Kleben — erfolgreich und fehlerfrei: Handwerk, Praktiker, Ausbildung, Industrie

207 Pages·2008·2.603 MB·German

by  Gerd Habenicht (auth.)

Gerd Habenicht
Kleben – erfolgreich und fehlerfrei
Aus dem Programm Fertigungstechnik
Fertigungsmesstechnik
von W. Dutschke und C. P. Keferstein
Praxiswissen Schweißtechnik
von H. J. Fahrenwaldt und V. Schuler
Spanlose Fertigung: Stanzen
von W. Hellwig
Coil Coating
von B. Meuthen und A.-S. Jandel
Zerspantechnik
von E. Paucksch, S. Holsten, M. Linß und F. Tikal
Praxis der Zerspantechnik
von H. Tschätsch
Einführung in die Fertigungstechnik
von E. Westkämper und H.-J. Warnecke
Aufgabensammlung Fertigungstechnik
von U. Wojahn
www.viewegteubner.de
Gerd Habenicht
Kleben – erfolgreich
und fehlerfrei
Handwerk, Praktiker, Ausbildung, Industrie
5., überarbeitete und ergänzte Auflage
Mit 82 Abbildungen
STUDIUM
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Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
1. Auflage 1995
2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2001
3., ergänzte und korrigierte Auflage 2003
4., überarbeitete und ergänzte Auflage 2006
5., überarbeitete und ergänzte Auflage 2008
Alle Rechte vorbehalten
© Vieweg+Teubner | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008
Lektorat: Thomas Zipsner | Imke Zander
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Umschlaggestaltung:KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg
Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Wilhelm &Adam, Heusenstamm
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
Printed in Germany
ISBN 978-3-8348-0485-3
V
Vorwort
Die nach Erscheinen der 4. Auflage im Jahre 2006 dem Autor zugegangenen schriftlichen und
mündlichen Kommentare zu Inhalt und didaktischem Aufbau waren neben dem regen Interesse
an diesem Fachbuch erneut ein Grund für den Verlag, schon nach kurzer Zeit eine 5. Auflage
heraus zu geben. Neu aufgenommen wurde das Kapitel „Industrielle Anwendungen des Kle-
bens.“ Eine Erweiterung erfuhr das Kapitel „Konstruktive Gestaltung von Klebungen“ durch
bildliche Darstellungen ergänzender Gestaltungsmöglichkeiten.
Die auch für den Praktiker zunehmende Literatur aus dem angelsächsischen Sprachraum hat
vielfach zu dem Wunsch geführt, das Buch mit ausgewählten deutsch-englischen und englisch-
deutschen Begriffen aus dem Gebiet des Klebens zu ergänzen. Diesem Wunsch wurde im
Anhang des Buches entsprochen. Aus gleichem Grunde erfolgte ebenfalls die Aufnahme aus-
gewählter Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und SI-Einheiten für klebtechni-
sche Berechnungen.
Der erneute Hinweis nach Einbeziehung anwendungsbezogener klebstoff- und werkstoffspezi-
fischer Beispiele hinsichtlich Verfahrensauswahl, Oberflächenbehandlung, speziellen Kon-
struktionsmerkmalen einschließlich bildlicher Darstellungen und Berechnungen ist zwar ver-
ständlich, gestalterisch mit dem Anspruch einer universellen Wissensvermittlung aber nicht
durchführbar. Im Vorwort zu der 4. Auflage wurde dazu wie folgt argumentiert:
„Der Umfang klebtechnischer Anwendungen erstreckt sich von Klebflächen unterhalb von
einem Quadratmillimeter in der Mikrosystemtechnik und Elektronik bis zu Klebfugen im Be-
reich von Metern bzw. Quadratmetern u. a. im Fahrzeugbau, der Luftfahrttechnik oder auch in
der Holzverarbeitung. Selbst beispielhafte Darstellungen können über die Universalität dieser
Fügetechnologie nur ungenügend informieren. Zwischen den „spektakulären“ Anwendungen
des Klebens der hitzeabweisenden Keramikverkleidungen auf der Aussenseite von Raumfäh-
ren bis zu den alltäglichen und selbstverständlichen Tapeten- oder Briefmarkenklebungen liegt
eine unüberschaubare Vielfalt klebtechnischer Nutzungen. Durch sie wird unser Leben ent-
scheidend bereichert. Hinzu kommt, dass bildliche Wiedergaben die eigentliche klebtechnische
Problemstellung bei der Konstruktion und Fertigung nur sehr eingeschränkt wiederzugeben
vermögen. Die Abbildung eines modernen Passagierflugzeuges mit dem Hinweis auf darin
vorhandene geklebte Strukturen bietet sicherlich nur einen begrenzten Informationswert. Die
Aussage des französischen Schriftstellers Honoré de Balzac (1799 – 1850) möge die vorste-
hende Problematik unterstreichen: ‚Es ist ebenso leicht, sich ein Buch auszudenken, als es
schwer ist, es zu schreiben.‘ “
Dem Vieweg+Teubner Verlag, insbesondere dem Lektorat von Herrn Thomas Zipsner, danke
ich für die wiederum hilfreiche Unterstützung und kompetente Zusammenarbeit.
Der Autor hofft, dass auch diese Auflage einen interessierten Leserkreis finden möge, dessen
Wunsch es ist, weiterhin „erfolgreich und fehlerfrei“ zu kleben.

Wörthsee/Steinebach 2008 Gerd Habenicht
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung.................................................................................................................... 1
1.1 Kleben als Fügeverfahren...................................................................................... 1
1.2 Vorteile und Nachteile des Klebens....................................................................... 2
1.3 Begriffe und Definitionen...................................................................................... 3
2 Aufbau und Einteilung der Klebstoffe........................................................................ 5
2.1 Aufbau der Klebstoffe........................................................................................... 5
2.1.1 Kohlenstoff als zentrales Element............................................................ 5
2.1.2 Monomer – Polymer................................................................................. 6
2.1.3 Polymerbildung........................................................................................ 7
2.2 Einteilung der Klebstoffe....................................................................................... 7
2.2.1 Klebstoffe, die durch eine chemische Reaktion aushärten
(Reaktionsklebstoffe)............................................................................... 7
2.2.2 Klebstoffe, die ohne eine chemische Reaktion aushärten (physikalisch
abbindende Klebstoffe)............................................................................ 8
2.2.3 Lösungsmittelhaltige und lösungsmittelfreie Klebstoffe.......................... 9
2.2.4 Klebstoffe auf natürlicher und künstlicher Basis..................................... 9
2.2.5 Klebstoffe auf organischer und anorganischer Basis............................... 9
2.2.6 Anwendungsbezogene Klebstoffbezeichnungen...................................... 10
3 Vom Klebstoff zur Klebschicht................................................................................... 13
3.1 Reaktionsklebstoffe – Grundlagen........................................................................ 13
3.1.1 Topfzeit.................................................................................................... 13
3.1.2 Mischungsverhältnis der Komponenten................................................... 14
3.1.3 Einfluss der Zeit auf die Klebstoffaushärtung.......................................... 15
3.1.4 Einfluss der Temperatur auf die Klebstoffaushärtung............................. 16
3.2 Zweikomponentige (2K-) und einkomponentige (1K-) Reaktionsklebstoffe........ 17
3.2.1 2K-Reaktionsklebstoffe............................................................................ 18
3.2.2 1K-Reaktionsklebstoffe............................................................................ 18
3.3 Eigenschaften der Klebschichten........................................................................... 19
3.3.1 Thermoplaste............................................................................................ 19
3.3.2 Duromere.................................................................................................. 19
3.3.3 Elastomere................................................................................................ 21
3.3.4 Glasübergangstemperatur......................................................................... 21
3.3.5 Kriechen................................................................................................... 22
4 Wichtige Reaktionsklebstoffe...................................................................................... 23
4.1 Epoxidharzklebstoffe............................................................................................. 23
4.1.1 Epoxidharzklebstoffe, zweikomponentig................................................. 23
4.1.2 Epoxidharzklebstoffe, einkomponentig................................................... 25
4.1.3 Reaktive Epoxidharz-Schmelzklebstoffe................................................. 25
4.1.4 Eigenschaften und Verarbeitung der Epoxidharzklebstoffe..................... 25
4.2 Polyurethan-(PUR-)Klebstoffe.............................................................................. 26
VIII Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Polyurethanklebstoffe, zweikomponentig (lösungsmittelfrei).................. 26
4.2.2 Polyurethanklebstoffe, einkomponentig (lösungsmittelfrei).................... 27
4.2.3 Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe (lösungsmittelfrei).................. 28
4.2.4 Polyurethan-Lösungsmittelklebstoffe, einkomponentig........................... 29
4.2.5 Polyurethan-Lösungsmittelklebstoffe, zweikomponentig........................ 29
4.2.6 Polyurethan-Dispersionsklebstoffe.......................................................... 29
4.3 Acrylatklebstoffe................................................................................................... 31
4.3.1 Cyanacrylatklebstoffe............................................................................... 32
4.3.2 Strahlungshärtende Klebstoffe................................................................. 33
4.3.3 Methacrylatklebstoffe............................................................................... 34
4.3.4 Anaerobe Klebstoffe................................................................................ 36
4.4 Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze)............................................................... 37
4.5 Phenolharzklebstoffe............................................................................................. 38
4.6 Silicone.................................................................................................................. 39
4.7 Zusammenfassung Reaktionsklebstoffe................................................................. 40
4.8 Klebstofffolien....................................................................................................... 41
4.9 Dichtstoffe............................................................................................................. 41
4.10 Polymermörtel........................................................................................................ 42
5 Physikalisch abbindende Klebstoffe............................................................................ 43
5.1 Schmelzklebstoffe.................................................................................................. 43
5.2 Lösungsmittelklebstoffe......................................................................................... 45
5.3 Kontaktklebstoffe................................................................................................... 48
5.4 Dispersionsklebstoffe............................................................................................. 49
5.5 Plastisole................................................................................................................ 50
5.6 Haftklebstoffe, Klebebänder.................................................................................. 50
5.7 Klebestreifen.......................................................................................................... 52
5.8 Klebestifte.............................................................................................................. 53
5.9 Klebstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe............................................................ 53
5.10 Klebstoffe auf anorganischer Basis....................................................................... 54
6 Bindungskräfte in Klebungen...................................................................................... 55
6.1 Bindungskräfte zwischen Klebschicht und Fügeteil (Adhäsion)........................... 55
6.2 Benetzung.............................................................................................................. 57
6.3 Oberflächenspannung............................................................................................ 58
6.4 Bindungskräfte innerhalb einer Klebschicht (Kohäsion)....................................... 59
7 Herstellung von Klebungen.......................................................................................... 61
7.1 Oberflächenbehandlung......................................................................................... 61
7.1.1 Oberflächenvorbereitung.......................................................................... 62
7.1.1.1 Säubern....................................................................................... 62
7.1.1.2 Passend machen.......................................................................... 62
7.1.1.3 Entfetten...................................................................................... 62
7.1.1.4 Entfettungsmittel......................................................................... 63
7.1.2 Oberflächenvorbehandlung...................................................................... 64
7.1.2.1 Mechanische Oberflächenvorbehandlung................................... 64
7.1.2.2 Physikalische und chemische Oberflächenvorbehandlung......... 66
7.1.2.3 Beizen......................................................................................... 66
7.1.2.4 Oberflächenschichten und Unterwanderungskorrosion.............. 67
Inhaltsverzeichnis IX
7.1.3 Oberflächennachbehandlung.................................................................... 68
7.1.3.1 Primer......................................................................................... 68
7.1.3.2 Klimatisierung............................................................................ 68
7.2 Klebstoffverarbeitung............................................................................................ 69
7.2.1 Vorbereitung der Klebstoffe.................................................................... 69
7.2.1.1 Viskositätseinstellung................................................................. 69
7.2.1.2 Homogenisierung........................................................................ 69
7.2.1.3 Klimatisierung............................................................................ 69
7.2.2 Mischen der Klebstoffe............................................................................ 70
7.2.2.1 Industrielle Verarbeitung............................................................ 70
7.2.2.2 Handwerkliche Verarbeitung...................................................... 70
7.2.2.3 Dynamische Mischer.................................................................. 71
7.2.2.4 Statische Mischer........................................................................ 72
7.2.3 Auftragen der Klebstoffe.......................................................................... 73
7.2.3.1 Auftragsverfahren....................................................................... 74
7.2.3.2 Kaschieren – Laminieren............................................................ 75
7.2.3.3 Auftragsmenge............................................................................ 75
7.2.4 Fixieren der Fügeteile.............................................................................. 76
7.2.5 Aushärten der Klebstoffe......................................................................... 78
7.2.5.1 Trocknen, Ablüften..................................................................... 78
7.2.5.2 Härtung, Aushärtung.................................................................. 78
7.3 Reparaturkleben..................................................................................................... 79
7.3.1 Metallische Bauteile................................................................................. 79
7.3.2 Kunststoffe............................................................................................... 81
7.3.2.1 Starre Werkstoffe........................................................................ 81
7.3.2.2 PVC-Folien................................................................................. 82
7.3.2.3 Gummierte Fasergewebe............................................................ 82
7.4 Fehlermöglichkeiten beim Kleben und Abhilfemaßnahmen................................. 83
7.5 Sicherheitsmaßnahmen bei der Verarbeitung von Klebstoffen............................. 86
7.5.1 Voraussetzungen bei der Klebstoffverarbeitung am Arbeitsplatz............ 86
7.5.2 Verhaltensregeln bei der Verarbeitung von Klebstoffen.......................... 87
7.6 Qualitätssicherung................................................................................................. 88
7.7 Klebtechnische Ausbildung................................................................................... 90
8 Klebstoffauswahl.......................................................................................................... 91
8.1 Vorbemerkungen................................................................................................... 91
8.2 Einflussgrößen auf die Klebstoffauswahl.............................................................. 92
8.2.1 Fügeteileigenschaften............................................................................... 93
8.2.2 Anforderungen an die Klebung................................................................ 93
8.2.3 Voraussetzungen in der Fertigung........................................................... 94
8.2.4 Verarbeitungstechnische Einflussgrößen der Klebstoffe......................... 94
8.2.5 Eigenschaftsbezogene Einflussgrößen der Klebstoffe und
Klebschichten........................................................................................... 95
8.3 Auswahlkriterien................................................................................................... 98
9 Klebtechnische Eigenschaften wichtiger Werkstoffe................................................ 102
9.1 Metalle................................................................................................................... 102
9.1.1 Allgemeine Grundlagen........................................................................... 102
X Inhaltsverzeichnis
9.1.1.1 Festigkeit..................................................................................... 102
9.1.1.2 Undurchlässigkeit gegenüber Lösungsmitteln............................ 102
9.1.1.3 Unlöslichkeit in Lösungsmitteln................................................. 103
9.1.1.4 Wärmeleitfähigkeit..................................................................... 103
9.1.1.5 Temperaturbeständigkeit............................................................. 103
9.1.2 Oberflächenvorbehandlung...................................................................... 103
9.1.3 Klebbarkeit wichtiger Metalle.................................................................. 103
9.1.3.1 Aluminium und Al-Legierungen................................................. 104
9.1.3.2 Edelmetalle................................................................................. 104
9.1.3.3 Edelstähle.................................................................................... 104
9.1.3.4 Kupfer......................................................................................... 104
9.1.3.5 Messing....................................................................................... 104
9.1.3.6 Stähle, allgemeine Baustähle...................................................... 105
9.1.3.7 Verzinkte Stähle, Zink................................................................ 105
9.1.4 Klebstoffe für Metallklebungen............................................................... 105
9.2 Kunststoffe............................................................................................................. 106
9.2.1 Allgemeine Grundlagen........................................................................... 106
9.2.2 Klassifizierung der Kunststoffe................................................................ 106
9.2.3 Identifizierung von Kunststoffen.............................................................. 108
9.2.4 Oberflächenvorbehandlung...................................................................... 108
9.2.4.1 Corona-Verfahren....................................................................... 109
9.2.4.2 Niederdruckplasma..................................................................... 109
9.2.4.3 Atmosphärendruck-Plasma......................................................... 109
9.2.4.4 Beflammen (Kreidl-Verfahren).................................................. 109
9.2.4.5 Mechanische Verfahren.............................................................. 110
9.2.5 Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln löslich oder
quellbar sind............................................................................................. 110
9.2.6 Kunststoffe, die in organischen Lösungsmitteln nicht löslich oder
quellbar sind............................................................................................. 112
9.2.7 Kunststoffschäume................................................................................... 112
9.2.8 Kleben von Kunststoffen mit Metallen.................................................... 113
9.2.9 Kleben weichmacherhaltiger Kunststoffe................................................ 114
9.3 Glas........................................................................................................................ 114
9.3.1 Oberflächenvorbehandlung...................................................................... 114
9.3.2 Glas – Glas – Klebungen.......................................................................... 114
9.3.3 Glasklebungen mit strahlungshärtenden Klebstoffen............................... 115
9.3.4 Glas – Metall – Klebungen....................................................................... 116
9.4 Gummi und Kautschukprodukte............................................................................ 116
9.5 Holz und Holzprodukte.......................................................................................... 117
9.6 Poröse Werkstoffe................................................................................................. 118
10 Festigkeit, Berechnung und Prüfung von Klebungen................................................ 119
10.1 Begriff der Festigkeit............................................................................................. 119
10.2 Prüfverfahren......................................................................................................... 121
10.2.1 Prüfung der Klebfestigkeit....................................................................... 121
10.2.2 Spannungen in einschnittig überlappten Klebungen................................ 123
10.2.3 Prüfung der Schubfestigkeit..................................................................... 124
10.2.4 Prüfung des Schälwiderstandes................................................................ 124
Inhaltsverzeichnis XI
10.2.5 Prüfverfahren für Kurz- und Langzeitbeanspruchungen.......................... 127
10.3 Elastisches Kleben................................................................................................. 128
10.4 Welle-Nabe-Verbindungen.................................................................................... 130
11 Industrielle Anwendungen des Klebens...................................................................... 131
11.1 Kleben in der Luft- und Raumfahrt....................................................................... 131
11.2 Kleben im Fahrzeugbau......................................................................................... 132
11.3 Kleben in der Elektronik........................................................................................ 135
11.4 Kleben von optischen Bauteilen............................................................................ 136
11.5 Kleben und Dichten in der Bauindustrie................................................................ 136
12 Konstruktive Gestaltung von Klebungen................................................................... 139
13 Anhang........................................................................................................................... 147
13.1 Ausgewählte Umrechnungsfaktoren angelsächsischer Einheiten und
SI-Einheiten für klebtechnische Berechnungen..................................................... 147
13.2 Ausgewählte deutsch-englische und englisch-deutsche Begriffe aus dem
Gebiet des Klebens................................................................................................ 148
14 Literatur........................................................................................................................ 169
15 Ausgewählte Fachbegriffe der Klebtechnik............................................................... 171
Sachwortverzeichnis........................................................................................................... 185