DE917288C - Verfahren zum Herstellen von Klebeverbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Klebeverbindungen Eine gute Klebeverbindung unter Verwendung von Bindemitteln, die bei niederen Temperaturen, insbesondere unter 3oo C, aushärten, z. B. organische Bindemittel, wie sie bei Muffenverbindungen von Rohren, Profilteilen im Rohrleitungsbau, Fahrzeugbau u. dgl. Verwendung findet, setzt voraus, daß vor dem Abbinden eine möglichst gleichmäßig verteilte Bindemittelschicht zwischen den eng anliegenden, zu verbindenden Flächen vorhanden und insbesondere nach Beendigung des Aushärteprozesses eine kraftschlüssige Verbindung gewährleistet ist.
• Für die Praxis der Herstellung, vor allem der Serienherstellung, derartiger Klebeverbindungen bereitet es bekanntlich Schwierigkeiten, die Bindemittelschicht in allen Teilen der Verbindung zu gewährleisten. Dies kommt daher, daß aus bekannten Gründen relativ enge Passungen gewählt werden müssen und somit das vor dem Zusammenfügen auf einem der Teile oder beiden Teilen aufgebrachte Bindemittel beim Ineinanderschieben der Teile größtenteils wieder abgestreift wird und damit nicht mehr auf den hierfür vorgesehenen Flächen zurWirkung kommen kann. Die Verwendung entsprechend loser Passungen macht es unter Umständen möglich, eine an sich genügende Menge Bindemittel zwischen die Klebeflächen zu bringen. Derartige Passungen ergeben jedoch erfahrungsgemäß geringe Fe stigkeitswerte bzw. erhebliche Streuungen dieser Werte.
• Um das Einbringen der notwendigen Bindemittelmenge zu gewährleisten, ist auch die Anbringung von Sicken oder Kammern am Einsteck- oder Muffenteil vorgeschlagen worden, die vor dem Zusammenfügen mit Klebmitteln gefüllt werden. Nachteilig sind unter anderem die notwendige vorherige Ver- formung zum Herstellen der Sicken, die ungleichmäßige Verteilung des Bindemittels in der Verbindung und die Verringerung der wirksamen Klebefläche. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zunächst eine lose Passung zu verwenden, um somit das Bindemittel einbringen zu können und nach dem Zusammenfügen der Teile durch mechanisches Verformen nachträglich den Abstand der zu verbindenden Flächen zu verringern. Dieses Verfahren erfordert eine bestimmte Materialauswahl und relativ kostspielige Verformungswerkzeuge.
• In vielen Fällen, und zwar insbesondere dann, wenn der Werkstoff der Außenmuffe laufs einem metallischen Werkstoff besteht, kann erfindungsgemäß das Einbringen des Klebmittels in einfacher Weise dadurch ermöglicht werden, daß beim Zusammenfügen der Teile die Außenmuffe eine höhere Temperatur hat als das Einsteckteil. Die Temperaturhöhe ist nach oben begrenzt durch die Werkstoffeigenschaften der Muffe, z. B. Leichtmetall, sowie durch die Temperaturempfindlichkeit des Klebmittels. Es hat sich nun gezeigt, daß das Bindemittel durch kurzzeitige Überhitzungen in den meisten Fällen keine fühlbaren Schädigungen der Klebmitteleigenschaften erfährt. Um das Klebmittel jedoch durch Vorerwärmung nicht unnötig vorzubelasten bzw. um vorzeitiges Aushärten des Klebmittels zu verhindern, wird es in den meisten Fällen angebracht sein, vor dem Zusammenfügen vzugsveise nur das zunächst kalt bleibende Einsteckteil mit Klebmittel zu versehen. Die Passungen von Muffe und Einsteckteil werden so gewählt, daß sie im zusammengefügten Zustand eine K1ebeverbindung hoher Festigkeit ergeben, aber im Zustand des Zusammenfügens durch eine entsprechende Erwärmung der Muffe die Teile leicht zusammenschiebbar sind. Die durch eine Temperaturdifferenz von 150 bis 200° C hervorgerufene Änderung der Passung genügt im allgemeinen, um das Einsteckteil mit dem aufgebrachten Klebmittel einzuführen.
• Beim Erkalten der Muffe werden durch die Verringerung des Spieles zwischen den zu verklebenden Flächen je nach der vorbereiteten Passung im Temperaturnormalzustand entweder infolge Schrumpfung des Außenteiles Druckspannungen auf Klebschicht und Einsteckteil ausgeübt, oder es wird lediglich die Luft zwischen den zu verbindenden Flächen weitgehend verdrängt. Es sei hierbei erwähnt, daß die üblichen Bindemittel sich bei den vorkommenden Drücken weitgehend inkompressibel verhalten und im ausgehärteten Zustand aus dem Zwischenraum zwischen den Verbindungsflächen nicht mehr verdrängt werden können.
• Technisch wird sich der Erfindungsgedanke vor allem dadurch durchführen lassen, daß das Außenmuffenteil auf eine entsprechend höhere Temperatur erwärmt wird, da sich durch Unterkühlen des Einsteckteiles ohne gröberen apparativen Aufwand zur Vergrößerung der Temperaturdifferenz nur verhältnismäßig wenige Gradunterschiede erzielen lassen.
• Allerdings dürfte bei Zusammenbauvorgängen, die sich nicht in der gewünschten kurzen Zeit durchführen lassen, eine Erwärmung des Muffenteiles und gegebenenfalls gleichzeitig durchgeführte, zusätzliche Abkühlung des Einsteckteiles während des Ineinanderfügens die allzu rasche Verminderung der Temperaturdifferenz verzögern.
• Durch die gemäß der Erfindung auftretende Erwärmung des Muffenteiles ergibt sich bei Berührung der Teile beim Zusammenfügen für das Klebmittel eine vorteilhafte Erniedrigung der Viscosität.
• Bei Klebmitteln, die bei normaler Temperatur fest sind, kann die Muffentemperatur so hoch gewählt werden, daß das Klebmittel bei Berührung in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Durch diese Auswirkungen wird die Gleitmittelwirkung des Klebmittels für den Vorgang des Zusammenfügens erhöht.
• Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, das Außenmuffenteil aus einem Werkstoff mit einem möglichst hohen, gegebenenfalls mit höherem Wärmedehnungskoeffizienten, z. B. Leichtmetall, zu verwenden, als das Einsteckteil, z. B. Stahl, besitzt.
• Durch diese Maßnahme wird gegenüber Materialien mit gleichem Wärmedehnungskoeffizienten bei gleich hoher Temperaturdifferenz eine stärkere Erweiterung bzw. loser Passung beim Zusammenfügen ereicht. Es kann also bei einer derartigen Werkstoffkombination entweder eine größere Bindemittelmenge eingeführt werden, oder es ist möglich, eine festere Passung für die Verbindung zu wählen bzw. die Passungstoleranzen zu vergröberen oder leine niedere Temperaturdifferenz einzuhalten. Die erfindungsgemäße Verwendung eines Materials mit höherem Wärmedehnungskoeffizienten für das Muffenteil gegenüber dem Einsteckteil wirkt sich auch günstig auf die Festigkeit der Klebmittelschicht aus, da bei Beendung der Warmaushärtu,ng beim Abkühlen auch eine Verminderung der Spalttiefe einsetzt, und zwar zu einem Zeitpunkt, bei dem das Klebmittel noch viskos ist und ein weitgehender Ausg'ieich der Spannungen innerhalb der Klebschieht erfolgen kann. Auch eine während der Aushärtung eventuell erfolgende Volumenverminderung des Klebmittels kann hierdurch eliminiert werden.
• Die Länge der Klebeverbindungen, bei denen das Muffenteil vorgewärmt ist, ergibt sich aus der möglichten G,eschwilndigkeit des Zusammenfügens, da im Verlauf des Zusammenfügens zunehmend vom Muffenteil Wärme abgeführt wird u!nd sich entsporechend das Einsteckteil erwärmt, womit die durch die Temperaturdifferenz hervorgerufenen Abmessungsändlerun,gen vermindert bzw. aufgehoben werden. Versuche ergaben, daß beispielsweise bei einer einfachen Muffenverbindung (Rohrdurchmesser 25 mm) unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens leinnvan,dfrei hochwertige Verbindungen bis zu Muffenlängen von 30 mm erreicht werden können.
• Im allgemeinen reicht die Festigkeit bei derartigen Muffenlängen auch bei stark beanspruchten Konstruktionen, wie sie z. B. im Fahrzeugbau benötigt werden, aus.
• In manchen Fällen ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, reine Schrumpfverbindungen durch eine Schrumpfverbindung mit Kleb- mittelzwischenschicht zu ersetzen. Auf Grund der zusätzlichen Adhäsionswirkung des Klehmitteis können geringere Schrumpfspannungen vorgesehen werden, um die gleichen oder höhere Haftfestigkeiten als bei seiner Schrumpfverbindung zu erhalten. Da sich die Klebmittel, wie erwähnt, bei den ausgeübten Drücken der aufgeschrumpften Muffe weitgehend inkompressibel verhalten, bleibt die K!ebmittelschicht zwischen den Flächen erhalten.
• Geringere Wandstärken und damit geringeres Gewicht der Teile und Materialersparnis, größere Materialauswahl, gegebenenfalls Verwendung von Materialien geringer Festigkeit bzw. geringerer Qualität, niedere Verarbeitungstemperaturen und damit bessere Handhabung der Montage usw. ergeben sich daraus. Vor allem ist es häufig möglich, auf eine konische Anordnung der Flächen zu verzichten und damit die Bearbeitungskosten zu senken.
• Es ist jedoch auch möglich, so zu arbeiten, daß infolge der durch das Klebmittel erfolgenden Raumausfüllung gleichzeitig die Schrumpfspannung im kalten Zustand erhöht wird.
• Der Erfindungsgedanke sei an folgenden Beispielen aus dem Fahrradrahmenbau erläutert: Beispiel I Das obere Rahmenrohr eines Fahrradrahmens wird mit dem Steuerkopfrohr durch eine an sich bekannte Anordnung eines Muffenteiles verbunden.
• Das Rahmenrohr wird auf der hierfür vorgesehenen Verbindungsfläche mit Klebmittel versehen und in das auf etwa 2000 C erwärmte Muffenteil eingeschoben. Bei Verwendung eines warm aushärtenden Bindemittels erfolgt dann die übliche Aushärtung gegebenenfalls jedoch erst, nachdem der Rahmen mit Lack oder Grundlack überzogen wurde, der bei der Aushärtetemperatur des Bindemittels einbrennt.
• Beispiel 2 Das Tretlagergehäuse ist in einem Fahrradrahmen mit dem unteren Rahmenrohr, dem Sitzrohr und zwei Hintergabelscheiden verbunden. Bei diesen hochbeanspruchten Verbindungen erfolgt das Einfügen der Rohre, nachdem, wie im vorhergegangenen Beispiel beschrieben, die Rohrenden mit Bindemittel versehen sind, in das Tretlagergehäuse, dessen Temperatur ebenfalls etwa 200 bis 3000 C beträgt. Da das Einfügen der verschiedenen Rohre nacheimind er vorgenommen werden gmuß, ist die Zusammenbauvorrichtung mit einer Heizvorrichtung für das Tretlagergehäuse versehen, so daß das vorgewärmte Gehäuse einige Minuten auf etwa der gewünschten Temperatur von 200° C gehalten werden kann. Auf Grund der Beanspruchung dieses Knotenpunktes und aus Sicherheitsgründen ist das Tretlagergehäuse als Leichtmetalldruckgußteil ausgeführt. Der verhältnismäßig hohe Wärmedehnungskoeffizient von Leichtmetall erlaubt, besonders feste Verbindungen vorzusehen. Die Verw'endung desselben Druckgußtretlagerteiles erlaubt auch die Verwendung von Leichtmetallrahmenrohren, während auf Grund des oben Ausgeführten bei einer Stahlblechtretlagermuffe die Verbindung mit Leichtmetallrohren in der Regel keine genügende Festigkeit und Sicherheit der Verbindung gewährleistet, falls nicht in diesem Fall z. B. das Tretlagergehäuse mit Stutzen als Einsteckteile und die Rahmenrohre als Muffenteile ausgebildet sind. Die Verwendung von Stahlrohren wäre aber in obigem Fall ohne weiteres möglich.
• PATENTANSPRtJCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von Klebeverbindungen, bei denen die zu verbindenden Teile, z. B. Rohr und Außenmuff,e, ineinander geschoben oder durch Einfügen von Verbindungs- oder Füllstücken miteinander verbunden und vor loder während des Zusammenfügens auf den oder mindestens auf einer der Verbindungsflächen, vorzugsweise auf dem Einsteckteil, mit Klebmittel versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammenfügen der Teile das Außenteils zumindest in der Zone der vorgesehenen Klebstelle eine höhere Temperatur und/oder einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als das Einsteckteil.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Außenteil ein Werkstoff mit hohem Wärmedehnungskoeffizienten verwendet wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passungen der Verbindungsflächen von Rohr und Haubenteil so gewählt sind, daß nach Temperaturausgleich die Bindemittelschicht unter Druckspannungen steht.