Fügetechnologie Kleben Teil 1 - FAST · Eigenschaften Alterung ... Wandstärke -Kombinationen dünn/dünn und dünn/dick ... Einsatz bei steifen Verbindungen wie

Fgetechnologie Kleben Teil 1Kleben Teil 1

Dr. Wolfgang Fleischmann

Henkel AG & Co. KGaA

Themen-bersicht

Fgetechnologie Kleben Teil 1 Ingenieurtechnische

Grundlagen

Fgeverfahren Kleben

Fgetechnologie Kleben Teil 2 Chemische Grundlagen

Benetzung Adhsion & Kohsion

Wolfgang Fleischmann / KIT 2Juni 2010

Fgeverfahren Kleben Anwendungsfelder Konstruieren mit Klebstoffen Festigkeit & Verformung Berechnung Prfung Klebstoffauswahl Anwendungsbeispiele

Adhsion & Kohsion Vernetzung & Hrtung Oberflchenvorbehandlung Klebstoffarten &

Eigenschaften Alterung Metall- & Kunststoffkleben Arbeits- & Gesundheitsschutz Anwendungsbeispiele

Kleben im AlltagKlebtechnik und Klebstoffe sind aus unserem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken!Vieles ist berhaupt erst mglich geworden durch den Einsatz geeigneter Klebstoffe!

Einsatzgebiete: Nahrungsmittelindustrie: Verpackungen


Einsatzgebiete: Nahrungsmittelindustrie: Verpackungen Medizin: Pflaster, Kleben von Wunden Haushalt Handwerk: Schuhmacher industrielle Fertigung: Flugzeug- und Autobau

Schienenfahrzeugbau um 1900


Schienenfahrzeugbau um 2000


REGIOSHUTTLE/ADtranz

Megatrend Leichtbau

Leichtbau Konstruktionen Gewichtsminimierung durch optimale

Materialausnutzung Wandstrke-Kombinationen dnn/dnn und dnn/dick


Wandstrke-Kombinationen dnn/dnn und dnn/dick Herausforderung Steifigkeit Herausforderung Crashbestndigkeit Herausforderung Dauerhaftigkeit und

Schwingermdung Herausforderung Gerusch und Vibration

Megatrend Leichtbau

Multimaterial Designs Hochfeste Sthle Al- und Mg-Legierungen Verbundwerkstoffe


Verbundwerkstoffe Kunststoffe

Fgetechnik darf nicht auslegungsbestimmend sein

Herausforderung fr die Fgetechnik

Das Fgeverfahren KlebenKleben

bersicht Fgeverfahren

StoffschlussKraft/Formschluss

Nietverbindung


Schweien

Lten

Kleben

Schnappverbindung

Verschraubung

Pressverbindung

Nietverbindung

Werk-stoff-vielfalt

Festigkeit auf kl. Flche

Flchige Kraftein-leitung

Schdi-gung des Fgeteils

Tempe-raturbe-anspr.

Verzug

Kleben

Metallschweien

Punktschweien

Strken- und Schwchenanalyse 1gut

mssig

schlecht


Punktschweien

Kunststoffschweien

Lten von Metall

Lten von Glas

Schrauben

Nieten

Stanznieten

Durchsetzfgen

Korro-sions-hemmung

Dichtig-keit

Flexibilitt, Dmpfung

Trans-parenz

Hybrid-fgen

Unauf-flligkeit, Design

Kleben

Metallschweien

Punktschweien


mssig

schlecht


Punktschweien

Kunststoffschweien

Lten von Metall

Lten von Glas

Schrauben

Nieten

Stanznieten

Durchsetzfgen

Fixieren Prozess-dauer

Lebens-dauer-vorhers.

Wieder-lsbar-keit

Repa-rierbar-keit-

Qualitts-prfung

Kleben

Metallschweien

Punktschweien


mssig

schlecht


Punktschweien

Kunststoffschweien

Lten von Metall

Lten von Glas

Schrauben

Nieten

Stanznieten

Durchsetzfgen

Definition Kleben: Verbinden von Fgeteilen mittels eines Klebstoffes

Definition Klebstoff (DIN EN 923): Ein Klebstoff ist ein nicht-

Definition: Kleben und Klebstoff


Definition Klebstoff (DIN EN 923): Ein Klebstoff ist ein nicht-metallischer Werkstoff, der Fgeteile durch Adhsion (Oberflchenhaftung) und Kohsion (innere Festigkeit) miteinander verbindet.

Fgeteil

FgeteilKlebstoff

Adhsion

AdhsionKohsion

Kohsion

Kohsion

Eigenschaften Klebverbindung Abbindezeit in weiten Grenzen einstellbar

Sekundenbruchteile bis Tage Festigkeit und Elastizitt der Klebschicht in weiten Grenzen whlbar

Zugscherfestigkeiten < 1 MPa bis > 40 MPa Reidehnungen 1 % bis 800 %

Kriechneigung bei statischen Dauerlasten


Kriechneigung bei statischen Dauerlasten Begrenzte thermische Belastbarkeit

stark klebstoffabhngig Gesamtbereich -150C +250C

Medienbestndigkeit Ausgezeichnete Resistenz gegen die meisten Medien generell ungeeignet fr stark oxidierende Substanzen wie z.B. Brom,

Chlor, konzentrierte Laugen und Suren, Sauerstoff Alterungsabhngige Eigenschaften Verbindung nur bedingt lsbar Festigkeitsauslegung und Prozesskontrolle ist aufwndig

Unendliche viele Mglichkeiten:

Kombination von verschiedenen Werkstoffen

Vorteile der Klebtechnik


Werkstoffen

Spielraum fr: Design MaterialauswahlHerstellungstechnik

Bild: Fraunhofer IFAM


keine Materialverletzung (Lcher) gleichmige Spannungsverteilung sehr gute Dauerschwingfestigkeit Fgeteileigenschaften knnen optimal ausgenutzt werden



Erhalt der Werkstoffeigenschaften:


keine Wrmeeinflusszone

keine Bohrungen


Anpassungsfhigkeit und Toleranzausgleich

Spaltberbrckung

Einsparung von zeitaufwndigen Richtarbeiten


Einsparung von zeitaufwndigen Richtarbeiten

Auffllung von Rautiefen


Verbinden kleinster Teile


Herstellung groflchiger Verbindungen

Bild:Cellbond

Kleben

Wandeln VergrernVerkleinern

VerknpfenVerzweigen

LeitenSperren

Speichern

Funktionsintegration


Schwingungs-dmpfung

EM-Strahlungin Licht

Verkleinern

Masse

Oberflche

Steifigkeit

Reibwert

Verzweigen

Stoffschluherstellen

permanentod. temporr

SichernEinschlieen

Sperren

Elektrisch,thermischleiten oderisolieren

Dichtenmech.Krfteleiten

Verformungs-energie

Anwendungsfelder

Anwendungsklassen Kleben


Kleben- strukturell

- semi-strukturell- elastisch

Gewinde- sichern- dichten

Flchen- dichten

Welle-Nabe- kleben

Strukturelles Kleben

Charakteristikahochbelastetdauerhaft


dauerhaftsicherheitsrelevant ingenieurtechnische Auslegung

Anforderungenspezifikationsgetriebenqualittsberwacht

Schraubensichern

Arten der Schraubensicherung Setzsicherungen > Tellerfedern, Zahn- und

Fcherscheiben


Fcherscheiben Verliersicherungen > Kronenmuttern,

Drahtsicherungen Losdrehsicherungen > Rippflansch-

Schrauben, Klebstoffe

Schraubensichern

Die flssige Gewindesicherung fllt das Gewindespiel und verhindert nach der Aushrtung Bewegungen in der Verschraubung


Mechanische Sicherungen im Vergleich zur flssigen Schraubensicherung


Die richtige Benetzung

Kernlochgewinde:Benetzung der Bohrung

Durchgangsgewinde:Benetzung der Schraube


Schraubensichern - Festigkeitsklassen


Niedrigfest3 - 9 Nm*

Mittelfest15 - 25 Nm*

Hochfest26 - 50 Nm*

*Losbrechmomente von M10 Stahlschrauben/MutternBestimmung nach DIN 54454

Merkmale einer flssigen Schraubensicherung

Dauerhaftes Sichern der Schraube Wiederlsbarkeit durch Wahl der


Wiederlsbarkeit durch Wahl der geeigneten Festigkeitsklasse

Gleichzeitiges Dichten der Verbindung Keine Korrosion im Gewinde

Flchendichten steifer Flansche

Einsatz anaerober Dichtmittel Dichten durch Metallkontakt und Stoffschlu

Anwendungsbeispiele


Anwendungsbeispiele Getriebegehuse Kurbelgehuse/Motorblock Wasserpumpe/Motorblock Nockenwellengehuse

hervorragende Bestndigkeit

erzeugen keinen Spalt

kein Setzen

lsungsmittelfrei

Merkmale anaerober Dichtmittel


lsungsmittelfrei

100 % Stoffschluss

keine Korrosion an den Dichtflchen

geringe Lagerhaltung

Flchendichten flexibler Flansche

Einsatz von Silikon-Dichtmittel

Dichten durch flexibles


Dichten durch flexibles Dichtmittel in definiertem Spalt

Anwendungsbeispiele lwannen smtliche gestanzte Stahlblechteile dnnwandige Metallguteile Kunststoffdeckel

Geklebte Welle-Nabe Verbindungen

Anaerober Klebstoff

Aushrtung durch Sauerstoffausschlu und Metallkontakt


Metallkontakt

100% Flchenkontakt bewirkt hohe Scherfestigkeit

ausgeglichene Spannungsverteilung

dichte Fgefugen

Keine Korrosion im Spalt

Welle-Nabe Verbindungen


Schiebesitz Presitz Schrumpfsitz

Konstruieren mit KlebstoffenKlebstoffen

Konstruktionsbetrachtungen

Einflussparameter Klebstoffauswahl zu verbindende Werkstoffe Einsatzbedingungen Klebefugengeometrie Belastung


Belastung Kontrollierte Materialbeanspruchung

Abbau von Spannungsspitzen gleichmige Lastverteilung Minimierung von Schl- und Spaltbelastungen Scher- oder Druckbeanspruchung anstreben Klebeflche bis zum Hchstma vergrern

Montagegerechte Konstruktion Produktauftrag Fgeprozess Klebstoffaushrtung

Auswahl des Klebespaltes


Werkstoffabhngig elastisch oder steif Belastungsart - statisch oder dynamisch

Gnstige Beanspruchung


Schlecht > < Lsungs-option

Exzentrische KrfteEinfache berlappung= gut

Doppelte Laschung= sehr gut


einfache Laschung= gut

30Schftung= sehr gut

Doppelte berlappung= gut

Schlbeanspruchung


Schlecht > < Lsungsoption

Elastische Klebstoffe bei Schlbelastung

Schl- oder Spaltbelastung stellen fr Klebstoffe eine ungnstige Belastung dar

Die Bruchspannung eines starren


Klebstoffes wird schnell berschritten

Eine dickschichtige elastische Klebung ist nachgiebig und ermglicht eine flchigere Kraftverteilung

Elastisches Kleben setzt Schichtdicke im Klebespalt voraus


> 10 mm kein Problem 3 - 5 mm = Optimum

< 1mm = kein elastisches Kleben

Die maximale dynamische Belastung in Scherrichtung darf10 25% der Klebespaltdicke betragen

KonstruktionFlchendichtungFlchendichtung

Flchendichten

Flanschbiegung inAbhngigkeit des



Abhngigkeit desSchraubenabstandes

Kegelmodell nachRtscher

Flchendichten

schlecht



OptimierteVerschraubung

Flchendichten -Konstruktionsempfehlungen fr anaerobe Dichtstoffe

Oberflchenrauhigkeit Ra ~ 0,8 - 3 m Planparallelitt 0,1 mm @ 400 mm


Flanschbreite min. 5 mm Flanschbreite / Schraubenbereich min. 3 mm Flchenpressung min. 2,5 N/mm Fasen an Pastiften und Bohrungen Einsatz bei steifen Verbindungen wie

z.B. Alu-Druckgugehuse

Flchendichten Optimierung der Dichtflche

Altes Design Neues Design


Flchendichten Optimierung der Steifigkeit



Flchendichten Optimierung der Schraubenpfeifen



45 45a

4545a

Flanschdesign fr Silikondichtung


Typische Mae frFasen - Design(bevorzugtes Design)

Flchendichten Konstruktionsempfehlungen fr Silikon-Dichtstoffe

Oberflchenrauhigkeit Ra ~ 0,5 m gurauh Spaltma min. 0,8 mm


Flanschbreite min. 6 mm Flanschbreite / Schraubenbereich min. 3 mm Flchenpressung min. 0 N/mm Fasen/Radien Konstruktion mit Sitzflchen um Sofortdichtung

und Bewegungsaufnahme durch Vibration und Temperaturausdehnung gleichermaen abzudecken

KonstruktionWelle-Nabe VerbindungVerbindung

Vorteilhafte Gestaltung

schlecht


gut

Nabengestaltung

Abbau vonSpannungsspitzendurch weichen bergang


bei Schiebesitz besser

bei bermasitz besser

Flanschschrgen bei Welle-Nabe Verbindungen

1

1.39

1

1.5

11

1.5

Relative strength

Relative strength


Wirkung der Anschrgung hngt vom Verbindungstyp ab

12

0

0.5

12

0.47

0

0.5

after Muschard

d=40 mmClearance ~ 3%0 d

after Berg

d=80 mmInterference ~ 0,2%0 d

Schiebesitz berma-Passung

d

l = d

1 2

PhD Thesis 1983 LBF-Report 189, 1990Relative strength

Relative strength

Fgefasen von 15bis 30verhindern das Abstreifen des Klebstoffes beim Fgen

Funktion von Fgefasen


Die richtige Benetzung bei Kernlochbohrungen


Festigkeit & VerformungVerformung

Geometrie der Klebung

Festigkeit einer Klebung


Festigkeit einerKlebung

Klebstoff Fgeteil-oberflche

Beanspruchungthermische Beanspruchung

mechanischeBeanspruchung

Feuchtigkeit, Chemikalien

Strahlung

Einflussparameter

Fgeteil-werkstoff

Klebstoff

Grenznahe Klebschicht Oberflche

Klebung


GeometrischeGestaltung

Beanspruchung

werkstoffKlebstoff

Festigkeit

KlebgerechteKonstruktion

Belastungsarten

Zug-

Schub-


Druck-

Schl-

Spalt-

Belastung

Kraftverteilung in einer berlappten Klebestelle

+ breite, kurzeberlappung


- lange, schmaleberlappung

Scherbeanspruchung

Kraft wirkt senkrecht auf die Klebflche. Prinzipiell unproblematisch, Aber oft zu kleine Kleb-flche.

Mechanische Beanspruchungen: statisch


Schlbeanspruchung

ScherbeanspruchungZugbeanspruchung

Linienfrmige Be-anspruchung, d. h. Kraft wirkt entlang der Kleb-flchenbreite. Daraus ergibt sich eine Schl-beanspruchungSchlbeanspruchungen unbedingt sollten vermieden werden!

Kraft wirkt parallel zur Klebflche, daraus ergibt sich eine Scher-beanspruchung. Fr diese Beanspruchung sollten Klebungen ausgelegt werden.

Stobeanspruchung: entstehen durch Beschleunigung oder Verzgerung von Massen; meist keine regelmige WiederholungUnterscheidung: vertikaler und horizontaler StoKann je nach Intensitt (Kraft und Geschwindigkeit) sowie Richtung und Klebstoffverbund unterschiedliche Auswirkungen besitzen

Mechanische Beanspruchungen: dynamisch


sowie Richtung und Klebstoffverbund unterschiedliche Auswirkungen besitzen

Schwingungsbeanspruchung: zyklische Wiederholung einer bestimmten mechanischen Beanspruchung, Schdigungen knnen auch auftreten, wenn bei einmaliger Beanspruchung mit der gleichen Last zu keiner Materialverletzung kommt (Materialermdung).Kann je nach Intensitt (Auslenkung und Wiederholungen) sowie Richtung und Klebstoffverbund unterschiedliche Auswirkungen besitzen

Temperatureinfluss:

T C

Wr

meb

est

ndig

keit

Phenol-Formaldehydharz

Umwelteinflsse


Wr

meb

est

ndig

keit

Duromere

ThermoplasteSchmelzklebstoffeAcrylate

Phenol-FormaldehydharzEpoxidharz

Feuchtigkeitseinfluss

Umwelteinflsse


Einfluss auf Kohsion: Wasser diffundiert in den Klebstoff und vermindert so

die Klebstoff-Festigkeit, da sich die Wassermolekle zwischen die Polymerketten legen und so die Kohsionskrfte mindern

Vorgang wird durch Wrme beschleunigt Rcktrocknung teilweise mglich langsamer Prozess

Einfluss auf Adhsion: durch Feuchtigkeitseintritt in die Klebstoffschicht wird die Haftung

zwischen Fgeteil und Klebstoff drastisch abgebaut durch Zerstrung der Adhsionskrfte

UmwelteinflsseFeuchtigkeitseinfluss


der Adhsionskrfte chemische Bindungen dabei weniger gefhrdet und damit

feuchtigkeitsstabiler als physikalische Wechselwirkungen Langsamer Prozess

Korrosion: durch Wasseraufnahme kommt es zustzlich zur Korrosion der Fgeteile und damit zum Versagen der Klebung hufig schneller Prozess, vor allem wenn neben Wasser noch

korrosionsfrdernde Stoffe (Suren, Lauge oder Salze) vorhanden sind

Werden Bauteile oder Fgeteile in der Realitt verformt wird nicht nur eine Deformation entlang einer Achse zu beobachten sein, sondern verschiedene Verformungen entlang verschiedener Achsen sind gleichzeitig wirksam. Die Gesamtverformung ist aber immer aus unterschiedlichen Anteilen von Zug- und Schubbeanspruchungen zusammengesetzt.

Verformung durch mechanische Belastung


Zug- und Schubbeanspruchungen zusammengesetzt.

Wird z. B. ein Stab lang gezogen, so wird neben der Verlngerung auch eine Verschlankung bis hin zu einer Einschnrung zu beobachten sein.

Dies wird als Querkontraktion bezeichnet.

In den nachfolgenden Folien (Hooke`sches Gesetz fr Zug- und Schubbeanspruchung)

wird zur Vereinfachung eine lediglich eindimensionale Kraft angenommen, so dass die Querkontraktion an dieser Stelle nicht zu betrachten ist.

Ausgangslnge: lo

unbelastet

Beobachtung: Stab unter Zugbelastung

belastet

Verformung durch mechanische Belastung (Zugstab)


Beanspruchung durch Kraft : F A

Querschnittsflche: Alo

F

Entlastung:

Vollstndige Rckverformung

lLngennderung l

lNormalspannung:F=




Alo

F

l

Dehnung:0l

l=

Normalspannung:A

F=

Proportionalittsfaktor: E (Elastizittsmodul)

ist proportional zu .

Beschreibung ideal-elastisches Verhalten: Hookesches Gesetz




= EGltigkeitsbereich: kleine Verformungen

isotroper Werkstoff

Einheiten: [ ] [ ] [ ] 1===== ; ; MPamm

NEMPa

mm

N

Elastizittsmodul E = /

Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines ideal-elastischen Stoffes

gemessene KraftAnfangsflche



Dehnung = l/l

Elastizittsmodul E = /

1111

1111

2222 2222

E1 > E2

Elastizittsmoduli von Werkstoffen

72 000 MPaAluminiumlegierungen

215 000 MPaBaustahl

E-ModulWerkstoff


200 1600 MPastrahlenhrtbarer Klebstoff

0,3 7 MPaSilicon

150 400 MPaPolyurethan

500 700 MPaCyanacrylat

22000 35000 MPaEpoxid - glasfaserverstrkt

1500 6700 MPaEpoxid

Magnesiumlegierungen 44 000 MPa

Elastizitt

Definition:

Mechanisches Verhalten von Polymeren: Verformung


Definition:Eigenschaft eines Krpers oder Stoffes, nach einer Verformung wieder in den ursprnglichen Zustand zurckzukehren.

Elastische Verformung im - Diagramm:Bei Erhhung der Beanspruchung wchst die Verformung parallel zu dieser an.

Beispiel: Stab unter Zugbelastung

Dehnung in Lngsrichtung unter Beibehaltung der Restgeometrie wrde Volumenvergrerung bedeuten.

Verjngung des Stabes um d (= Querkontraktion)

Hookesches Gesetz (Zugstab) -Querkontraktion


Verjngung des Stabes um d (= Querkontraktion)

d do

d = do-d

l

lo

l = l - lo

ll

dd =

n = Querkontraktionszahl

Lnge: lHhe: b

Beobachtung: Quader unter Scherbelastung

Verformung durch mechanische Belastung (Scherung)


Hhe: b

Beanspruchung durch Kraft: F

Querschnittsflche: A

A

l

b

F

Winkelnderung

a

aF




l

b

A

Fa

gGleitung:

b

atan =

Schubspannung:A

F=

Proportionalittsfaktor: G (Schubmodul)

ist propotional zu tan .

Fr kleine Winkel



Fr kleine Winkel gilt nherungsweise: tan =

Beschreibung ideal-elastisches Verhalten: Hookesches Gesetz




tanG =

Gltigkeit: kleine Verformungisotroper Werkstoff

Einheiten: [ ] [ ] [ ] 1===== ; ; MPamm

NGMPa

mm

N

Fr kleine gilt: tan =

Unterscheidung: strukturelles Kleben elastisches Kleben

Im alltglichen Sprachgebrauch: Unterscheidung zwischen strukturellem und elastischen Kleben, die auch Vorstellungen hinsichtlich der Klebstoffschichtdicke hervorrufen.

Strukturelles Kleben elastisches Kleben


hinsichtlich der Klebstoffschichtdicke hervorrufen. In diesem Zusammenhang: Strukturelles Kleben: hochfest, dnner Klebstofffilm

Elastisches Kleben: mittelfest, dicke Klebschicht

Aber: auch eine elastische Klebung kann je nach Einsatz strukturell sein!

Unterscheidung: dicke oder dnne Klebstoffschicht hngt von der Anwendung und vom Klebstoff ab; eine klare Differenzierung, beispielsweise ber einen mm-Wert ist nicht mglich, Flieender bergang der von Modul und Kraft abhngig ist

Wichtig zu wissen: Bei unterschiedlicher Klebstoffschichtdicke sind mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Bruchdehnung eines Klebstoffes verschieden.

Kraft F Winkelnderung Fa

Eigenschaften dicker Klebstofffilme:



l

b

A

Beachten: Jeder Klebstoff hat eine maximal zulssige Verformung.

Je hher die Klebstoffschichtdicke b, desto kleiner ist die Verformung des Klebstoffes.

F1

F2

F1 = F2



F2

Beobachtung: Bei gleicher Kraft verformt sich der dnne Klebstofffilm eines Klebstoffes weniger als der dickere Klebstofffilm des gleichen Klebstoffes.dnner Klebstofffilm: geringer Verformung mit hheren Spannungsspitzen, in der Prfung: geringere Bruchdehnung bei hherer Festigkeit

dicker Klebstofffilm: hhere Verformung mit geringere Spannungsspitzen, in der Prfung: hhere Bruchdehnung bei geringerer Festigkeit

strukturelles Kleben (hohe Festigkeit) elastisches Kleben

hohe Festigkeit (ab ca. 10 MPa) mittlere Festigkeit (1 bis 10 MPa)

geringe Bruchdehnung (0 70 %) hohe Bruchdehnung (70 400 %)



geringe Schichtdicken hohe Schichtdicken

kein Ausgleich von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen

Ausgleich von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen

kein Toleranzausgleich guter Toleranzausgleich

wenig Schwingungsdmpfung gute Schwingungsdmpfung

Klebstoffe weisen hohe Bestndigkeiten auf

Bestndigkeiten der verwendeten Klebstoffe sind unterschiedlich

T0

lo lo

T1 (T1 >T0)

Querschnittsflche: A

Ausgangslnge: lo

Temperatur To:

Verformung durch Temperaturnderung


Lngennderung lRelative Lngennderung = l / lo

lErwrmung auf Temperatur T1:

Einheiten: [ ] [ ] 1 ; 1 == K

)T(T 01 -=

: (Wrmeausdehnungskoeffizient)

Schubspannungs-Gleitungs-Diagramm fr einen ideal-elastischen Stoff

gemessene KraftAnfangsflche



(fr kleine gilt: tan = )

Schubmodul G = /1111

1

Gleitung = a/b

2222 2222

G1 > G2

Fliegrenze

Schubspannungs-Gleitungs-Diagramm fr einen ideal-plastischen Stoff:

Verformungsverhalten: mechanische Belastung


Sch

ubsp

annu

ng

Gleitung

max

Sch

ubsp

annu

ng

Schubspannungs-Gleitungs-Diagramm eines realen Klebstoffes

Verformungsverhalten: mechanische Belastung


Gleitung 1%

1%

max

Sch

ubsp

annu

ng

Rckfederungsversuch an einem Kunststoffstab:

Verformungsverhalten: Zeiteinfluss


to t1 t Time

Spannung



to t1

to t1

Dehnung

Time

sofort wirksam bei Beanspruchung sofort und vollstndig reversibel bei Wegfall der Beanspruchung

Elastische Verformung

Plastische Verformung



Visco-elastische (bzw. relaxierende) Verformung

zeitabhngig wirksam bei Beanspruchung irreversibel bei Wegfall der Beanspruchung tritt erst nach berschreiten einer Mindestspannung auf (Fliegrenze)

zeitabhngig wirksam bei Beanspruchung zeitabhngig aber vollstndig reversibel bei Wegfall der

Beanspruchung

Das besondere Verhalten der Kunststoffe wird dadurch bestimmt, dass die Makromolekle auf die Beanspruchung nicht nur spontan reagieren. Vielmehr sind die einzelnen Polymerketten bestrebt, die von auen erzwungenen Spannungen durch Umlagerungen bis zu einem bestimmten Grad abzubauen. Das dauert aber seine Zeit. Die Geschwindigkeit, mit der die



Das dauert aber seine Zeit. Die Geschwindigkeit, mit der die Umlagerungsprozesse ablaufen, hngt von vielen Faktoren ab:

z.B.

Hhe der Beanspruchung Beanspruchungsgeschwindigkeit Struktur der Polymere (Vernetzungsgrad, Seitengruppen, Kristallinitt u.a.) Additive, Weichmacher, Fllstoffe im Kunststoff Temperatur

Feuchtediffusion stellt den strksten Schdigungsmechanismus bei der Alterung von Klebverbindungen dar

Wassermolekle sind starke Dipole und besitzen aufgrund der sehr

Verformungsverhalten: Feuchtigkeitseinfluss auf die Klebung


Wassermolekle sind starke Dipole und besitzen aufgrund der sehr geringe Gre eine hohe Beweglichkeit

Herabsetzen der Kohsion durch Weichmachereffekt

Schdigung der Adhsion durch Konkurrenzadsorption gegenber den polaren Gruppierungen der Klebschichtmolekle

Bei metallischen Fgeteilen Korrosionsgefahr

langsame und kontinuierliche nderung der Eigenschaften

Erweichung

Verringerung der Steifigkeit (G-, E-Modul)

Verformungsverhalten: Feuchtigkeitseinfluss auf Polymere


Verringerung der Zugfestigkeit

Zunahme der Verformungsfhigkeit (Bruch, Bruch)

Erhhung des Schlwiderstandes (pSchl)

Verringerung der Glasbergangstemperatur (Tg)

im wesentlichen reversibel

Zugbeanspruchung:F

Beanspruchungen von Klebungen


d

ab

F

zSpannungsverteilung:

Biegebeanspruchung:

d

Mb



d

ab

b

b

+

-

Spannungsverteilung:

Schlbeanspruchung:F



max

x

Spannungsverteilung

Spaltbeanspruchung:F



F

maxSpannungsverteilung:

Torsionsbeanspruchung:M



maxSpannungsverteilung:

Hinweis:Bei der folgenden Darstellung der Spannungsverteilung innerhalb einer



Bei der folgenden Darstellung der Spannungsverteilung innerhalb einer Zugscherprobe wurde zur Vereinfachung eine lediglich eindimensionale Spannung angenommen. Aus diesem Grund wird eine in der Realitt auftretende Querkontraktion in den Darstellungen nicht bercksichtigt.

In der Realitt sind die auftretenden Spannungen jedoch mehrdimensional, so dass die in der Realitt auftretende Spannungsverteilung von den dargestellten Diagrammen abweicht.

Scherbeanspruchung:

FF



F

Spannungsverteilung: ??

???

?

??

?

Scherbeanspruchung (starre Fgeteile):

Beobachtungen: Bei absolut starren Fgeteilen (keine Verformung der Fgeteile): Schubverformung der Klebschicht mit gleichmiger Verteilung der Schubspannung



FF

max -

Schubspannung


Beobachtungen: steigt mit Zunahme der Belastung F



FF

max -


Beobachtungen:Es kommt zum Bruch, wenn die von der Klebung maximal tolerierbare Schubspannung max erreicht bzw. berschritten wird.

Beispiel: max wird bestimmt durch die Kohsion des Klebstoffs Kohsionsbruch bei = max



FF

max -

Beispiel: max wird bestimmt durch die Kohsion des Klebstoffs Kohsionsbruch bei = max

Scherbeanspruchung (allgemein):

max ist als systemspezifischer Kennwert abhngig von den Kennwerten des Klebstoffs und der Adhsionskraft.

Die Kraft, die zum Bruch der Klebung erforderlich ist, wird als Bruchkraft FBruch bezeichnet

Als Verbundfestigkeit gilt die klebflchenbezogene Bruchkraft (F / A)



Verbund= maxA = lb

b

l

Als Verbundfestigkeit Verbund gilt die klebflchenbezogene Bruchkraft (FBruch / A)

Verbund = FBruch / A


= F / A F = A

Das heit: Das Volumen entspricht der Kraft F.



F = A = lbb

l

F

Scherbeanspruchung (reale Fgeteile):

Beobachtungen:

Bei realen Fgeteilen: ungleichmige Verformung der Fgeteile bei Belastung.Diese Verformung muss der Klebstoff zustzlich ausgleichen:



unbelastet:

belastet:F

F

Diese Verformung muss der Klebstoff zustzlich ausgleichen:


F

Folge:ungleichmige Schubverformung des Klebstoffes aufgrund des gegenlufigen, ungleichmigen Verformungsverhaltens der Fgeteile:



FF

ungleichmige Spannungsverteilung

b

l

max -


F

Mit Zunahme der Belastung F nimmt auch die Fgeteilverformung zu. Die

Spannungsunterschiede in der Klebschicht werden ausgeprgter. Bei Erreichen von max kommt es zum Bruch



b

l

max -

FF

= F / A F = A

Das heit: Das Volumen entspricht der Kraft F




b

l

F

F

Scherbeanspruchung (Vergleich: starre/reale Fgeteile):

Zum Bruch kommt es, wenn die Schubspannung an irgendeiner Stelle in der Klebschicht

max erreicht:



FFBruch, starr

max -max -

FBruch, real

Spannungsverteilung zum Zeitpunkt des Bruches

starre Fgeteile: reale Fgeteile:

Scherbeanspruchung (Vergleich: starre/reale Fgeteile):

Offensichtlich wird max durch die Verformung der Fgeteile schon bei geringeren Krften erreicht. Verbundfestigkeit Verbund, real = FBruch, real / A < Verbund, starr



FFBruch, starr

max -

FBruch, reall

Spannugsverteilung zum Zeitpunkt des Bruches

Verbund= max -

Verbund -

starre Fgeteile: reale Fgeteile:

Scherbeanspruchung (Einfluss der Fgeteilwerkstoffes):

Bei gleicher Belastung F und gleiche Fgeteilgeometrie dehnt sich ein Fgeteil aus einem niedrigermoduligen Werkstoff strker als ein Fgeteil aus einem hhermoduligen Werkstoff:

niedrigmodulig (z.B. Aluminium): hochmodulig (z.B. Stahl)



F

max -

F

F

max -

F

Spannungsunterschiede nehmen beim Einsatz hhermoduliger Werkstoffe ab.

Scherbeanspruchung (Einfluss der Fgeteilwerkstoffes):

Bei steigender Belastung wird in der Klebung niedrigmoduliger Fgeteile frher max erreicht als in der Klebung hochmoduliger Fgeteile.

Niedrigmodulig (z.B. Aluminium): hochmodulig (z.B. Stahl)



F

max -

F

F

max -

F

Verbundfestigkeit joint ist niedriger bei Verwendung niedermoduliger Fgeteile.

Scherbeanspruchung (Einfluss der Fgeteilgeometrie):

Bei gleicher Belastung F und gleichem Fgeteilwerkstoff dehnt sich ein Fgeteil mit kleinem Querschnitt strker als ein Fgeteil mit groem Querschnitt:

dnnes Fgeteil (z.B. Al 1,5mm): dickes Fgeteil (z.B. Al 3mm)



F

max -

F

F

max -

F

Spannugsunterschiede nehmen beim Einsatz von Fgeteilen mit hherem Querschnitt ab.

Scherbeanspruchung (Einfluss der Fgeteilgeometrie):

Bei steigender Belastung wird in der Klebung von Fgeteile mit kleinem Querschnitt frher

ax erreicht als in der Klebung von dicken Fgeteilen:dnnes Fgeteil (z.B. Al 1,5mm): dickes Fgeteil (z.B. Al 3mm)



F

max -

F

F

max -

F

Verbundfestigekit Verbund ist bei Klebungen dnner Fgeteile geringer.

Scherbeanspruchung (Einfluss der berlappungslnge):

Beobachtung:

Bei steigender berlappungslnge erhht sich wie erwartet auch die Bruchlast FBruch ,

allerdings unterproportional zur Vergrerung der Klebflche Verbund sinkt



max -

Spannungsverteilung bei verschiedenen berlappungslngen zum Zeitpunkt des Bruches

Verbund, l -Verbund, 2l -Verbund, 3l -

l 2 l 3 l

Scherbeanspruchung (Einfluss der berlappungsbreite):

Beobachtung:

Bei steigender berlappungsbreite erhht sich die Bruchlast FBruch proportional zur

Vergrerung der Klebflche Verbund bleibt konstant



max -

l

b2 b

Verbund, b = Verbund, 2b -

Spannungsverteilung bei verschiedenen berlappungsbreiten zum Zeitpunkt des Bruches

Scherbeanspruchung (Einfluss der Klebstoffschichtdicke):

Beobachtung:

Verbund ist im Zugscherversuch bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen von der Dicke der Klebschicht abhngig (i.d.R.: hchste Festigkeiten bei ca. 0,1-0,2 mm):

Beanspruchung von Klebungen


d [mm]

Ver

bund

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.0

d

Scherbeanspruchung (Einfluss der Klebstoffschichtdicke):

t Ver

bund

zunehmende Klebschichtdicke: Zunahme von Inhomogenitten mit Kerbwirkung (Luftblasen, Bereiche schlechter Durchmischung, Verunreinigungen, )Zunahme des Drehmomentes durch exzentrische Krafteinleitung Schlwirkung:



d [mm]F F

d [mm]

t Ver

bund

Krafteinleitung Schlwirkung:

abnehmende Klebschichtdicke: Zunahme von Kerbwirkung durch Oberflchen-

rauigkeiten

Berechnung vonKlebverbindungenKlebverbindungen

Auslegung und Berechnung von Klebverbindungen

Grundstzliche Ziele Technisch und wirtschaftlich optimierte Konstruktion Quantitative Verifikation von Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit Minimierung des Aufwands physischer Tests


Grundstzliche Berechnungsmethoden Analytische Anstze Einfache oder Differential Gleichungen Numerische Anstze - Finite Elemente Analyse

Grundprinzip wirkende Kraft/Klebeflche = Ist-Spannung Ist-Spannung mu kleiner zulssige Spannung sein Randbedingungen werden durch Abminderungsfaktoren oder

spezifische Materialmodelle bercksichtigt

Geometrische Klassen

Flache Klebfugen

Dnne(steife)

Klebschicht

Dicke

Nichtlinear Spannungsspitzen

Elastische Verformung Abbau von Spannungs-


Runde Klebfugen

Dicke(weiche)

Klebschicht

Abbau von Spannungs-spitzen

Dnne(steife)

Klebschicht

Nichtlinear Spannungsspitzen Zustzlich Tangential-spannungen

Abminderungsfaktoren

Anpassungen der Festigkeiten an spezifische Randbedingungen mit Abminderungsfaktoren

Bei mehreren Faktoren kommt das Multiplikationsverfahren


Bei mehreren Faktoren kommt das Multiplikationsverfahren zum Einsatz

fgesamt = *fn = f1*f2*f3.....

max = fgesamt* bmax = fgesamt* b

Idealisierte Rechenanstze

z < b Betriebszugspannung < Zugspannung bei Bruch

Fist/A < Fmax/A mit Fmax = Fbruchb bei Klebstoffen Rm bei Metallen


b bei Klebstoffen Rm bei Metallenunter Vernachlssigung der Querkontraktion

< b Betriebsschubspannung < Schubspannung bei Bruch

Fist/A < Fmax/A mit Fmax = Fbruch

Analytische Rechenanstze Modelle von Volkersen, Goland & Reissner, Hart-Smith

Sandwichmodell von Bigwood - Crocombe

04 454

4

=+ yy K

d

( ) ( ) ( ) ( )xKxKAxKxKA sinhcoscoshcos +=


04 54 =+ yKdx ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )xKxKAxKxKAxKxKAxKxKAy

554553

552551

sinhsincoshsin

sinhcoscoshcos

++

+=

0263

3

=dx

dK

dx

d xyxy ( ) ( ) 36261 sinhcosh BxKBxKBxy ++=

Zugspannung SchubspannungA, B, K experimentelle Konstanten

Bigwood-Crocombe in der Praxis


Finite Elemente Analyse Aufteilung einer Struktur in Teilregionen = Grundelemente Verbindung der Grundelemente durch Knoten Verformungsantwort der Grundelement auf Krafteinwirkung wird durch

Materialmodelle beschrieben Berechnung der Deformation der Struktur durch gekoppelte

Differentialgleichungen


Differentialgleichungen Materialkennwerte fr die Materialmodelle werden aus Zug- und

Scherversuchen ergnzt durch bruchmechanische Untersuchungen unter Bercksichtigung der betrieblichen Einfle

Klebstoffspezifische Materialmodelle und Kontaktelemente sind in einigen Berechnungsprogrammen implementiert

Bestimmung der Belastungsverteilung und Erkennung von Problemzonen Abgleich durch Besttigungsversuch empfehlenswert Verlliche Modellierung erfordert viel Erfahrung

FEA BeispielVerstrkungsholm


Seitencrash an Fahrzeugbodengruppe mit 50 km/hVerformung und Energieabsorption eines geklebten Verstrkungsholms

Simulation Originaltest

Berechnung Welle-Nabe Nennspannungskonzept: Lastbertragung durch gleichmig

verteilte Schubspannungen (Nennspannungen) Bestimmung von D aus Druckscherversuch ISO 10123

( ) f...ffpff +=


bertragbare Axialkraft

zul,vnFFzul,ax lDF =

bertragbares Drehmomentzul,vn

FFzul,t

lDM =

2

2

Zulssige Nennschubspannung( ) npDzul,vn f...ffpff += 210

ScherfestigkeitsvergleichS

cher

fest

igke

it [

N/m

m]

50

40

30

(geklebterSchiebe

(geklebter Schrumpfsitz)

nichtgeklebter Schrumpfsitz(geklebterPresitz)

IT7


Sch

erfe

stig

keit

[N

/mm

]

30

20

10

0

50403020100-50 -40 -30

Spalt [m] berma [m]

Schiebesitz) nichtgeklebter Schrumpfsitzmit Reibungsk. = 0,2

Presitz)

nichtgekl.Presitz = 0,1

IT5

Basis Wellen- 35Passfeder

Prfung von KlebverbindungenKlebverbindungen

Wahl des Prfverfahrens abhngig von den zu prfenden Eigenschaften:

Welche Eigenschaften sollen geprft werden?

Prfen von Klebverbindungen


Festigkeit Langzeitbestndigkeit

Mechanische Prftests: z.B. Zugscherversuch, Rollenschlversuch

Test-Kombination:1) Tests, die Umwelteinflsse simulieren

z.B. Klimaauslagerung, Schwitzwassertest, Klimawechseltest, Kataplasmatest,

2) Mechanische Prfung

statisch- Zugscherversuch (DIN EN 1465)- Schubspannungs-

Gleitungs-Versuch (DIN 54451)- Druckscherversuch (DIN 54452)

zyklisch- Prfung der

Schwingfestigkeit

schlagartig

ggf. unter Einbeziehungbesonderer Umweltbdgg.,simuliert durch Klima-auslagerung, z.B.:- Freibewitterung

bersicht zerstrende Prfverfahren


- Druckscherversuch (DIN 54452)- Torsionsscherfestigkeit (DIN 54455)- Losbrechmoment (DIN EN ISO 10964)- Prfung der Zeitstandfestigkeit

(DIN EN 15338)

- Rollenschlversuch (DIN EN 1464)- T-peel Test (DIN EN ISO 11339)- Winkelschlversuch- Biegeschlversuch (DIN 54461)- Klettertrommelschlversuch

(ASTM D 1781)

schlagartig- Prfung bei

schlagartigerBeanspruchung

- Freibewitterung- Kondenswassertest (DIN EN ISO 6270)

- Salzsprhtest(DIN EN ISO 9227)

-Kataplasma-Test (DIN EN ISO 9142)

- Klimawechseltest (VWP-1200-Test)

- VDA-Wechseltest- Klimabestndigkeits-

versuch (DIN 54456)

- Raupenschltest(DIN 14457)

- Keiltest

Methode ermittelbare Gre

Zugversuch Elastizittsmodul E

Methode und ermittelbare Gren


Schubmodul G

Zugscherversuch ZugscherfestigkeitBruchbild

Rollenschlversuch mittlerer Schlwiderstand

Fmax, FminBruchbild

Prinzipiell kann es zum Bruch im Klebstoff kommen (Kohsionsbruch), zum Bruch zwischen Fgeteil und Klebstoff (Adhsionsbruch) und zum Bruch des Fgeteils (Fgeteilbruch).

Bruchbilder


Adhsionsbruch an einem Fgeteil

Adhsionsbruch an beiden Fgeteilen

KohsionsbruchFgeteilbruch

substratnaher spezieller Kohsionsbruch

Adhsions- und Kohsionsbruch(Mischbruch)

Bruchbilder


Brucharten bei Abschlung einer Dickschichtklebung: links: Kohsionsbruch, rechts: Adhsionsbruch

Brucharten bei Zugscherversuch: links: Kohsionsbruch, mitte: Mischbruch, rechts: Adhsionsbruch

F

b Kraft wirkt parallel zur Klebflche( = Scherbeanspruchung)

Probengeometrie:

Zugscherversuch nach DIN EN 1465


F

l

lberlappung

( = Scherbeanspruchung)

b: Probenbreite (25 mm)l: Fgeteillnge (100 mm)lberlappung: berlappungslnge (berlappungslnge: 12,5 mm)

Ermittlung der Zugscherfestigkeit

Verbundfestigkeit =



Erhhung der Belastung bis zum Bruch Fmax

Verbundfestigkeit = Zugscherfestigkeit

bl

F

gberlappun

Verbund = max

Einheit: MPa mm

N ====

Anmerkung:Zur Vergleichbarkeit verschiedener Zugscherversuche mssen die Parameter der Prfungen bekannt sein und dokumentiert werden.



Parameter der Prfungen bekannt sein und dokumentiert werden.

Dazu zhlen in erster Linie: Fgeteilmaterial und -geometrieOberflchenbehandlungKlebstoffKlebstoffschichtdickeAushrtetemperatur und -dauerberlappungslngePrftemperaturPrfgeschwindigkeit

Probengeometrie:

T-Schlversuch nach DIN EN ISO 11339


Krafteinleitung ber einen kleinen Teil der Klebflche und nahezu senkrecht zu ihr ( = Schlbeanspruchung)

F Fflexibel flexibel

Ermittlung des Schlwiderstandes:

Kraftverlauf im Auswertebereich

mittlere Schlkraft Fmittel

Verbundfestigkeit = Schlwiderstand

F

Schldiagramm

Sch

lkr

aft F

Auswertebereich

Fmax

T-Schlversuch nach DIN EN ISO 11339


b

Fp mittel s =

Einheit:

mmN

Ferner sind fr den Auswertebereich der maximale Schlwiderstand und der minimale Schlwiderstand zu ermitteln.( ps,max , ps,min )Schlweg s

Sch

lkr

aft F

Fmin

Fmittel

Klebstoffauswahl

Klebstoffauswahl - Einfluparameter

zu verbindende Werkstoffe Gre des Klebespaltes und der Klebeflche Belastung der Bauteile

Einsatzbedingungen


Einsatzbedingungen

Klebstoff

Ablauf

Beanspruchungen ermitteln

Anforderungsliste erstellen

Klebstoffauswahl


Anforderungsliste erstellen

Klebstoff + Oberflchenbehandlung vorauswhlen

Beanspruchbarkeit des Verbundes ermitteln

Verbund optimieren bis zum Nachweis, dass

Beanspruchung + Sicherheit < Beanspruchbarkeit

Mgliche Beanspruchungen

statische mechanische Beanspruchung, Kriechen

1. Beanspruchungen ermitteln

Klebstoffauswahl


statische mechanische Beanspruchung, Kriechen

zyklische mechanische Beanspruchung, Schwingung

Schlagbeanspruchung

chemische Beanspruchungen: Feuchtigkeit, Salz, Fett, l, usw.

physikalische Beanspruchung: Temperatur, Strahlung

Einbeziehung von:

Konstruktion

ProduktionEndkunde

2. Anforderungsliste erstellen

Klebstoffauswahl


AnforderungslisteHersteller der Fgeteile

Kosten

Qualitts-sicherung

Klebstoffhersteller


Neben den Angaben zu den Beanspruchungen sollte die Anforderungsliste Informationen enthalten ber:

Fgeteile

Klebstoffauswahl


Fgeteile

Fertigungsrandbedingungen

Vorgaben des Arbeitsschutzes / Umweltschutzes

Klebstoff (geforderte/gewnschte Eigenschaften)

Langzeitbestndigkeit

Qualittssicherung

Verfgbarkeit / Kosten


Produktionsbedingungen, die die Klebstoffauswahl beeinflussen knnen

TaktzeitUmgebungsbedingungen

Klebstoffauswahl


UmgebungsbedingungenProzessparameter: Zeit, Temperatur, Druck, usw.OberflchenbehandlungAuftrag (sphen oder Raupe / manuell oder automatisiert)Fixierung, HybridfgenProzessintegrationAushrtungWeitere ProzessschritteToleranzenrheologische Eigenschaften (Flieeigenschaften)

Fgeteileigenschaften, die die Klebstoffauswahl beeinflussen knnen

Fgeteilwerkstoff


Klebstoffauswahl


FgeteilwerkstoffWrmebestndigkeit, WrmeausdehungskoeffizeintMechanische Eigenschaften, z.B. Festigkeit, ModuleFgeteilgeometrieBestndigkeit gegenber chemischen BeanspruchungenDurchlssigkeit (Strahlung, Lsungsmittel)Geometrie der KlebflcheOberflcheneigenschaften (Verunreinigungen, Reaktionsschichten, Oberflchenspannung, Rauheit, usw.)


Klebstoffeigenschaften, die die Auswahl beeinflussen knnen1-K / 2-Kzustzliche Funktionen (dichten, dmpfen, el. leitend, usw.)Geringer Schrumpf

Klebstoffauswahl


Geringer SchrumpfAusgasungsverhaltenlsungsmittelfreiBesonderheiten ( z. B. Lebensmittelkontakt, Feuerschutz)SilikonfreiheitStandfestigkeitberlackierbarkeitAnfangsfestigkeitFarbe / GeruchReparaturfhigkeit


Abwgungen hinsichtlich Arbeits- und Umweltschutz

Klebstoffauswahl


Gefhrdungspotential der Klebstoffe und HilfsstoffeSchutzmanahmenmgliche Ersatzstoffe mit geringem Gefhrdungspotentialgesetzliche BestimmungenAbfallvermeidung und -entsorgung


Weitere Informationen, die die Klebstoffauswahl beeinflussen knnenMaterialeingangskontrolle

Klebstoffauswahl


MaterialeingangskontrolleLagerbedingungenIn-line-Kontrollezerstrungsfreie Prfung QualittssicherungIn-service-Kontrolle

gewnschte Lebensdauer LangzeitbestndigkeitTestverfahren

}}

3. Klebstoff + Oberflchenbehandlung vorauswhlen

Anhand der erstellten Anforderungsliste kann die Vorauswahl von

Klebstoffauswahl


Anhand der erstellten Anforderungsliste kann die Vorauswahl vonKlebstoffen und Oberflchenbehandlungen erfolgen:

vom Anwender selbst

vom Klebstoff-Hersteller (eingeschrnkte Produktpalette)

von neutralen Dienstleistern (z.B. IFAM: umfangreiche Klebstoff-datenbank, herstellerunabhngig)

4. Beanspruchbarkeit des Verbundes ermitteln

Welche Belastungen hlt der Klebverbund bei allen relevantenGebrauchsbedingungen aus?

Klebstoffauswahl


Festigkeit und Verformungsfhigkeit (Bruchdehnung) eines Klebverbundes sind die wichtigsten Gren zur Beschreibung der Beanspruchbarkeit.

Die Beanspruchbarkeit wird mit geeigneten Prfverfahren ermittelt: z.B. zunchst im Zugscherversuch mit Substraten (Werkstoffen und Oberflchenzustnden), die der Anwendung entsprechen; spter dann an den Original-Bauteilen

Einsatzbedingungen sollen mit einbezogen und durch geeignete, beschleunigte Alterungsverfahren bei der Prfung bercksichtigt werden.

5. Verbund optimieren bis: Beanspruchung < Beanspruchbarkeit

BeanspruchbarkeitBeanspruchung Vergleich

Klebstoffauswahl


< >

Verbund optimieren!

Verbund OK

Fertigungsplanung

Anwendungs-beispielebeispiele

Anwendung Automobil


Fahrkomfort Erhhung der Karossensteifigkeit durch KlebenSicherheit Erhhung der Energieaufnahme durch Kleben

Crashresistente, zh-modifizierte 1k-EpoxidklebstoffeAushrtung im KTL-Lackierofen

Anwendung Automobil

Heck1.54 m

Dach4.62 m

Total24.46 m


Front

1.96 m

Seiten R/L

16.34 m

TATA Nano DMS

vorgefertigte KarossenteileKleben mit Nietfixierung2k- schlagzhes Epoxy

Anwendung Flugzeug

Wabenbauteile


1-k und 2k-EpoxideEpoxid Filmklebstoffe

Wabenbauteile Versteifungen Leitwerke Triebwerksgondel Rumpfbauteile

Anwendung Rotorblatt

Klebnaht

Klebnaht

Klebnaht

Steg-Gurt-Klebung der Tragstruktur


Steg-Gurt-Klebung der TragstrukturSchalenverklebung der Aussenhaut2k-Epoxy oder 2k-HM Polyurethan

Klebnaht

Anwendung Bogensport

Stahlspitze CFK Rohr 2k Epoxy mittlere Viskositt schlagfest


schlagfest vibrationsbestndig manuelle Verarbeitung

Flchendichten E-Motorflansche


Flchendichtungen im Motorenbau


Anwendung Lager und Wellen

Anaerober Klebstoff


KugellagerKurbelwellenIndustriegetriebePastifteFhrungsbuchsen

Anwendung LKW Getriebe

geklebter Presitz

LKW Getriebe fr 500PS/2100Nm

Bessere statische und


Bessere statische und dynamische Verdrehfestigkeit

Hhere Dauerfestigkeit als die bisherige geschweite Verbindung

Anwendung Grogetriebe


Anaerobe Fgeprodukte mit langsamer Aushrtung

Anwendung Radsatz


Anaerober Klebstoff: Bremsscheiben, Zahnrder, Radscheiben,

Literatur

1. G. Habenicht: Kleben, Grundlagen Technologie Anwendungen, Springer Verlag2. R.D. Adams (editor): Adhesive bonding, Science, technology and applications,

Woodhead Publishing Limited3. W. Brockmann, P.L. Gei, J.Klingen, B.Schrder: Klebtechnik, Klebstoffe,

Anwendungen und verfahren, Wiley-VCH


Anwendungen und verfahren, Wiley-VCH4. G. Habenicht: Kleben erfolgreich und fehlwerfrei, Vieweg + Teubner5. E.W. Petrie: Handbook of Adhesives and Sealants, McGraw-Hill6. Fosta-Forschungsberichte P 229, P 259, P 332, P 340, P 477, P 508, P 513, P 676

bei www.stahl-online.de

Weiterbildung Kleben

DVS zertifizierte Klebkurse Klebstoffpraktiker (1 Woche) Klebstofffachkraft (3 Wochen) Klebstofffachingenieur (8 Wochen)


Klebstofffachingenieur (8 Wochen) Durchgefhrt von DVS-zertifizierten Organisationen

Fraunhofer IFAM Bremen TC-Kleben bach-Palenberg

Diverse Klebseminare von Universitten und Institutionen

Dieses Vorlesungsskript basiert auf Schulungsunterlagenfr die Klebstofffachberater der Henkel AG & Co. KGaA

die in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut IFAM Bremen entwickelt wurden.


Bremen entwickelt wurden.

Verwendung und Vervielfltigung der Unterlagen ist nur mit schriftlichen Zustimmung des Autors gestattet

Documents

Fügetechnologie Kleben Teil 1 - FAST · Eigenschaften Alterung ... Wandstärke -Kombinationen dünn/dünn und dünn/dick ... Einsatz bei steifen Verbindungen wie