DE2516327A1

DE2516327A1 - Haertersystem fuer aminoplastharz- klebstoffe

Info

Publication number: DE2516327A1
Application number: DE19752516327
Authority: DE
Inventors: Leslie Sherwood Pace
Original assignee: British Industrial Plastics Ltd
Current assignee: British Industrial Plastics Ltd
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-11-06
Also published as: JPS5110842A; DK164975A; NL7504457A; IT1035298B; IL47089A; IL47089A0; SE7504323L; FR2268044B1; FR2268044A1; FI751159A; NO751387L; NO780030L

Description

MÜLLER-BORE · GROENING - DEUFEL - SCHtfN - HERTEL

PATENTANWÄLTE
BRAUNSCHWEIG ■ MÜNCHEN ■ KÖLN 251632?

Dr. W. Müller-Bora - Braunschweig H. Groening. Dipl.-Ing. - München Dr. P. Deufel, Dipl.-Chem. ■ München Dr. A. Schön, Dipl.-Chem. ■ München Werner Hertel. Dipl.-Phys. ■ Köln

München

D/S/Gl - B 1208

BRITISH INDUSTRIAL PLASTICS LIMITED, Manchester,

Grossbritannien

Härtersystem für Aminoplastharz-Klebstoffe

Die Erfindung betrifft die Härtung von Klebstoffen auf der Basis von Aminoplastharzen sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung unter Einsatz der Klebstoffe zum Verbinden von Teilen.

Klebstoffe auf der Basis von Aminoplastharzen, beispielsweise Klebstoffe auf der Basis von Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melaminformaldehyd (MF) sowie gemischten Harnstoff-Formaldehyd Melaminformaldehyd (UF/MF)-Harzen werden in breitem Umfange verwendet, wobei sie im allgemeinen in einer Packung geliefert werden, während sich ein Härter (Härtungsmittel) in Pulverform oder in flüssiger Form in einer getrennten Packung befindet. Geeignete Härter sind bestimmte Phosphorsäuresalze, Aluminiumsulfat sowie Ammoniumchlorid.

Beim Verbinden von Teilen unter Einsatz dieser Klebstoffe ist es übliche Praxis, einen Ansatz aus einem härtbaren Aminoplast-Klebstoff harz und der Härtermenge herzustellen, die erforderlich

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ist, damit dem erhaltenen Klebstoff die erforderliche Gebrauchsdauer sowie die Härtungseigenschaften verliehen werden, die bei der Verwendung erforderlich sind.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Veränderung der Temperatur die Gebrauchsdauer von Klebstoffen, denen ein Härter zugesetzt worden ist, beeinflusst, wobei es schwierig ist, das Verhältnis Härter/Klebstoff entsprechend einzustellen, um die Temperatur zu kompensieren. Verändert sich die Temperatur, so war es bisher erforderlich, die Charge wegzuwerfen und eine neue mit einem anderen Harz/Härter-Verhältnis oder einem anderen Härter, das bzw. der der anderen Temperatur angepasst ist, herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils.

Durch die Erfindung wird ein Härtersystem für Aminoplast-Harzklebstoffe zur Verfügung gestellt, das aus einer wässrigen Lösung besteht, die eine erste und eine zweite Härterkomponente enthält, wobei die erste Härterkomponente ein Ammoniumsalz oder ein wasserlösliches Sulfat oder ein Phosphat eines Metalls der Gruppe I oder der Gruppe II des Periodischen Systems der Elemente ist, während es sich bei der zweiten Härterkomponente um ein wasserlösliches hydrolysierbares Metallsalz handelt, das von der ersten Komponente verschieden ist, wobei das Gewichtsverhältnis der ersten Komponente zu der zweiten Komponente zwischen 5:95 und 97,5:2,5 schwankt. Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis der ersten Komponente zu der zweiten Komponente 20:80 bis 90:10.

Vorzugsweise besteht die erste Härterkomponente aus

a) Ammoniumdihydrogenphosphat

b) Natriumdihydrogenphosphat

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c) Kaliumdihydrogenphosphat

d) Ammoniumchlorid

e) Ammoniumsulfat oder

f) Magnesxumdihydrogenphosphat

Für die Salze a) bis f), wie sie vorstehend aufgeführt werden sind, werden vorzugsweise folgende zweiten Härterkomponenten eingesetzt:

i) für a) Aluminiumsulfat, Aluminiuinchlorid,

Kupferchlorid oder Kupfersulfat

ii) für b) ein Salz, wie es unter i) beschrieben worden ist, oder Eisen(II)-sulfat iii) für c) ein Salz, wie es unter ii) beschrieben

worder, ist
iv) für d) Ammoniumchlorid oder Kupfersulfat

v) für e) Aluminiumchlorid oder Kupfersulfat vi) für f) ein Salz, wie es unter ii) beschrieben worden ist.

Durch die Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Steuerung der Gebrauchsdauer eines Klebstoffs auf Aminoplastharzbasis zur Verfügung gestellt, welches darin besteht, das Verhältnis einer ersten Härterkomponente, wie sie vorstehend definiert worden ist, zu einer zweiten Härterkomponente, wie sie vorstehend definiert worden ist, in dem Klebstoff in der Weise zu steuern, dass eine bestimmte Menge wenigstens einer der Härter in wässriger Lösung zugestzt wird, um seinen Gehalt in dem Klebstoff zu verändern. Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Teilen zur Verfügung gestellt, welches darin besteht,

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a) in einem Gefäss einen Klebstoff auf der Basis eines synthetischen Harzes, der frei von Härter ist, vorzulegen,

b) den Klebstoff durch das Gefäss sowie durch eine Leitung ausserhalb ies Gefässes umlaufen zu lassen,

c) Klebstoff von der äusseren Leitung abzuziehen,

d) ein Härtersystem, wie es vorstehend definiert worden ist, dem abgezogenen Klebstoff zuzusetzen, um diesen härtbar zu machen,

e) den härtbaren Klebstoff auf wenigstens einen von zwei zu verbindenden Teilen aufzubringen, und

f) gegebenenfalls das Verhältnis der ersten Härterkomponente zu der zweiten H.ärterkomponente zur Steuerung der Gebrauchsdauer zu verändern.

Bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann die Gebrauchsdauer eines Klebstoffs in der Weise gesteuert werden, dass sie den gewünschten Härtungseigenschaften der jeweiligen Anwendungszwecke entspricht. Sie kann ferner derartig gesteuert werden, dass sie bei einer Veränderung der Umgebungsbedingungen konstant bleibt, beispielsweise bei einer Veränderung der Temperatur.

Vorzugsweise wird der Klebstoff auf der Basis eines synthetischen Harzes direkt dem Gefäss aus einer Mischvorrichtung zugeführt, in welchem der Klebstoffharzsxrup mit Wasser oder einem anderen flüssigen Verdünnungsmittel und/oder mit einem Füllstoff vermischt werden kann.

Der Füllstoff besteht vorzugsweise aus einer pulverförmigen organischen oder anorganischen Substanz, beispielsweise aus Holzmehl, Roggenmehl, Ton, Gips oder feinen Glxmmerteilchen.

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Jeder Härter wird vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösung zugeführt, so dass das Verhältnis der Härter in dem Klebstoff durch Zugabe einer bestimmten Menge wenigstens einer der Lösungen variiert werden kann.

Wird Ammoniumsulfat in Verbindung mit Aluminiumchlorid eingesetzt, dann können Schwierigkeiten bezüglich der Erzielung einer guten Lagerungsstabilität des letzteren auftreten, und zwar im Hinblick auf beständige Gebrauchsdauern mit einem Altern der Lösung. Dies kann dadurch vermieden werden, dass wenigstens in einem gewissen Ausmaße ein stabilisierendes Modifizierungsmittel zugemengt wird.

Anstatt ein Zweikomponenten-Härtersystem, wie es vorstehend definiert worden ist, einem Klebstoffharz zuzusetzen, ist es möglich, zwei KlebstoffZubereitungen zu vermischen, wobei die eine eine der Härterkomponenten und die andere die andere Härterkomponente enthält, so dass ein Zweikomponenten-Härter in situ gebildet wird, wobei die Gebrauchsdauer erforderlichenfalls dadurch gestuert wird, dass das Verhältnis der zwei Klebstoff Zubereitungen variiert wird.

In den Rahmen der Erfindung fällt ferner eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung des vorstehend erwähnten Verfahrens eignet, Diese Vorrichtung besteht aus einem Gefäss, das in einer Fluidverbindung mit einer äusseren Leitung steht, einer Einrichtung zum Umlaufenlassen eines Klebstoffes auf der Basis eines synthetischen Harzes durch das Gefäss sowie durch die äussere Leitung, einer Abnahmeeinrichtung zum Abziehen von Klebstoff aus der äusseren Leitung, einer Einrichtung zum Zumessen eines Härters in die Abnahmeeinrichtung, um darin einen härtbaren Klebstoff zu erzeugen, und einer Einrichtung zum Aufbringen eines

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härtbaren Klebstoffes aus der Abnahmeeinrichtung auf wenigstens einen von zwei zu verbindenden Teilen.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Umlaufenlassen des Klebstoffs durch das Gefäss und die äussere Leitung von einem solchen Typ, der keine hohe Wärmeabgabe bedingt, da eine Absorption von Wärme durch den Klebstoff während dieser Stufe sich nachteilig auf seine Lagerungsfähigkeit und/oder seine Härtungseigenschaften auswirkt. Daher ist es vorzuziehen, eine langsam laufende
Pumpe zu verwenden.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Mischer zum Vermischen des (härterfreien) Klebstoffs sowie eine Einrichtung zum Zuführen des gemischten Klebstoffs direkt in das Gefäss auf.

Durch die Erfindung wird ferner ein Mischer zur Verfügung gestellt, der sich für eine Verwendung in der vorstehend geschilderten Vorrichtung eignet. Dieser Mischer besteht aus einem
Behälter mit wenigstens zwei Einlassen für die zu vermischenden Materialien und einem Auslass für die vermischten Materialien,. Leitblechen, die einen gewundenen Fluidweg von den Einlassen zu dem Auslass erzeugen, und einem Rührer, der das dem Behälter zugeführte Material zu vermischen vermag.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zum Verbinden der Teile von LaminatStrukturen verwendet werden kann.

Fig. 2 einen Seitenaufriss eines Mischers, der in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet werden kann.

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Fig. 3 eine Ansicht, die der Ansicht von Fig. 2 ähnlich ist und eine modifizierte Form eines Mischers wiedergibt, und

Fig. 4 eine Reihe von graphischen Darstellungen der Verhältnisse der Härterkomponenten, die gegen die Gebrauchsdauer im Falle von verschiedenen Temperaturen aufgetragen sind.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die gezeigte Vorrichtung aus einem Mischer 2, in den Füllstoff, Klebstoffharz (frei von Härter) und Wasser (als Verdünnungsmittel für das Harz) eingefüllt werden kann, einem Auslass 3 für die Zufuhr von gemischtem Klebstoff auf Harzbasis aus dem Mischer 2 in das Lagerungsgefäss 1, wobei dieses Gefäss eine äussere Leitung in Form einer Ringleitung 4 aufweist, in welche eine mit niedriger Geschwindigkeit arbeitende Pumpe 5 für den Umlauf des Klebstoffs auf Harzbasis eingebaut ist, einer Abnahmeeinrichtung in Form von Ventil-gesteuerten Leitungen 6 zum Abziehen von Klebstoff aus der Ringleitung 4, sowie Applikatoren in Form von Sprühköpfen 7 zum Aufbringen von härtbarem Harz aus den Leitungen 6 auf wenigstens ein oder zwei zu verbindende Teile, beispielsweise eine Oberfläche einer Platte. Die Vorrichtung weist ferner einen Lagerungstank A für eine Lösung einer ersten Härterkomponente, einen Lagerungstank B für eine Lösung einer zweiten Härterkomponente sowie Messeinrichtungen 8 zum Zumessen einer jeden dieser Lösungen in eine gemeinsame Härterzuführungsleitung 9, die verzweigt und mit Ventilen versehen ist, so dass das Härtersystem selektiv einer oder mehreren der Leitungen 6 zugeführt werden kann.

Gemäss einem Beispiel für eine Betriebsweise der Vorrichtung werden die folgenden Materialien kontinuierlich dem Mischer 2 in den angegebenen Gewichtsmengen zugeführt:

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Harnstoff-Formaldehyd-Klebstoffharz (68 % Feststoffe

in Wasser)

(Harnstoff:Formaldehyd-Gewichtsverhältnis 1 :1,88) 100 Teile

Feinteiliger Ton (Füllstoff) 25 Teile

Wasser 15 Teile

Der erhaltene härterfreie Klebstoff auf Harzbasis, der beim Betrieb des Rührers anfällt, wird kontinuierlich dem Lagerungsgefäss 1 zugeführt und darin sowie in der Ringleitung 4 durch Betätigen der Pumpe umlaufen gelassen. Klebstoff wird kontinuierlich in eine oder mehrere der Leitungen 6 abgezogen, darin mit Härter vermischt, der aus den Gefässen A und B abgezogen wird, und den jeweiligen Applikatoren 7 zugeführt, durch welche härtbarer Klebstoff auf eine Oberfläche einer Platte aufgebracht wird, so dass sie laminiert werden kann. Die Platten können kontinuierlich unter den jeweiligen Applikatoren 7 durchgeführt werden, beispielsweise auf entsprechend angetriebenen Förderbändern,

Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsfoirm der Erfindung ist die Verwendung einer wässrigen Lösung von Monoammoniumphosphat mit einer Konzentration von 15 % (Gewicht/Volumen) in Verbindung mit einer wässrigen Lösung von Aluminiumsulfat mit einer Konzentration von ungefähr 20 % (Gewicht/Volumen) vorgesehen.

Eins oder beide dieser Lösungen keimen Harnstoff enthalten, um die Festigkeit der Bindung eu erhöhen,- die zwischen den Teilen erzeugt wird; auf weiche der Klebstoff aufgebracht ivircl.

Die Kens en trat ion der jeweiligen Härter lösungen, kann innerhalb ziemlich breirer Grenz an ausgewählt werden, beispielsweise von 5 % (Gericht/Volumen) Mi zur Sättigung_y und swar in Abhängigkeit von der Temperatur*

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Der Umlauf des Klebstoffs auf Harzbasis durch die Ringleitung 4 erleichtert das Abziehen des Klebstoffs aus dem Gefäss, wobei der Füllstoff in homogener Dispersion vorliegt, und erleichtert den Betrieb der Applikatoren 7, da nur der Applikator oder diejenigen Applikatoren, die einer Wartung bedürfen, zu jedem beliebigen Zeitpunkt abgeschaltet werden können.

Durch die Fig. 2 wird näher ein Mischer 2 wiedergegeben, der sich für eine Verwendung in der Vorrichtung eignet, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Der Mischer besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 10 mit einem halbkugelförmigen unteren Ende und einem abnehmbaren Oberteil, das einen drehbaren Rührer 11 aufnimmt und mit Einlassen 12, 13 und 14 versehen ist. Ein Auslass 15 ist an dem oberen Ende des Gehäuses vorgesehen, während sich eine Unterteilung 16 in Abwärtsrichtung von dem Oberteil des Mischers erstreckt und einen engen Spalt in der Nähe des unteren Endes des Mischers bildet. Die Abteilung 16 passt sich an das zylindrische Gehäuse an und ist an beiden Seiten mit der Gehäusewand verbunden, so dass ein eingeschränkter verschlungener Weg zwischen den Einlassen 12, 13 und 14 und dem Auslass 15 gebildet wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Modifizierung des Mischers gemäss Fig. 2. Das Gehäuse 10' ist mit einem inneren nach abwärts gerichteten Flansch ausgestattet, der eine zylindrische Abteilung 18 mit einem Durchmesser bildet, der kleiner ist als eine zweite zylindrische Abteilung 17, die von dem unteren Ende des Gehäuses nach oben ragt. Ein entfernbares Oberteil 19 trägt einen drehbaren Rührer 11' sowie Einlasse 12', 13' und 14'. Die Pfeile zeigen einen verschlungenen Weg zwischen den Einlassen und dem Auslass 15 in der Nähe des unteren Endes des Gehäuses an.

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Die Mischer können aus einem geeigneten Metall bestehen, beispielsv7eise aus rostfreiem Stahl oder cius glasfaserverstärkten hitzegehärteten Kunststoffmaterialien. '.

Gemäss einem anderen Beispiel wird ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einem Harnstoff:Formaldehyd-Verhältnis von 1:1,88 und einem Feststoffgehalt von ungefähr 68 % verwendet", um eine Klebstoffharzmischung eines Typs zu erzeugen, der sich zum Verbinden von Aussenplatten mit einer Abstandsstruktur bei der Her-•stellung von Inenntüren für Gebäude eignet. Die Klebstoffharzmischung besitzt folgende Zusammensetzung (in Gewichtsteilen):

UF-Harz 100 Teile

Ton 31 Teile

Wasser 6,5 Teile

Eine erste Härterkomponente für das Klebstoffharz besteht aus einer 15 %igen (Gewicht/Volumen) Lösung von Aluminiumsulfat in Wasser und eine zweite Härterkomponente aus einer 15 %igen (Gewicht/Volumen) Lösung von Monoammoniumphosphat in Wasser, wobei jede dieser Härterkomponenten ausserdem 40 % (Gewicht/Volumen) Harnstoff enthält.

Durch Zugabe einer jeden Härterkomponente zu der Klebstoffharzmischung in verschiedenen Mengenverhältnissen ist es möglich, die Gebrauchsdauer der Mischung bis zu jedem gewünschten Wert zu variieren oder die Gebrauchsdauer konstant während Tempera-.turveränderungen zu halten, und zwar durch Veränderung des Verhältnisses der Härter, wie aus Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen hervorgeht. Man sieht ferner, dass eine synergistische Wirkung erzielt wird, wobei die Gebrauchsdauer auf sehr "niedrige- Werte gebracht werden kann. Damit ist es möglich, das Härtersystem in

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das Klebstoffharz unmittelbar vor der Aufbringung des härtbaren Harzes einzubringen. Jedes der beschriebenen Härtersysteme zeigt die aus Fig. 4 hervorgehende synergistische Wirkung. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Härterkomponenten vorzugsweise derartig ausgewählt werden, dass chemische Reaktionen zwischen ihnen vermieden werden.

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Claims

- 12 Patentansprüche

1. Härtersystem für Aminoplastharz-Klebstoffe, gekennzeichnet durch eine wässrige Lösung, die eine erste und eine zweite Härterkomponente enthält, wobei -Sie erste Härterkomponente ein Airanoniumsalz oder ein wasserlösliches Sulfat oder Phosphat eines Metalls der Gruppe I oder II des Periodischen Systems der Elemente und die zweite Härterkomponente ein wasserlösliches hydrolysierbares Metalisals_r das sich von der ersten Komponente unterscheidet, ist, wobei das Gewichtsverhältnis der ersten Komponente zu der zweiten Komponente zwischen 5:95 und 97,5:2,5 schwankt.

2. Härtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, dass das Gewichtsverhäitnis der ersten Härterkomponente zu der zweiten Härterkomponente zwischen 20:80 und 90:10 schwankt.

3« Härtersystem gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet;, dass die erste Härterkomponente aus

a) AiMioniumdiliydrogenphosphat,

b) Natriumdihydrogenphcsphat,

c) Kaliumdihydrogenphosphat,

d) Äimnoniumchloridr

e; Ammenittnisulfat oder

f) Magnesiumäih^drcganphosphat

besteht, während die ε weite Eärtsrkcirponenfce

i) für a) Aluminiumsulfat, Aluminiumchloride

Kupferchlorid oder Kupfersulfat, ii) für b) ein Salz gemäss i) oder Eisen(II)-sulfat,

iii) für c) ein Salz gsmäss ii),

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iv) für d) Ammoniumchlorid oder Kupfersulfat,

ν) für e) Aluminiumchlorid oder Kupfersulfat und vi) für f) ein Salz gemäss ii) ist.

4. Härtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Mischung aus einer 15 %igen (Gewicht/Volumen) wässrigen Lösung von Monoammoniumphosphat und einer 20 %igen (Gewicht/Volumen) wässrigen Lösung von Aluminiumsulfat besteht.

5. Härtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Harnstoff enthält.

6. Verfahren zur Steuerung der Gebrauchsdauer eines Klebstoffs auf Aminoplastzharzbasis, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff aus einem Aminoplastharz und einem Härtersystem gemäss Anspruch 1 gebildet wird und das Verhältnis der ersten Härterkomponente zu der zweiten Härterkomponente in der Weise gesteuert wird, dass eine gesteuerte Menge wenigstens einer der Komponenten in wässriger Lösung zugesetzt wird.

7. Verfahren zum Verbinden von Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass

a) in einem Gefäss ein Klebstoff auf der Basis eines synthetischen Harzes, das frei von einem Härtungsmittel ist, vorgelegt wird,

b) der Klebstoff durch das Gefäss und durch eine Leitung ausserhalb des Gefässes umlaufen gelassen wird,

c) Klebstoff von der äusseren Leitung abgezogen wird,

d) ein Härtersystem gemäss vorstehender Definition zugesetzt wird, um den Klebstoff härtbar zu machen,

e) der härtbare Klebstoff auf wenigstens einen von zwei zu verbindenden Teilen aufgebracht wird, und

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f) gegebenenfalls die Gebrauchsdauer des Klebstoffs nach der Methode gemäss Anspruch 7 gesteuert wird.

8. Vorrichtung, die sich zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 7 eignet, gekennzeichnet durch ein Gefäss (2), das in Fluidverbindung mit einer äusseren Leitung (4) steht, eine Einrichtung (5) zum Umlaufenlassen eines Klebstoffs auf der Basis eines synthetischen Harzes durch das Gefäss (2) sowie durch die äussere Leitung (4), eine Abnahmeeinrichtung (6) zum Abziehen von Klebstoff aus der äusseren Leitung, eine Einrichtung (8) zum Zumessen eines Härters in die Abnahmeeinrichtung, um den darin enthaltenen Klebstoff härtbar zu machen, und eine Einrichtung (7) zum Aufbringen von härtbarem Klebstoff aus der Abnahmeeinrichtung auf wenigstens einen oder zwei zu verbindende Teile.

9. Mischer, der für einen Einsatz in der Vorrichtung gemäss Anspruch 8 geeignet ist, gekennzeichnet durch einen Behälter (2) mit wenigsenns zwei Einlassen (12, 13) für die zu vermischenden Materialien und einem Auslass (15) für die vermischten Materialien, einer Leiteinrichtung (16), die einen verschlungenen Fluidweg von den Einlassen zu dem Auslass bildet, und einen Rührer (11), der zum Vermischen des Materials betätigbar ist, das dem Behälter zugeführt wird.

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