratisch ist? Benutze zur Lösung die Roloff/Matek Formelsammlung und Tabellen.* [[Klebverbindungen: Antworten#L.C3.B6sung_f.C3.BCr_.C3.9Cbungsaufgabe|Lösung]] Vorschlag:<br>Berechne diese Aufgabe alternativ als [[L%C3%B6tverbindungen#.C3.9Cbungsaufgabe_2:|Lötverbindung]] und vergleiche die erforderliche Überlappungslänge. ===== Aufgabe 2 =====Bei einem Zugversuch am Prüfstab ergab sich eine Bruchlast F_m = 5,2 kN. Wie groß ist die Bindefestigkeit &tau;_KB des verwendeten Reaktionsklebstoffes? [[Bild:Klebverb_zugversuch1.jpg]] * [[Klebverbindungen: Antworten#L.C3.B6sung_f.C3.BCr_.C3.9Cbungsaufgabe|Lösung]] ===== Aufgabe 3 =====Zur Feststellung der Bindezugfestigkeit wurde der Prüfkörper zügig bis zur Bruchlast (Zerreißkraft) F_m=36,8 kN auf Zug beansprucht. Welche Bindefestigkeit &sigma;_KB der Klebverbindung ergab sich bei dem Versuch? [[Bild:Klebverb_bindezugfest.jpg]] == Sicherheit ===== Bei der Anwendung ===Klebstoffe sind [[Chemikalien]] und können dem menschlichen Körper durch Verschlucken, Einatmen und Hautkontakt gesundheitlich beeinträchtigen. Personen, die mit Klebstoffen arbeiten, müssen über die richtige Handhabung informiert sein. Sicherheitsdatenblätter kann man bei jedem [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Klebstoff-Lieferanten]] anfordern. === Belastbarkeit ===Man sollte Klebverbindungen nur auf Scher-, Zug- oder Druck belasten. Wie groß die auftretenden Kräfte sein dürfen, läßt sich berechnen. Dies sind aber nur Richtwerte! Es ist oft ratsam, genaue Informationen über den passenden Klebstoff und die Belastbarkeit beim [[Klebverbindungen#Hersteller.2FLieferanten|Klebstoffhersteller]] erfragen. [[Bild:Klebverb Belastung.jpg]] ''Frage 7:'' Was ist bei der Anwendung von Klebstoffen sicherheitstechnisch zu beachten?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_7 |Antwort 7]] == Einsatzgebiet ===== Anwendungen ===Klebstoffe bzw. Klebverbindungen sind fast überall vertreten, zwei interessante Einsatzgebiete sind die Medizin- und Elektrotechnik: neben der benötigten Klebkraft und Haltbarkeit spielen auch toxikologische Gesichtspunkte und Sterilisationsbeständigkeit bzw. elektrische Eigenschaften nach dem Aushärten eine wichtige Rolle. === Verwendung ===Es gibt inzwischen viele Verwendungsmöglichkeiten in Bayern befinden der Industrie, zum Beispiel:* Schraubensicherung* Gewinde- und Flächendichten* Fügen von Welle- und Nabenverbindungen* Verbinden von unterschiedlichen [[Werkstoffe]]n ''Frage 8:'' Welche Verwendungsmöglichkeiten gibt es bei Klebverbindungen?* [[Klebverbindungen: Antworten#Frage_8 |Antwort 8]] == Kosten ==Bei gleichen Voraussetzungen und Belastungen kann man davon ausgehen, dass Klebverbindungen ein Drittel weniger Kosten als [[Schweißverbindungen |Schweiß-]] bzw [[Lötverbindungen |Lötverbindungen]] verursachen. Es begründet so, dass für die Herstellung von [[Schweißverbindungen |Schweiß-]] und [[Lötverbindungen |Lötverbindungen]] mehr Arbeitsgänge notwendig sind, bzw Ressourcen verbraucht werden (Strom, Material). == Normung ===== DIN-Normen === Auswahl: [[DIN]] 8593 Fertigungsverfahren [[Fügen|Fügen]];Kleben; Einordnung, Unterteilung, Begriffe [[DIN]] 16920 Klebstoffe; Klebstoffverarbeitung, Begriffe [[DIN]] 53281 Teil 1-3 Prüfung von Metallklebstoffen und Metallklebungen  [[DIN]] EN 923 Klebstoffe - Benennungen und Definitionen [[DIN]] EN ISO 9664 Klebstoffe - Verfahren zur Prüfung der Ermüdungseigenschaften von Strukturklebungen bei Zugscherbeanspruchung ===VDI-Richtlinien=== Auswahl: [http://www.vdi.de/vdi/vrp/richtliniendetails/index.php?ID=1363373 VDI 2229] Metallkleben; Hinweise für Konstruktion und Fertigung [http://www.vdi.de/vdi/vrp/richtliniendetails/index.php?ID=1374938 VDI 3821] Kunststoffkleben == Weblinks ===== Hersteller/Lieferanten ===*[http://www.3m-klebetechnik.de 3M]*[http://www.loctite.de Loctite]*[http://www.sika.de/ Sika]*[http://uhu.de UHU]*[http://www.weicon.de/produkte/default.html Weicon] === Sonstige ===*[http://www.quarks.de/kleben/kleben.pdf Kleben -Script zur WDR-Sendereihe "Quarks & Co" (PDF-Datei)] == Quellen ==Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag, 7. Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6, Schal, Willy (Hrsg.):Fertigungstechnik 2, Handwerk + Technik GmbH, 9. Auflage, ISBN 3-582-02313-3  "Das Loctite - Handbuch" , 2.Auflage (nicht im freien Handel erhältlich) [[Benutzer:Talea|Talea]] [[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]][[Kategorie:Fertigungstechnik]]