Dieser Artikel enthält sehr viele Informationen rund um das Thema Kleben. .....
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<td height="32" bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen#Auslegung.2FGestaltung.2FBerechnung:| HIER KLICKEN!]]</div></td>
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=== Was ist Kleben:===Unter Kleben (nach DIN 16920) ist das oftmals nicht lösbare Verbinden</Fügen zwischen verschiedenenoder gleichen Werkstoffen/Materialien zu verstehen. Das Verbinden/Fügen geschieht mit Hilfe einesKlebstoffes, welcher auf die Werkstoffe/Materialien aufgetragen oder zwischen ihnen eingebracht wird.Kleben ist somit eine feste und dauerhafte Oberflächenverbindung.div>
==Allgemeines==
=== Was ist ein Klebstoff: ===Definition des Klebstoffes nach DIN 16920: Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer flüssiger, plastischeroder fester Stoff der Fügeteile unterschiedlicher oder gleicher Materialien durch Flächenhaftung(Adhäsion) und innerer Festigkeit (Kohäsion) zeitweise oder dauerhaft miteinander verbinden kann.=== <u>Geschichtliches </u>===
<p><u>Kurzer Exkurs über die geschichtliche Entwicklung der Klebstoffe:</u></p>
<td width="81%" bgcolor="#E6E6E6"><p>Sumerer und Ägypter, benutzten für ihre Tempel mit Asphalt. Weitere Rohstoffe aus denen sie Klebstoff gewinnen konnten waren: Erdpech und Baumharz. </p></td>
<td width="81%" bgcolor="#E6E6E6"><p>Entwicklung der Polyacrylate, [[Harnstoff]]-Formaldehydharze, Polyurethane, Polychloroprene </p></td>
</tr>
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</tr>
</table>
<br />
===<u>Was versteht man eigentlich unter Kleben ?</u>===
Unter Kleben (nach [[DIN]] 16920) ist das oftmals nicht lösbare Verbinden/[[Fügen]] zwischen verschiedenen
oder gleichen Werkstoffen/Materialien zu verstehen. Das Verbinden/[[Fügen]] geschieht mit Hilfe eines
Klebstoffes, welcher auf die Werkstoffe/Materialien aufgetragen oder zwischen ihnen eingebracht wird.
Kleben ist somit eine feste und dauerhafte Oberflächenverbindung.
===<u>Was ist ein Klebstoff?</u>===
=== Vorteile ===Definition des Klebstoffes nach DIN 16920: Ein Klebstoff ist ein nicht [[metall]]ischer flüssiger, plastischeroder fester Stoff der Fügeteile unterschiedlicher oder gleicher Materialien durch Flächenhaftung(Adhäsion) und innerer Festigkeit (Kohäsion) zeitweise oder dauerhaft miteinander verbinden kann.
1.3===<u>Vorteile:- verbinden unterschiedlicher (unterschiedlichster) Werkstoffpaarungen möglich- ungünstige Werkstoffbeeinflussungen durch Oxidieren, Aushärten und Ausglühen entfallen- geringer thermischer Verzug aufgrund keiner bzw. nur gering vorliegender thermischerWerkstoffbeanspruchung- keine Kontaktkorrosion- keine Oberflächenbeschädigungkraft- und Spannungsverteilung ist gleichmäßig- optisch anspruchsvolle Konstruktion möglich- schwingungsdämpfend- hohe Steifigkeit und Gewichtsersparnis aufgrund von Sandwichbauweise (Leichtbau)- Verbindungen sind dicht, spaltfrei und isolierend- Querschnittsminderung der Bauteile aufgrund von Löchern für Schraubverbindungen oderNietverbindungen entfällt. Daraus ergibt sich </u.U. auch eine Gewichtsminderung.>===
=== Nachteile ===* verbinden unterschiedlicher (unterschiedlichster) Werkstoffpaarungen möglich* ungünstige Werkstoffbeeinflussungen durch Oxidieren, Aushärten und Ausglühen entfallen* geringer thermischer Verzug aufgrund keiner bzw. nur gering vorliegender thermischer Werkstoffbeanspruchung* keine Kontaktkorrosion* keine Oberflächenbeschädigung* kraft- und Spannungsverteilung ist gleichmäßig* optisch anspruchsvolle Konstruktion möglich* schwingungsdämpfend* hohe Steifigkeit und Gewichtsersparnis aufgrund von Sandwichbauweise (Leichtbau)* Verbindungen sind dicht, spaltfrei und isolierend* Querschnittsminderung der Bauteile aufgrund von Löchern für Schraubverbindungen oder Nietverbindungen entfällt. Daraus ergibt sich u.U. auch eine Gewichtsminderung.
1.4===<u>Nachteile:</u>===
Nachteile:- * häufig ist eine aufwendige Oberflächenbehandlung erforderlich- * u.U. lange Abbindezeiten bis zur Endfestigkeit der Verbindung- * vielfach Flächendruck Flächen[[druck]] und Wärme zum abbinden notwendig- * geringe Schäl-, Warm-, Dauerfestigkeit- * oft kein Zerstörungsfreies zerstörungsfreies Prüfen der Verbindung möglich- * empfindlich gegen Schlag und Stoßbelastung<br />
Da die Adhäsionskräfte nur eine minimale Reichweite haben (molekulare Größenordnung) und
Oberflächen im mikroskopischen Bereich eher zerklüftet und rauh sind, kommen sich zwei Materialien in
Spiel. Die benötigte Adhäsion ist gegeben und wenn ein Klebstoff aushärtet erhält er die nötige Kohäsion.
== 3. Einteilung von Klebstoffen ==
Klebstoffe können nach vielen verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt werden. z.B.
Abbindens eingeteilt:
<div style="text-align: center;">
[[Bild:einteilung.jpg]]
</div>
===<u>physikalisch abbindende Klebstoffe:</u>===
<p>Diese Arten der Klebstoffe sind häufig eine Lösung von natürlichen und makromolekularen Grundstoffen (z.B. [http://de.wikipedia.org/wiki/Kunstharz#Kunstharz Kunstharze], [http://de.wikipedia.org/wiki/Cellulosenitrat Nitrozellulose] oder [http://de.wikipedia.org/wiki/Kautschuk Kautschuk]) in organischen Lösemitteln (insb. [[Kohlenwasserstoffe|Kohlenwasserstoffe]]) bzw. Dispersionsmittel.</p>
<p>
Die Klebeschicht entsteht durch physikalische Vorgänge wie das Ablüften des [[Lösungsmittel]]s vor dem [[Fügen]], erstarren der Klebstoffschmelze oder Gelieren (bei einem mehrphasigen System).</p>
<p>
Diese Kleber sind besonders geeignet um [[Metalle]] (undurchlässiges Werkstoffe) mit porösen Werkstoffen wie z.B. Holz zu verbinden. Hingegen sind sie ungeeignet um zwei undurchlässige Werkstoffpaarungen wie z.B. [[Metall]] – [[Metall]] zu verbinden, da bei größeren Klebeflächen ein ausreichendes Ablüften und somit eine gute Bindung nicht möglich ist. </p>
<p>
Physikalisch abbindende Klebstoffe sind thermoplastisch und sind somit wärmeempfindlich, sie haben eine erhöhte Kriechneigung und sind anfälliger gegen Lösungsmittel als chemisch abbindende Klebstoffe.<br />
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Sie werden unterteilt in:</p>
<p><br />
<em><u>Kontaktklebstoff:</u></em> wird beidseitig auf die Oberflächen aufgetragen und nach Ablüften des Lösungsmittels innerhalb der Kontaktklebzeit (Herstellerangaben beachten) unter (starkem) [[Druck]] gefügt.</p>
<p><br />
<em><u>Schmelzklebstoff:</u></em> wird in geschmolzenem Zustand ca. 150°C – 190°C aufgetragen und die Teile müssen vor erstarren der „Schmelze“ gefügt werden. (Bp. Heissklebepistole)</p>
<p><br />
<em><u>Plastisole:</u></em><strong></strong> sind lösungsmittelfreie Klebstoffe die bei einer Temperatur von 140°C bis 200°C abbinden.</p>
=== 3.1 physikalisch abbindende Klebstoffe: (Lösungsmittel-/Dispersionsklebstoffe)===Diese Arten der Klebstoffe sind häufig eine Lösung von natürlichen und makromolekularen Grundstoffen(z.B. Kunstharze, Nitrozellulose oder Kautschuk) in organischen Lösemitteln (insb. Kohlenwasserstoffe)bzw. Dispersionsmittel.Die Klebeschicht entsteht durch physikalische Vorgänge wie das Ablüften des Lösungsmittels vor demFügen, erstarren der Klebstoffschmelze oder Gelieren (bei einem mehrphasigen System).Diese Kleber sind besonders geeignet um Metalle (undurchlässiges Werkstoffe) mit porösen Werkstoffenwie z.B. Holz zu verbinden. Hingegen sind sie ungeeignet um zwei undurchlässige Werkstoffpaarungenwie z.B. Metall – Metall zu verbinden, da bei größeren Klebeflächen ein ausreichendes Ablüften und somiteine gute Bindung nicht möglich ist.Physikalisch abbindende Klebstoffe sind thermoplastisch und sind somit wärmeempfindlich, sie haben eineerhöhte Kriechneigung und sind anfälliger gegen Lösungsmittel als chemisch abbindende Klebstoffe.Sie werden unterteilt in:Kontaktklebstoff: wird beidseitig auf die Oberflächen aufgetragen und nach Ablüften des Lösungsmittelsinnerhalb der Kontaktklebzeit (Herstellerangaben beachten) unter (starkem) Druck gefügt.Schmelzklebstoff: wird in geschmolzenem Zustand ca. 150°C – 190°C aufgetragen und die Teile müssenvor erstarren der „Schmelze“ gefügt werden. (Bp. Heissklebepistole)Plastisole: sind lösungsmittelfreie Klebstoffe die bei einer Temperatur von 140°C bis 200°C abbinden.Beispiele:Klebstofftyp Beispiel Bedingungen Kompo-nenten AbbindetemperaturLösungsmittelDispersionsmittelAnwendungSchmelz-klebstoff Polyester,1 warm ohne Papier, Textilien,Leder, KunststoffePlastisol-klebstoff PVC +Weichmacherund Haftvermittler1 warm ohne Metalle,KeramikKontakt-klebstoff Poly-chloropen 1 kalt verdunsten vordem KlebenHolz, Gummi,Kunststoffe,Metalle=== 3.2 <u>chemisch abbindende Klebstoffe: (Reaktionsklebstoffe)</u>===Reaktionsklebstoffe sind Klebstoffe, die durch zugesetzten Härter (Katalysator) oder weitereKomponenten chemische Reaktionen auslösen, und somit sehr feste und dauerhafte Verbindungeneingehen. Meist werden Reaktionsklebstoffe aus zwei Stoffen zusammengemischt Grundstoff (Bindemittel)und Härter (Katalysator) daher werden sie auch Zwei-Komponenten-Kleber genannt. (bestehend ausEpoxidharzen, Acrylatharzen und weiteren Harzen). Weiter gibt es bei den Reaktionsklebstoffen dieGruppe der „Ein-Komponentenklebstoffe“ aus Cyanacrylat. (Sekundenkleber) Diese Klebstoffe benötigeneine „unsichtbare“ zweite Komponente, die Feuchtigkeit, die sie aus der Umgebungsluft beziehen. ImAllgemeinen gilt das abbinden der Reaktionsklebstoffe wird durch einen Katalysator, einwirken erhöhterTemperatur, Luftfeuchtigkeit oder durch entziehen des Sauerstoffes (anaerob) in gang gesetzt.Da Reaktionsklebstoffe keine Lösungsmittel enthalten sind sie deshalb besonders geeignet für glatte, nichtporöse und feste Materialien wie z.B. Glas, Metalle, Keramik, Kunststoffe und Gummi. Die Klebestellensollten aber vor dem Fügen durch anschleifen von anhaftenden Oxidschichten befreit werden.Insbesondere gilt dies für Gummi, da es durch Einwirkung von UV-Strahlen und Ozon geschädigt wird undkeine klebefähige Schicht mehr hat.Da die Abbindung u.U. Tage dauert ist es sinnvoll eine weitere dritte Komponente einen Beschleunigerhinzuzufügen.Reaktionsklebstoffe werden unterteilt in:Polymerisationsklebstoffe: (Ein- oder Zweikomponentenkleber) Die Polymerisation wird durch die Reaktionmit dem Katalysator ausgelöst. Bei den anaerob abbindenden Klebstoffen bleibt die Reaktion aus, solangeder Katalysator im Flüssigen Klebstoff mit Sauerstoff in Berührung kommt. Durch die Katalysatormengeund Temperaturänderungen ist die Reaktionszeit beeinflussbar.Polyadditionsklebstoffe: (Ein- oder Mehrkomponentenkleber) Durch die Reaktion von mindestens zweichemisch unterschiedlichen und reaktionsfähigen Stoffen, welche im stöchiometrischen Verhältnismiteinander gemischt werden entstehen diese Klebstoffe.Polykondensationsklebstoffe: reagieren bei einem Anpressdruck ≥0,4 N/mm2 unter abspalten flüchtigerStoffe und einer Abbindetemperatur von ca. 120°C bis 160°CBeispiele:Kunststofftyp ReaktionsbedingungenAnzahl derKomponentenAbbindetemperaturReaktionsprodukteAnwendungEpoxid +Säureanhydride 2 warm Metalle, Keramik,KunststoffeEpoxid +Polyamine 2 kalt Metalle, Keramik,KunststoffePolysocyanate +Polyole 2 Kalt Metalle, Keramik,KunststoffeCyanacrylate 1 Kalt Metalle, Keramik,Kunststoffe,GummiMethacrylate 1 Kalt MetalleHarnstoffFormaldehyd+Styrol oderMethacrylate2 Kalt bleiben in derKlebeschichtMetalle,Keramik,KunststoffeSilicon-Harze + Feuchtigkeit 1 Kalt verdunstenbeim KlebenKeramik
<p>Reaktionsklebstoffe sind Klebstoffe, die durch zugesetzten Härter ([[Katalysator]]) oder weitere Komponenten [[chemische Reaktionen]] auslösen, und somit sehr feste und dauerhafte Verbindungen eingehen. Meist werden Reaktionsklebstoffe aus zwei Stoffen zusammengemischt Grundstoff (Bindemittel) und Härter ([[Katalysator|Katalysator]]) daher werden sie auch Zwei-Komponenten-Kleber genannt. (bestehend aus Epoxidharzen, Acrylatharzen und weiteren Harzen). Weiter gibt es bei den Reaktionsklebstoffen die Gruppe der „Ein-Komponentenklebstoffe“ aus Cyanacrylat. ([[Sekundenkleber]]) Diese Klebstoffe benötigen eine „unsichtbare“ zweite Komponente, die Feuchtigkeit, die sie aus der Umgebungsluft beziehen. Im Allgemeinen gilt das abbinden der Reaktionsklebstoffe wird durch einen Katalysator, einwirken erhöhter Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder durch entziehen des Sauerstoffes (anaerob) in gang gesetzt.<br> <br> Da Reaktionsklebstoffe keine [[Lösungsmittel]] enthalten sind sie deshalb besonders geeignet für glatte, nicht poröse und feste Materialien wie z.B. [[Glas]], [[Metalle]], Keramik, [[Kunststoffe]] und Gummi. Die Klebestellen sollten aber vor dem Fügen durch anschleifen von anhaftenden Oxidschichten befreit werden. Insbesondere gilt dies für Gummi, da es durch Einwirkung von [http://de.wikipedia.org/wiki/Ultraviolettstrahlung UV-Strahlen] und [[Ozon|Ozon]] geschädigt wird und keine klebefähige Schicht mehr hat. <br> Da die Abbindung u. U. Tage dauert ist es sinnvoll eine weitere dritte Komponente einen Beschleuniger hinzuzufügen.<br> <br> Reaktionsklebstoffe werden unterteilt in:</p><p><br> <em><u>Polymerisationsklebstoffe: </u></em><strong></strong>(Ein- oder Zweikomponentenkleber) Die Polymerisation wird durch die Reaktion mit dem [[Katalysator|Katalysator]] ausgelöst. Bei den anaerob abbindenden Klebstoffen bleibt die Reaktion aus, solange der [[Katalysator|Katalysator]] im Flüssigen Klebstoff mit Sauerstoff in Berührung kommt. Durch die Katalysatormenge und Temperaturänderungen ist die Reaktionszeit beeinflussbar.</p><p><br> <em><u>Polyadditionsklebstoffe: </u></em><strong></strong>(Ein- oder Mehrkomponentenkleber) Durch die Reaktion von mindestens zwei chemisch unterschiedlichen und reaktionsfähigen Stoffen, welche im [[Stöchiometrie|stöchiometrischen]] Verhältnis miteinander gemischt werden entstehen diese Klebstoffe.<strong></strong></p><p><br> <em><u>Polykondensationsklebstoffe</u></em><em>:</em> reagieren bei einem Anpressdruck ≥0,4 N/mm2 unter abspalten flüchtiger Stoffe und einer Abbindetemperatur von ca. 120°C bis 160°C.</p><p><br> <u>Beispiele:</u></p><table border="1" cellpadding="0" width="98%"> <tr> <td width="20%" valign="top"><div align="center"><strong>Kunststofftyp</strong> </div></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center"><strong>Reaktions-</strong> <br> <strong>bedingungen</strong></p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center"><strong>Anzahl der</strong> <br> <strong>Komponenten</strong></p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center"><strong>Abbinde-</strong> <br> <strong>temperatur</strong></p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center"><strong>Reaktions-</strong> <br> <strong>produkte</strong></p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center"><strong>Anwendung</strong> </p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Epoxid</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">+Säureanhydride</p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">2</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">warm</p></td> <td width="15%" valign="top"><p> </p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]], Keramik, <br> Kunststoffe</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Epoxid</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">+Polyamine</p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">2</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p> </p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]], Keramik, <br> Kunststoffe</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Polysocyanate</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">+Polyole</p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">2</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">Kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p> </p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]], Keramik, <br> Kunststoffe</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign=4"top"><p align="center">[http://de.wikipedia. org/wiki/Cyanoacrylate Cyanacrylate]</p></td> <td width="17%" valign="top"><p> </p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">1</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">Kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p> </p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]], Keramik, <br> Kunststoffe, Gummi</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Methacrylate</p></td> <td width="17%" valign="top"><p> </p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">1</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">Kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p> </p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]]</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Harnstoff<br> Formaldehyd</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">+[[Styrol]] oder <br> Methacrylate</p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">2</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">Kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">bleiben in der <br> Klebeschicht</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">[[Metalle]], Keramik, <br> Kunststoffe</p></td> </tr> <tr> <td width="20%" valign="top"><p align="center">Silicon-Harze</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">+ Feuchtigkeit</p></td> <td width="16%" valign="top"><p align="center">1</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">Kalt</p></td> <td width="15%" valign="top"><p align="center">verdunsten <br> beim Kleben</p></td> <td width="17%" valign="top"><p align="center">Keramik</p></td> </tr></table><br /> ==Klebverbindungen herstellen:==
Aufgrund der großen Vielfalt von Klebstoffen mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften kann man nur
allgemeine Richtlinien angeben. Für die richtige Verarbeitung und Anwendung eines Klebstoffes sind
'''Klebgerecht konstruieren und richtige Wahl des Klebers ''' (siehe RM TB 5-2)
Weiter ist zu beachten:
- * Klebefläche ausreichend dimensionieren (Überlappungen bevorzugen)- * Scherbeanspruchung in der Klebefuge anstreben- * Zugbeanspruchung nur in besonderen Fällen zulassen- * Fugenspalt so klein wie möglich halten- * Schälbeanspruchung unter allen Umständen vermeiden (konstruktive Maßnahmen z.B.Versteifungen)- * Schutz vor Witterung und Feuchtigkeit (z.B. Lacküberzug)<br />Zugbeanspruchung Scherbeanspruchung Schälbeanspruchung<br />günstig günstig ungünstig <div style="text- vermeidenalign: center;">[[Bild:beanspruchung1.jpg]]</div>
Beispiel für eine Klebgerechte Konstruktion wenn Stumpf an Stumpf liegt:
Ungünstiggeringe Fläche<div style="text-align: center;">Günstig[[Bild:Beanspruchung2.jpg]]Flächenvergrösserung durch Schräge</div> [[Bild:bsp.jpg|thumb|Weitere Beispiele einer klebgerechten Konstruktion]]
Folgernd lässt sich sagen:
<br />
In Bezug auf auftretende Kräfte:
- * '''Bevorzugt sollten Klebverbindungen auf Druck/Zug oder Scherung belastet werden.*Biege- und Schälbelastungen sollten vermieden werden.'''<br />
In Bezug auf Abmessungen:
- * '''Je grösser die Kraft ist die übertragen wird, desto grösser muss die Klebefläche sein.'''<br /><br /><br /><br /><br /> ===Berechnungsgrundlagen:=== <div align="center"> <table width="87%" border="3"> <tr> <td align="center" bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">Folgendes sind vereinfachte Berechnungen und ergeben lediglich Richtwerte, da sehr viele Einflussfaktoren, vom verwendeten Klebstoff abhängig sind. Die Einflussfaktoren sind überdies nur sehr schwer zu erfassen und nur überschlägig berücksichtigt. Maßgebend für alle Anwendungsfälle sind die Angaben der Hersteller.</div></td> </tr> </table></div><br />Wichtige Kenngrössen und deren Berechnung: * '''Bindefestigkeit:''' ''(die wohl wichtigste Kenngrösse)'' Verweis: RM FS 4-1 Sie ist das Verhältnis zwischen Zerreißkraft (Bruchlast) zur Klebfugenfläche. Statische Bindefestigkeit. [[Bild:tkb.jpg]] * '''Schälfestigkeit:''' Verweis: RM FS 4-3 Sie ist der Widerstand gegen Schälbeanspruchung in N je mm Klebfugenbreite.6[[Bild:sf. jpg]] * '''Zeitstands- und Dauerfestigkeit:''' Verweis: RM FS 4-2 Klebverbindungen, welche dauerbelastet werden neigen zur plastischen Verformung. Bei zeitstandsbelasteten Verbindungen kann bereits eine wesentliche geringere Belastung zum Bruch führen. Somit berechnet man die dynamische Bindefestigkeit folgendermaßen: wechselnd: [[Bild:tklw.jpg]] schwellend: [[Bild:tklsch.jpg]] <table width="50%" border="1" align="center"> <tr> <td><div align="center">Beanspruchungen verschiedener Klebnahtformen</div></td> </tr> <tr> <td>[[Bild:kl-form.jpg]]</td> </tr> <tr> <td>a) Stumpfstoß, zugbeansprucht unter Längskraft F</td> </tr> <tr> <td>b) einfache Überlappung, zugscherbeansprucht unter Längskraft F</td> </tr> <tr> <td>c) Rundklebung, schubbeansprucht unter Torsionsmoment T</td> </tr></table><br />Mit ausreichender Genauigkeit wird die unter der Belastung F bzw. T auftretende Beanspruchung als gleichmässigverteilte Nennspannung berechnet.<br />(Siehe Grafik / Formeln 5.3, 5.4, 5.5) Diese werden den zulässigen Spannungen gegenübergestellt. Für den zugbeanspruchten Stumpfstoß gilt: [[Bild:sigmak.jpg]] Verweis: RM 5.3 Für den zugscherbeanspruchten Überlappstoß gilt: [[Bild:tauk.jpg]] Verweis: RM 5.4 Für die in Umfangsrichtung schubbeanspruchte Rundklebung gilt: [[Bild:tauk2.jpg]] Verweis: RM 5.5 ===<u>Aufgaben:</u>=== ====Aufgabe 1:====<br /><br /><table width="72%" height="1" border="3" align="center"> <tr> <td colspan="3"><p><strong>Berechnungsaufgabe 1:</strong></p> <p> Bei einem Zugversuch an einem Prüfstab (siehe Grafik) ergibt sich eine Bruchlast F<sub>m</sub>=5200N.<br />Wie groß ist die Bindefestigkeit τ<sub>KB</sub> des verwendeten Reaktionsklebstoffes ? </p></td> </tr> <tr> <td colspan="3"><div align="center">[[Bild:Kleb-aufg1a.JPG]]</div></td> </tr> <tr> <td><div style="text-align: center;">[[Klebverbindungen: Hilfen zum Lösungsweg|Hinweise zur Lösung]] </div></td> <td><div align="center">[[Klebverbindungen-Lösungen#Lösung-Aufgabe1|Lösung]]</div></td> <td><div style="text-align: center;">Download: [[Media:Kleben-Aufgaben.pdf|Aufgaben Kleben]] / [[Media:Lösungen-Kleben.pdf|Lösungen]]</div></td> </tr></table><br /><br /><br /> ====Aufgabe 2:====<br /><br /><table width="72%" border="3" align="center"> <tr valign="top"> <td colspan="2"><p><strong>Berechnungsaufgabe 2:</strong></p> <p>Bei einem Schälversuch an dem Prüfkörper war zum Einreißen der</p> <p>Klebverbindung eine Kraft F<sub>1</sub>=450N und zum fortlaufenden Schälen</p> <p>die Kraft F<sub>2</sub>=180N erforderlich.</p> <p>Zu ermitteln sind:</p> <p> a: die absolute Schälfestigkeit σ_abs</p> <p>b: die relative Schälfestigkeit σ_rel</p></td> <td width="34%"><div align="center">[[Bild:Kleb-aufg2a.jpg]]</div></td> </tr> <tr> <td width="31%"><div align="center">[[Klebverbindungen: Hilfen zum Lösungsweg|Hinweise zur Lösung]]</div></td> <td width="25%"><div align="center">[[Klebverbindungen-Lösungen#Lösung-Aufgabe2|Lösung]]</div></td> <td><div align="center">Download: [[Media:Kleben-Aufgaben.pdf|Aufgaben Kleben]] / [[Media:Lösungen-Kleben.pdf|Lösungen]]</div></td> </tr></table><br /><br /> ====Aufgabe 3:==== <table width="72%" border="3" align="center"> <tr valign="top"> <td colspan="2" valign="top"><p>'''Berechnungsaufgabe 3:'''</p> <p>Das Ende eines Wasserrohres aus [http://de.wikipedia.org/wiki/Polyvinylchlorid Polyvinylchlorid] (PVC) mit Außendurchmesser da=63mm und einer Wandstärke von t = 3mm wird mit einer Kappe verschlossen, welche aufgeklebt werden soll. Es ist zu ermitteln ob die Klebverbindung bei einem maximalen Wasserdruck von p = 4 bar sicher hält, wenn die Bindefestigkeit des Klebers bei 20mm Überlappungslänge τ<sub>KB</sub>= 8 N/mm2 beträgt. Sicherheit 1,5-2,5. </p></td> <td width="44%"><div align="center">[[Bild:Kleb-aufg3a.jpg]]</div></td> </tr> <tr> <td width="31%" valign="top"><div align="center">[[Klebverbindungen: Hilfen zum Lösungsweg|Hinweise zur Lösung]]</div></td> <td width="25%"><div align="center">[[Klebverbindungen-Lösungen#Lösung-Aufgabe3|Lösung]]</div></td> <td><div align="center">Download: [[Media:Kleben-Aufgaben.pdf|Aufgaben Kleben]] / [[Media:Lösungen-Kleben.pdf|Lösungen]]</div></td> </tr></table><br /><br /> ==Festigkeit und Einflüsse darauf:==
Die Festigkeit von Klebverbindungen ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Hier gilt angaben des
Es gibt mehrere Faktoren die die Festigkeit der Klebverbindung beeinflussen:
- Korrosionsbeständigkeit- * [[Korrosion]]sbeständigkeit* Alterungsbeständigkeit/Zeit- * Warmfestigkeit6.1 Korrosionsbeständigkeit <table width="100%" border="0"> <tr> <td height="107" valign="top"><table width="98%" border="0"> <tr> <td>'''Korrosionsbeständigkeit: ''' Reaktionsklebstoffe sind im Allgemeinen beständiger beständiger alsLösungsmittelklebstoffen gegenüber Lösungsmitteln Lösungsmittelklebstoffen gegenüber [[Lösungsmittel]]n (z.B. [[Alkohol]], [[Aceton]], [[Benzin]], etc.) und anderenFlüssigkeiten Flüssigkeiten (z.B. ÖleÖle, Säuren[[Säure]]n, Laugen[[Lauge]]n, etc.) Bei Einwirkung von Wasser über über einen längeren längeren Zeitraumergeben sich jedoch Festigkeitsminderungen (verstärkt verstärkt noch durch WärmeeinwirkungWärmeeinwirkung) durchBeeinträchtigung Beeinträchtigung der Adhäsion Adhäsion und KohäsionKohäsion.</td> </tr> </table> </td>6 <td valign="top"><div align="left">Die Abbildung zeigt Das Festigkeitsverhalten eines Klebstoffes (Sicomet-Standard) bei verschiedenen Umwelteinflüssen über einen grösseren Zeitraum.2 Alterungsbeständigkeit</div></td> </tr> <tr> <td height="107" valign="top"><table width="98%" border="0"> <tr> <td>'''Alterungsbeständigkeit: ''' bei Metallklebungen [[Metall]]klebungen ist abhängig abhängig von der Art des verwendeten Klebstoffes,den zu fügenden fügenden Materialien, der Vorbehandlung der Oberfläche Oberfläche und besonders von schädigendenUmwelteinflüssenschädigenden Umwelteinflüssen. Die warmabbindenden Klebstoffe sind in der Regel beständiger beständiger als kaltabbindendeKlebstoffe. Direkt nach dem Abbinden besitzen die Klebstoffe die größte größte Bindefestigkeit, daraufhin stelltsich jedoch ein u.U. über längeren über längeren Zeitraum andauernder Festigkeitsabfall ein.</td> </tr> </table> </td>6 <td rowspan="2" valign="top"><div align="left" style="text-align: center;"> <div align="center">[[Bild:Korrosion-kl.3 jpg|thumb||left|Korrosion Quelle: RM]] </div> </div></td> </tr> <tr valign="top"> <td height="93"><table width="98%" border="0"> <tr> <td>'''Warmfestigkeit: ''' Klebstofffestigkeit ist stark TemperaturabhängigTemperaturabhängig. Auch hier zeigen diewarmabbindenden Klebstoffe ein besseres verhalten als die kaltabbindenden. Je nach Klebstoffsorte lässtlässt sich kurzzeitige Beständigkeit Beständigkeit bis zu +350°C 350°C realisieren, zu berücksichtigen berücksichtigen ist dabei jedoch einFestigkeitsverlust. In der Regel liegt die zulässige zulässige Dauertemperatur zwischen ca. +80°C 80°C und +150°C150°C.</td>Um die Festigkeit einer Klebverbindung zu demonstrieren wird ein Zugversuch durchgeführt. </tr>6.4 Versuch: </table> </td>Ermittlung der Festigkeit mehrerer Klebeverbindungen.Proben:Prüfkörper: AlMg3 Sandgestrahlt 80x40x3 </ 80x40x2Klebstoff UHU Plus Endfest 300Bedingungen:tr>Aushärtung des Klebstoffes bei verschiedenen Temperaturen:20°C – 24 Stunden70°C – 50 Minuten180°C – 10 MinutenAuftragsfläche ca. 40x15 mm ( 600mm2) </ für 180°C zusätzlich 40x20 mm (800mm2)table>Unverklebte Probenkörper Flachzugprobe 40x80x145Durchführung: folgt nach versuchsende….7. ==Anwendungsgebiete und Belastbarkeit:==
So vielfältig die Welt der Klebstoffe ist so vielfältig sind auch ihre Anwendungsgebiete. Man kann sagen,
dass für so ziemlich jede Anwendung ein spezieller Klebstoff erhältlich ist. Hauptanwendungen in
Werkstätten sind
- * [[Schraubenverbindungen|Schraubensicherung]]- * Verbinden von Werkstücken verschiedenster Materialien- * Verbinden von [[Achsen%2C_Wellen_und_Zapfen#Wellen|Wellen]]/Naben- Flächendichtungen* Flächen[[dichtungen]]
Auch bei der Belastbarkeit muss man sich an die Vorgaben zum Verarbeiten des Klebstoffes halten um
eine optimale Verbindung zu erhalten. (siehe Zugversuch)8. Berechnung von Klebverbindungen:Eine optimale Bemessung und Berechnung erweist sich aufgrund ==Gefahren von sehr vielen Einflussfaktoren welchevom verwendeten Klebstoff abhängen als schwierig. Daher sind Berechnungen nur Richtwerte.Bindefestigkeit (Zug-Scherfestigkeit)𝜏𝐾𝐵 : sie ist die wichtigste Kenngröße Klebstoffen für die Berechnung einerKlebverbindung. Sie ist das Verhältnis der Zerreißkraft Fm zur Klebefugenfläche AK.Schälfestigkeit: ist der ungünstigste Faktor einer Klebverbindung und muss/sollte konstruktiv vermiedenwerden. Berechnet wird der Widerstand gegen SchälbeanspruchungFormeln : (RM TB s.24-26)AKl mm2 Klebfugenfläche S 1 Sicherheitb mm Klebfugenbreite σ N/mm SchälfestigkeitF N Schälkraft σabs N/mm abs. SchälfestigkeitFm N Zerreißkraft σKB N/mm2 ZugfestigkeitFmax N Max. übertragb. Kraft τKB N/mm2 Zugscherfestigkeitlü Mm Überlappungslänget mm kleinste BauteildickeBerechnungsaufgabe 1:Bei einem Zugversuch am Prüfstab ergab sich eine Bruchlast Fm=5200N. Wie groß ist die BindefestigkeitτKB des verwendeten Reaktionsklebstoffes.Lösung:Berechnungsaufgabe 2den Menschen:Bei einem Schälversuch an dem Prüfkörperwar zum Einreißen der Klebverbindungeine Kraft F1=450N und zum fortlaufendenSchälen die Kraft F2=180N erforderlich.Zu ermitteln sind:A: die absolute Schälfestigkeit σabsB: die relative Schälfestigkeit σrelLösung:Berechnungsaufgabe 3Das Ende eines Wasserrohres aus Polyvinylchlorid (PVC) mitAussendurchmesser da=63mm und einer Wandstärke vont=3mm wird mit einer Kappe verschlossen, welche aufgeklebtwerden soll. Es ist zu ermitteln ob die Klebverbindung beieinem maximalen Wasserdruck p <table width= 4 bar sicher hält, wenn dieBindefestigkeit des Klebers bei 20mm Überlappungslänge.τKB "100%" border= 8 N/mm2 beträgt. Standard Sicherheit 1,5-2,5.(Druck siehe auch TB s.42)LösungExtra Berechnungsaufgabe:Für die Klebverbindung eines Zahnrades mit einem Wellenzapfen ist ein Kaltkleber"0">verwendet worden, der bei der verwendeten Werkstoffpaarung eine statische <tr>Bindefestigkeit τKB <td width=15 N/mm2 hat.Welche Leistung in kW kann von der Verbindung bei einer Drehzahl n"69%" valign=125 min-1übertragen werden.Lösung9.Gefahren von Klebstoffen für den Menschen"top">Das Hauptproblem des Klebens, stellen die Lösungsmittel [[Lösungsmittel]] dar. Weitere enthaltene Problemstoffe sindFungizide (pilzabtötende pilzabtötende Stoffe), Konservierungsmittel oder Weichmacher.Die größte größte Gefahr geht aber in erster Linie von den leichtflüchtigen leichtflüchtigen Anteilen des Klebstoffes aus, welche jenach individueller Empfindlichkeit und Vorschädigung Vorschädigung bei häufigerem häufigerem Kontakt äußerst äußerst schwerwiegendeKrankheiten und Zerstörungen Zerstörungen anrichten könnenkönnen. Das Spektrum geht von Schleimhautreizungen überüber Kopfschmerzen, Übelkeit Übelkeit bis hin zur krebserregenden Wirkung einiger Komponenten und Schädigung Schädigung vonLeber und Niere (Entgiftung).Daher müssen müssen bei der Verwendung von Klebstoffen eine ganze Reihe von Vorsichtsmaßnahmen Vorsichtsmaßnahmen undRichtlinien beachtet werden.- * Absauganlagen bzw. ausreichende Lüftung- * Körperschutz (Persönliche Schutzausrüstung)- * Lagerung in überschaubaren Mengen- * Beachten der Warnhinweise des Herstellers ([[R -Sätze]] und [[S -Sätze]]).Beispiel für Warnhinweise<br />Informationen über den sicheren Umgang mit Klebstoffen kann man bei jedem Klebstoffhersteller bzwanfordern.</td>Lieferanten anfordern <td width="31%"><div align="center">[[Bild:warn.jpg|thumb|Beispiel für Warnhinweise.]]</div></td> </tr> <tr> <td colspan="2"></td> </tr></table> 10. == Besondere Anwendungenvon Klebstoffen ==* Experiment:Cyanacrylatklebstoff besser bekannt als [[Sekundenkleber ist ein 1-Komponentenkleber, welcher binnenkürzester Zeit Abbindet. Bei dem Abbindevorgang entstehen dämpfe mit deren Hilfe man Fingerabdrückesichtbar machen kann. Dieses verfahren wurde und wird in der Kriminalistik auch heute ]] == Fragen: == Zum Abschluss noch angewendet.ein paar einfache Fragen zum Thema Klebverbindungen:Versuch<br />Geräte und Chemikalien:<br />Becherglas 250ml, Aluminiumfolie, kleine Aluminiumschale (gefertigt aus der Aluminiumfolie), Cyanacrylat<table width="89%" border="1" align="center">(Sekundenkleber), Polyethylenfolie (Frischhaltefolie), Heizschrank (ca. 60°C vorgeheizt), Gummiband, Spritze 2ml, <tr>Einweg Handschuhe <td bgcolor="#CCCCCC">1. Zange ( Pinzette)Welche Kräfte wirken beim Kleben? </td>Sicherheit <td bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_1:|Antwort]]</div></td> </tr>Cyanacrylat ist reizend (Xi), kann innerhalb von Sekunden Haut und Augenlider verkleben. In gut <tr>gelüfteten Räumen verarbeiten <td bgcolor="#CCCCCC">2.Wofür sind physikalisch abbindende Klebstoffe geeignet und wöfür überhaupt nicht? </td>Durchführung <td bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_2:|Antwort]]</div></td> </tr> <tr>Auf ein ca <td bgcolor="#CCCCCC">3. 10x10 cm großes Stück Pe oder Aluminium Folie wird mittig ein oder mehrere FingerabdrückeWie sollten Klebverbindungen vorbereitet werden ? </td>durch anfassen bzw. berühren der Folie mit der Fingerkuppe, aufgebracht ggf. kann man den Bereich mit <td bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_3:|Antwort]]</div></td>einem Edding markieren. </tr>Aus einem weiteren Stück Aluminiumfolie wird eine kleine schale geformt in welche später der Klebstoff <tr>eingefüllt wird. Größe: ca. 10mm Durchmesser, Höhe ca <td bgcolor="#CCCCCC">4. 5mm Wichtig! Was ist, das bei der Boden der schaleBerechnung von Klebverbindungen zu beachten? </td>keine löcher aufweist wo Kleber entweichen kann. <td bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_4:|Antwort]]</div></td>Mit der Spritze werden ca. 2ml Wasser in das Becherglas gegeben. </tr>In die Aluminiumschale wird eine ca. erbsengroße Menge Cyanacrylat gegeben !!ACHTUNG!! Die schale <tr>wird vorsichtig in das Becherglas gestellt <td bgcolor="#CCCCCC">5. (Pinzette, Zange)Mit der Vorbereiteten Pe bzw. Aluminiumfolie wird das Becherglas verschlossen Was ist Dir über Anwendungsgebiete von Klebstoffen bekannt und mit einemderen Festigkeit? </td>Gummiband fixiert. Die Folie ist so aufzulegen, das die Oberfläche mit dem Fingerabdruck nach innen <td bgcolor="#CCCCCC"><div align="center">[[Klebverbindungen: Antworten#Frage_5:|Antwort]]</div></td>Zeigt. </tr>Man stellt nun das Gefäß in den Heizschrank bei ca. 60°C und für eine Dauer von ca. 20-30 Minuten</table>Beobachtung:<br />Fingerabdrücke werden als weißes Muster auf der Folie sichtbar. (siehe Foto)<br />Durch Cyanacrylat sichtbar gemachte Fingerabdrücke11. ==Normung:==11.1: === DIN-Normen===[[DIN ]] 8593-8Fertigungsverfahren [[Fügen]]; Kleben; <br />[[DIN ]] 16920Klebstoffe und Klebstoffverarbeitung<br />[[DIN ]] 16921<br />[[DIN ]] EN 923Definition von Klebstoffen und Benennungen <br />[[DIN ]] EN ISO 9664<br /> 11.2: ===VDI-Richtlinien:===VDI 3821 Kunststoffkleben<br />VDI 2229 Metallkleben[[Metall]]kleben<br /><br />Alle DIN-Normen/VDI-Richtlinien kann man beim [http://www.beuth.de BEUTH Verlag ] bzw. bei [http://www.vdi.de VDI] beziehen. ==12. Weblinks:==