DIN 2304-1 Kleben fängt vor dem Kleben an (Teil II)

Beim Kleben muss die gesamte Prozesskette betrachtet werden: von der Planung über die zu verwendenden Materialien bis hin zu einer fachgerechten Umsetzung. Teil 2: die DIN 2304-1 und der Entwicklungsprozess.

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Von besonderer Bedeutung für den Klebprozess ist der Abschnitt 5.4 der DIN 2304-1. Hier geht es um den Entwicklungsprozess sowie die Konstruktion von Klebverbindungen.

Auf Basis der sicherheitstechnischen Bewertung der Verbindung, die unter Mitwirkung des Klebaufsichtspersonals durch den verantwortlichen Konstrukteur durchgeführt wird, kann die genaue Festlegung des Anforderungsprofiles für die Klebverbindung erfolgen. Die Praxis zeigt, dass die Aussage „Der Klebstoff muss viel mehr können, als man zunächst annimmt“ häufig sehr zutreffend ist.

Konstruktion von Klebverbindungen

Selbstverständlich müssen die mechanischen Belastungen, denen das Teil in nachfolgenden Prozessschritten oder während des bestimmungsgemäßen Betriebs ausgesetzt ist, nach ihrer Art und Höhe berücksichtigt werden. Kommen Temperaturänderungen, sei es während der Fertigung oder im Betrieb in Betracht, so kann im ungünstigen Fall ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten der Fügeteile, auch ohne eine zusätzliche mechanische Belastung zu einer erheblichen Beanspruchung der Klebung führen. Da Klebungen auch einer Alterung unterworfen sein können, müssen zwingend die Einsatzbedingungen nach Art und Dauer festgelegt werden.

Grundlegende Voraussetzung für eine Klebung ist natürlich, dass der verwendete Klebstoff eine ausreichende und dauerhafte Adhäsion zu dem jeweiligen Werkstoff zeigt. Ob dies der Fall ist, hängt nicht nur von dem ausgewählten Klebstoff und dem Fügeteilwerkstoff, sondern insbesondere auch von der Oberflächenbeschaffenheit der Fügeteile ab. Gerade diese wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien hier beispielhaft genannt:

• die Werkstoffzusammensetzung, viele Werkstoffe zeigen eine vom Bulkmaterial abweichende Oberflächenzusammensetzung, die wiederum von verschiedenen Parametern beeinflusst werden kann,

• die Oberflächenspannung,

• die Oberflächenrauigkeit,

• der Verschmutzung nach Art und Umfang,

• eventuell aus dem Formgebungsprozess anhaftende Trenn- oder Gleitmittel,

• die Anwesenheit von Korrosionsschutzmitteln.

Bei beschichteten Werkstoffen ist nicht nur die Adhäsion der Beschichtung zum Fügeteilwerkstoff (die Beschichtung muss ausreichend fest haften), sondern auch die Adhäsion des Klebstoffs zur Beschichtung zu beachten. Die Adhäsionseigenschaften können von der jeweiligen Farbe der Beschichtung abhängen, eine Änderung des farbgebenden Pigments kann durchaus eine aus klebtechnischer Sicht signifikante Änderung der Zusammensetzungen und somit der Haftungseigenschaften darstellen.

In diesem Zusammenhang sei auf den wichtigen Schritt einer Oberflächenbehandlung vor dem Kleben hingewiesen. Ziel der Vorbehandlung ist es, die Fügeteiloberfläche auf den Klebstoff einzustellen und durch die erfolgte Konditionierung gleichzeitig zur Prozesssicherheit der Klebung beizutragen. Man unterscheidet zwischen reinigenden Verfahren und solchen, die die Oberflächen modifizieren. Aus ökonomischen Gründen gilt hier „so umfangreich wie nötig, nicht so umfangreich wie möglich“!

Da die, die Adhäsion ausmachenden Kräfte nur äußerst geringe Reichweiten aufweisen – in der Regel weniger als 1 nm – ist es verständlich, dass Verunreinigungen vor dem Verkleben von der Oberfläche entfernt werden müssen. In vielen Fällen, z.B. bei vielen Kunststoffen ist darüber hinaus eine gewisse Modifikation, oft auch als Aktivierung bezeichnete Vorbehandlung, erforderlich.

Jede der vielfältigen Methoden hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens erfolgt u.a. aufgrund

• des Fügeteilwerkstoffs,

• des Klebstoffs,

• der Fügeteil- und Klebnahtgeometrie,

• der Stückzahl der vorzubehandelnden Teile,

• der Art und Menge einer eventuell zu entfernenden Verunreinigung,

• der eventuell gegebenen Notwendigkeit einer Oberflächenmodifikation,

• der Arbeitssicherheits- und Umweltschutzanforderungen,

• der Investitions- und Betriebskosten.

Auch der konstruktiven Gestaltung der Klebung kommt eine hohe Bedeutung zu. Sie muss unter Berücksichtigung der durch das Fügeverfahren gegebenen Randbedingungen erfolgen. Es ist darauf zu achten, dass die bei Belastung auftretenden Kräfte als Scher, Schub-, Zug-, Druck- oder Torsionskräfte wirken und Schälbelastungen weitestgehend vermeiden werden. Darüber hinaus ist eine möglichst große Klebfläche vorzusehen. Abbildung 1 zeigt einige prinzipielle Ansätze für eine klebgerechte Gestaltung.

Bei den im linken Bereich der Abbildung 1 gezeigten Konstruktionen ist einmal die für die Klebung zur Verfügung stehende Fläche relativ gering und es besteht die Gefahr von nicht unerheblichen Schälbelastungen. Der rechte Bereich zeigt entsprechende Vorschläge für eine klebgerechte Konstruktion. In [1] findet man weitere Beispiele klebgerechter Konstruktionen.

Natürlich muss bereits bei der Konstruktion auch die Zugänglichkeit für eine ggf. erforderliche Oberflächenbehandlung sowie die Applikation des Klebstoffes berücksichtigt werden. Auch der Fügevorgang selbst muss berücksichtigt werden, so muss z.B. das Fügen ohne ein Abscheren des Klebstoffs möglich sein.

Kleben

Kleben fängt vor dem Kleben an (Teil I)

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