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2016 | Buch

Kleben - erfolgreich und fehlerfrei

Handwerk, Praktiker, Ausbildung, Industrie

verfasst von: Gerd Habenicht

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch vermittelt in praxisnaher und verständlicher Weise Informationen für eine erfolgreiche Anwendung des Klebens im industriellen, handwerklichen und privaten Bereich. Der didaktische Aufbau bietet ergänzend einen Beitrag für die Wissensvermittlung als unterrichtsbegleitendes Medium bei der klebtechnischen Aus- und Weiterbildung. Leicht verständlich geschrieben ist es auch für alle interessierten Heimwerker von Nutzen. In der aktuellen Auflage wurden die Kapitel Industrielle Anwendungen, Berechnung und Prüfung sowie Klebtechnische Normen (insbesondere DIN 2304) überarbeitet und erweitert. Eine Aktualisierung und Ergänzung der „Fachbegriffe der Klebtechnik“ erfolgte auf Grund des bisher äußerst positiv bewerteten Inhalts dieses Kapitels.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Das Kleben wird den stoffschlüssigen Fügeverfahren zugeordnet. Fügeverfahren dienen der Herstellung von Verbindungen aus Werkstoffen gleicher Art oder aus Werkstoffkombinationen. Die Bezeichnung stoffschlüssige Fügeverfahren, zu denen ebenfalls das Schweißen und das Löten gehören, ergibt sich aus der Tatsache, dass die Verbindungsbildung mittels eines gesondert zugegebenen Werkstoffs

– dem Klebstoff beim Kleben,

– dem Schweißzusatzwerkstoff beim Schweißen sowie

– dem Lot beim Löten

erfolgt.

Gegenüber dem Schweißen und Löten werden die verfahrens- und werkstoffbedingten Vorteile und Nachteile des Klebens herausgestellt. Begriffe und Definitionen ergänzen das Kapitel.

Gerd Habenicht

2. Aufbau und Einteilung der Klebstoffe

Zusammenfassung

Die Klebstoffe sind hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus den organischen Verbindungen zuzuordnen. Im Gegensatz zu der anorganischen Chemie, in der die Stoffe aus der unbelebten Natur behandelt werden (z. B. Mineralien, Metalle), befasst sich die organische Chemie mit den Verbindungen des Kohlenstoffs als zentralem Element der vielfältigen Stoffe, die die belebte Natur ausmachen (z. B. pflanzliche und tierische Produkte wie Holz, Eiweiße, Harze, Fette, Erdöl). Behandelt werden die Bindungsmechanismen des Kohlenstoffs in organischen Verbindungen, zu denen in großem Umfang auch Kunststoffe und deren Eigenschaften vielfältig verbundenen Klebstoffe gehören. Der Aufbau der Monomere und deren chemische Reaktionen zur Polymerbildung in Klebschichten werden dargestellt.

Gerd Habenicht

3. Vom Klebstoff zur Klebschicht

Zusammenfassung

Reaktionsklebstoffe bestehen aus Monomeren bzw. Prepolymeren, die die für eine chemische Reaktion notwendigen Voraussetzungen besitzen. Diese Voraussetzungen sind ihre „reaktiven Gruppen“, mit denen die Moleküle ausgestattet sind. Sie benötigen nur den richtigen „Anstoß“, damit die Reaktion auch „anspringen“ kann. So ein Anstoß kann z. B. erfolgen, wenn einem Monomer A das zu seinem „Haken“ genau passende Monomer mit der „Öse“ B zugemischt wird. Dann beginnen sich die Monomere A und B miteinander zu vereinigen, sie „reagieren“ miteinander. Nach dem Mischen liegt demnach eine „reaktive“ Mischung vor, in der mit zunehmender Zeit immer mehr A- und B-Monomere sich zu dem Polymer AB verbinden. Bei der Klebstoffverarbeitung spricht man von den beiden Komponenten A und B, die, da sie normalerweise in flüssiger Form vorliegen, nach Herstellerangaben miteinander gemischt werden. Die für diese Reaktionen charakteristischen Parameter Topfzeit, Mischungsverhältnis, Temperatur und Zeit, sowie thermoplastische und duromere Klebschichten vertiefen die Darstellungen.

Gerd Habenicht

4. Wichtige Reaktionsklebstoffe

Zusammenfassung

Nach ihren Verarbeitungsmöglichkeiten werden einkomponentige (1K-) und zweikomponentige (2K-) Reaktionsklebstoffe unterschieden, für deren Reaktionsarten die Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation charakteristisch sind. Das Kapitel beschreibt die wichtigsten diesen Reaktionsmechanismen zugehörigen Reaktionsklebstoffarten hinsichtlich ihrer resultierenden Klebschichteigenschaften, unterstützt durch Formeldarstellungen.

Gerd Habenicht

5. Physikalisch abbindende Klebstoffe

Zusammenfassung

Diese Klebstoffe, besser deren Polymere, befinden sich hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus bereits in ihrem vom Klebstoffhersteller bereitgestellten „Endzustand“ und unterliegen daher keiner chemischen Reaktion. Da diese in der Regel im festen Zustand vorliegen, bedürfen sie beim Auftragen auf die Fügeteile für benetzungsfähige Eigenschaften „Verarbeitungshilfen“. Beispielsweise Lösungsmittel (Lösungsmittelklebstoffe), Wärme (Schmelzklebstoffe), Emulgatoren und wässrige Phase (Dispersionsklebstoffe) als fast ausnahmslos einkomponentige Systeme. Beschrieben werden ergänzend Haftklebstoffe, Klebstoffe auf natürlicher Basis (Casein, Dextrin) sowie Klebstoffe auf anorganischer Basis.

Gerd Habenicht

6. Bindungskräfte in Klebungen

Zusammenfassung

Eine häufig gestellte Frage bezieht sich auf die Ursachen für die Ausbildung der Haftung von Klebstoffen/Klebschichten auf Oberflächen. Eine Antwort begründet dieses Phänomen oftmals mit dem Vorhandensein einer rauhen Oberfläche, in die sich die Klebschicht formschlüssig „verhaken“ kann. Da eine allumfassende Theorie der Bindungskräfte zwischen Klebschicht und Fügeteiloberfläche bisher nicht erarbeitet werden konnte, werden die wichtigsten Zusammenhänge (Dipole, Oberflächenspannung, Oberflächenenergie, Benetzung, Kohäsion) beschrieben.

Gerd Habenicht

7. Herstellung von Klebungen

Zusammenfassung

Nach der Beschreibung der Grundlagen über den Aufbau der Klebstoffe und die Klebstoffarten sowie über die in Klebungen wirksamen Bindungsverhältnisse werden die für die Herstellung von Klebungen wichtigsten Verfahrensschritte dargestellt. Dabei lassen sich zwei Gruppen unterscheiden:

– Verfahren, die der Ausbildung der Adhäsionskräfte dienen.

– Verfahren, die die Kohäsionsfestigkeit der Klebschicht bestimmen.

Gegliedert ist dieses Kapitel in die beiden wichtigsten Prozessschritte Oberflächenbehandlung und Klebstoffverarbeitung. Hinweise zur Behebung von möglicherweise auftretenden Fehlern und deren Abhilfemaßnahmen aktualisieren die Wissensvermittlung. Wegen der großen Bedeutung für eine sicherheits- und qualitätsrelevante Fertigung werden die erforderlichen Schritte fachkundig ergänzt, begleitet von Informationen über die klebtechnische Ausbildung.

Gerd Habenicht

8. Klebstoffauswahl

Zusammenfassung

Die im Bereich der Klebtechnik am häufigsten gestellte Frage ist die nach dem geeigneten Klebstoff für das zu lösende Klebproblem, und der Fragesteller ist häufig enttäuscht, weil eine eindeutige Antwort nicht gegeben werden kann. Die Verunsicherung wird gefördert durch das schier unendliche Angebot an Klebstoffen, aber auch durch die häufig auf den Verpackungen angegebenen „Versprechungen“ über die unbegrenzten Möglichkeiten der Anwendung der einzelnen Produkte „zum Verkleben und Verbinden von Werkstoffen aller Art“. Wenn dann noch unverständliche chemische Fachausdrücke hinzukommen, wundert es nicht, dass so mancher Anwender – vielleicht auch unterstützt durch eigene schlechte Erfahrungen – dem Kleben kein großes Zutrauen entgegenbringt. Dieses Kapitel beschreibt die wichtigsten Einflussgrößen auf die Klebstoffauswahl wie Fügeteileigenschaften, Anforderungen an die Klebung, Voraussetzungen in der Fertigung, verarbeitungstechnische Merkmale der Klebstoffe, eigenschaftsbezogene Einflussgrößen der Klebstoffe und Klebschichten.

Gerd Habenicht

9. Klebtechnische Eigenschaften wichtiger Werkstoffe

Zusammenfassung

Die in Kapitel 8 dargestellten Grundlagen und Kriterien zur Klebstoffauswahl beziehen sich in weiten Bereichen auf fertigungstechnische Anwendungen im industriellen Maßstab. Die Erfahrung zeigt, dass sich der Anwender im nichtindustriellen Bereich bei der Klebstoffauswahl mehr an den zu klebenden Werkstoffen und deren klebtechnischen Eigenschaften orientiert. Aus diesem Grund werden bei der Beschreibung der Werkstoffe in diesem Kapitel ebenfalls Hinweise auf die jeweils empfohlenen oder auch nicht empfohlenen Klebstoffe mit den entsprechenden Begründungen gegeben. Die folgenden Werkstoffe stehen im Mittelpunkt der Beschreibungen: Metalle, Kunststoffe, Glas, Gummi und Kautschukprodukte, Holz- und Holzprodukte, poröse Werkstoffe.

Gerd Habenicht

10. Festigkeit, Berechnung und Prüfung von Klebungen

Zusammenfassung

Was verstehen wir unter der Festigkeit eines Werkstoffs oder einer Klebung? Bewusst oder unbewusst unterscheiden wir Werkstoffe nach ihrem Festigkeitsverhalten. So wird z. B. ein Stahl als „fest“ bezeichnet, weil man ihn durch Kräfte belasten kann, z. B. ein Stahlseil durch Zugbelastung. Als weniger fest sieht man demgegenüber Kunststoffe wie Polyethylen oder Plexiglas an, als „weich“ bezeichnen wir z. B. Gummi. „Fest“ ist demnach ein Werkstoff dann, wenn er sich unter Einwirkung äußerer Kräfte gar nicht oder nur wenig verformt. Weniger feste Werkstoffe zeigen eine sichtbare Verformung (z. B. ein Kunststoffseil) und „weiche“ Werkstoffe wie Gummi lassen sich mit geringem Kraftaufwand über große Bereiche verformen (dehnen). Über die Beschreibung und Definition der Festigkeit mit den für diesen Begriff wichtigen Prüfmethoden, Normen, Spannungsausbildung, Schälwiderstand, elastisches Kleben im Fahrzeugbau, Welle-Nabe-Verbindungen werden Grundlagen und Berechnungsbeispiele erörtert.

Gerd Habenicht

11. Industrielle Anwendungen des Klebens

Zusammenfassung

Dieses Kapitel lückenlos zu beschreiben, hieße den Umfang des Buches auf ein Vielfaches auszuweiten. Ein Kompromiss kann nur darin liegen, anhand ausgewählter Anwendungsbereiche aufzuzeigen, worauf sich die heutige Bedeutung der Fertigungstechnologie Kleben als fortschrittliches Fügeverfahren begründet. Beispielhaft beschrieben werden dafür Anwendungen des Klebens in der Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau, Elektronik, Optik, Bauindustrie, Papierverarbeitung, Verpackungen.

Gerd Habenicht

12. Konstruktive Gestaltung von Klebungen

Zusammenfassung

Wenn Klebungen bei einer Beanspruchung durch Kräfte „halten“ sollen, ist nicht nur der richtige Klebstoff auszuwählen, sondern es muss auch die Anordnung der Fügeteile in der Klebfuge „klebgerecht“ gestaltet sein. Die dafür zu beachtenden Grundregeln beinhalten u.a. Bevorzugung von Zug-/Zugscherbeanspruchung, Vermeidung von Schäl-/Spaltbeanspruchung, Flächen- statt Stumpf-/Stoß-Klebungen.

Gerd Habenicht

13. Anhang

Zusammenfassung

Dieses Kapitel bietet allgemeingültige Informationen „Rund um das Kleben“ wie

- Ausgewählte Umrechnugsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen

- Mechanische und physikalische Größen und Einheiten

- Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeiten einiger Metalle, Nichtmetalle und Klebschichtpolymere

- Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche Begriffe aus dem Gebiet des Klebens

Gerd Habenicht

14. Literatur

Zusammenfassung

Die im Folgenden angegebene Literatur beschränkt sich bewusst auf zusammenfassende Darstellungen in Fachbüchern, da diese – im Gegensatz zu Fachzeitschriften-Veröffentlichungen – von dem interessierten Leser leichter zu beschaffen sind. Die erwähnten Fachbücher geben in sehr umfangreichem Maße die Möglichkeit, sich über Spezialliteratur zu Einzelthemen zu informieren. Aus langjähriger Erfahrung des Autors erfolgt der Hinweis, bei Recherchen über Wissenswertes aus dem Gebiet der Klebtechnik neben der Fachliteratur und den Normen die Patentliteratur nicht zu vergessen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Stand der Technik auf einem interessierenden Gebiet jeweils genau beschrieben wird, auf dem dann die folgenden Ansprüche aufbauen. Ein weiterer Vorteil ist, dass Neuentwicklungen nicht unbedingt in Veröffentlichungen oder Kongressvorträgen bekannt gemacht werden, sondern zunächst in Patent- oder Offenlegungsschriften. Über die Medien ist die Patentliteratur problemlos einsehbar.

Gerd Habenicht

15. Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik

Zusammenfassung

Die ausgewählten Fachbegriffe sollen dazu beitragen, Wissenslücken, die im Umgang mit der Fertigungstechnologie Kleben vorhanden sein können, zu schließen. Über 300 Fachbegriffe angrenzender Bereiche aus der Physik, Mechanik, Thermodynamik werden in kurzgefassten Beschreibungen und Definitionen erörtert.

Gerd Habenicht

Backmatter

Titel: Kleben - erfolgreich und fehlerfrei
verfasst von: Gerd Habenicht
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-14696-2
Print ISBN: 978-3-658-14695-5
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-14696-2

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