Grundwissen zum Kleben

Grundwissen zum Kleben

Auch das Kleben gehört zu den möglichen Verfahren im Bereich der Fügetechnik. Dabei werden beim Kleben Werkstoffe mithilfe von Klebstoffen miteinander verbunden. Bei den Klebstoffen handelt es sich um organische oder anorganische Zusätze, die aushärten.

Ähnlich wie das Schweißen eignet sich auch das Kleben für das Fügen von metallischen und von nichtmetallischen Werkstoffen. Außerdem gehört auch das Kleben, genauso wie das Schweißen und das Löten, zu den stoffschlüssigen Fügeverfahren.

Aber wie funktioniert das Kleben eigentlich genau? Worin liegen die Vorteile und welche Nachteile gibt es?

Grundwissen zum Kleben

Beim Kleben werden zwei Werkstoffe unter Zuhilfenahme von einem Klebstoff verbunden. Wie fest eine Klebeverbindung dann ist, hängt zum einen von der geometrischen Gestaltung und der Beanspruchung ab. Zum anderen wird dies von den Festigkeiten bestimmt, die die beiden zu fügenden Teile, die Grenzschichten und die Klebeschicht selbst aufweisen.

Dabei beruht das Klebeverfahren auf zwei physikalischen Prozessen:

·         Adhäsion:

Die Adhäsion beschreibt die Haftkräfte, die an den Kontaktflächen von unterschiedlichen Stoffen wirken. Dabei ergibt sich die Adhäsion aus der spezifischen und der mechanischen Adhäsion. Die spezifische Adhäsion umfasst die Haftkräfte, die auf chemischen, physikalischen und thermodynamischen Erscheinungen beruhen. Die mechanische Adhäsion umfasst alle physikalisch-mechanischen Verklammerungen.

·         Kohäsion:

Die Kohäsion bezeichnet die Anziehungskräfte, die innerhalb eines Stoffes wirken und die Moleküle, Atome oder Masseteilchen zusammenhalten. Deshalb wird in diesem Zusammenhang auch von der inneren Festigkeit gesprochen. Bei Klebeverbindungen sind mit der Kohäsion alle Bindungskräfte zwischen den Molekülen des Klebstoffs nach seiner Aushärtung gemeint.

Eine Klebeverbindung weist dann die bestmögliche Festigkeit auf, wenn sich nahezu ein Gleichgewicht zwischen der Adhäsion und der Kohäsion ergibt. Gleichzeitig spielt aber auch die Benetzung der Oberfläche eine wichtige Rolle. Hierbei gilt es darauf zu achten, dass der Klebstoff gleichmäßig aufgetragen wird, an der Fügestelle haftet und sich nicht unkontrolliert über die Werkstoffe verteilt.

Das Klebeverfahren

Bevor zwei Werkstücke verklebt werden können, müssen die Oberflächen gründlich vorbehandelt werden. So ist es beispielsweise notwendig, die Klebestellen zu reinigen und zu entfetten. Andernfalls besteht die Gefahr, dass keine feste Verbindung entsteht.

Welche Vorbehandlung konkret erforderlich ist, hängt von den Werkstoffen und dem verwendeten Kleber ab.

Um den Klebstoff dann aufzutragen, kann er

·         mittels Druckluftverfahren aufgespritzt,

·         aufgetropft oder aufgegossen,

·         aufgewalzt,

·         mit einem Pinsel, einem Rakel, einem Stempel oder einer Spachtel aufgebracht oder

·         in einem Bad, in das das Werkstück getaucht wird, als Schicht überzogen werden.

Dabei kann der Klebstoffauftrag sowohl in automatisierten Verfahren als auch von Hand erfolgen. Mit dem Abbinden der Klebestoffe erfolgt dann ein entscheidender Schritt, der darüber bestimmt, welche Eigenschaften die Klebeschicht aufweist. Die wesentlichen Faktoren beim Abbinden sind die Dauer, die Temperatur und der Druck.

Härtet der Klebstoff bei höheren Temperaturen aus, ist die Abbindedauer kürzer. Dies verbessert meist die Festigkeit der Klebeverbindung. Wird Druck ausgeübt, vergrößert sich die Oberfläche, die Haftung wird verstärkt und es entsteht eine gleichmäßig dicke Klebstoffschicht.

Die Klebstoffarten

Einige Klebstoffe sind gebrauchsfertig zubereitet, andere Klebstoffe müssen erst angemischt werden, bevor sie verarbeitet werden können. Durch die Zugabe von Lösungsmitteln oder Füllstoffen ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften des Klebstoffs zu verändern und die chemische Reaktion bei der Aushärtung zu beeinflussen.

Ein wichtiger Faktor beim Umgang mit Klebstoffen ist dabei die sogenannte Topfzeit. Sie gibt an, wie lange ein Klebstoff bei Raumtemperatur verwendet werden kann. Generell lassen sich Klebstoffe in zwei große Gruppen einteilen:

1.       Chemisch härtende Klebstoffe verfestigen sich in der Klebefuge zu einer Substanz, die nicht schmelzbar ist und auch durch herkömmliche Lösungsmittel nicht gelöst werden kann. Dadurch sind die Klebeverbindungen sehr beständig und weisen eine enorm hohe Festigkeit auf. Bei Ein- und Mehrkomponentenklebern sowie vielen Klebstofffolien handelt es sich üblicherweise um chemisch härtende Klebstoffe.

2.       Physikalisch härtende Klebstoffe verfestigen sich dadurch, dass die darin enthaltenen Lösungs- oder Dispersionsmittel verdunsten. Handelt es sich um einen Klebstoff, der im Zuge der Verarbeitung geschmolzen wird, kommt die Verfestigung zustande, wenn der Kleber abkühlt und erstarrt. In die Gruppe der physikalisch härtenden Klebstoffe gehören hauptsächlich Schmelzklebstoffe und Klebelösungen.

Die Vorteile vom Kleben

Verglichen mit anderen Fügeverfahren, kennzeichnet sich das Kleben durch einige große Pluspunkte:

·         Beim Kleben ist keine oder eine nur vergleichsweise geringe Wärmezufuhr notwendig. Anders als beim Schweißen besteht dadurch nicht die Gefahr, dass es zu einem Verzug, Abkühlspannungen oder Gefügeveränderungen kommt. Im Unterschied zum Schrauben oder Nieten entstehen beim Kleben auch keine Löcher, die das Material schwächen könnten. Außerdem verändert sich durch das Kleben die Optik nicht.

·         Klebstoffe kennzeichnen sich durch ihr sehr leichtes Gewicht. Durch das Klebeverfahren erhöht sich das Gewicht der Werkstücke somit praktisch nicht.

·         Die Spannung und die Kraftübertragung werden gleichmäßig über die gesamte Klebefläche verteilt.

·         Es können praktisch alle Werkstoffe miteinander verklebt werden. Dies gilt auch für Werkstoffe und Werkstoffkombinationen, bei denen thermische Fügeverfahren nicht möglich sind. So kann beispielsweise Holz oder Glas mit Metall verklebt werden. Mittels Schweißen oder Löten könnten diese Werkstoffe nicht verbunden werden. Ähnlich sieht es bei sehr dünnen Teilen mit Stärken unter 0,5mm aus.

·         Großflächige Verbindungen lassen sich vergleichsweise einfach realisieren.

·         Klebstoffe verbinden Werkstoffe nicht nur, sondern dichten gleichzeitig ab. Gase und Flüssigkeiten können die Klebstoffschicht nicht passieren. Außerdem bleibt die Klebstoffschicht zumindest in gewissem Grad flexibel und kann so Schwingungen und Vibrationen dämpfen.

·         Beim Kleben werden die Werkstücke nicht verändert. Deshalb ist es oft möglich, die Verbindung wieder zu lösen, ohne dass die Werkstücke Schaden nehmen.

Die Nachteile vom Kleben

Den Vorteilen, die das Klebeverfahren bietet, stehen allerdings auch Nachteile gegenüber:

·         Das Anfertigen von stabilen, festen und dauerhaften Klebeverbindungen ist vergleichsweise aufwändig und anspruchsvoll. So müssen die Oberflächen meist recht umfassend vorbehandelt werden und um einen geeigneten Klebstoff auszuwählen, müssen sowohl die Werkstoffe berücksichtigt werden als auch die künftigen Beanspruchungen bekannt sein. Außerdem muss die Verarbeitung des Klebstoffs exakt in den vorgegebenen Schritten erfolgen.

·         Mechanische, chemische, physikalische und biologische Einflüsse führen dazu, dass Klebstoffe im Laufe der Zeit altern.

·         Klebeverbindungen können empfindlich auf Temperatureinflüsse reagieren. So kann starke Hitze dazu führen, dass die Klebeschicht aufweicht, schmilzt oder sich verformt. Kälte wiederum kann den Klebstoff spröde werden lassen.

Die Festigkeit, die Verformbarkeit und andere Eigenschaften einer Klebeverbindung lassen sich nur bedingt prüfen. So müssen im Zuge eines Kontrollverfahrens Referenzproben solange getestet werden, bis sich die Klebeverbindung löst, verformt oder bricht. Ein zerstörungsfreies Verfahren, um Klebeverbindungen zu prüfen, gibt es nicht.

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