Stockmeier Urethanes. Prozesskette Klebtechnik - der einzige Weg zur fachgerechten Durchführung von Klebungen

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1 Stockmeier Urethanes Prozesskette Klebtechnik - der einzige Weg zur fachgerechten Durchführung von Klebungen Hannover Messe 6. Suppliers Convention vom Frank Steegmanns - Key Account Manager Adhesives

2 Unternehmen Polyurethan-Systeme Produkte zur Herstellung von Sportböden für Außenanlagen (Laufbahnen, Spielfelder, Tennisplatzbeläge), Sporthallen sowie Kinderspiel- und Kunstrasenplätze Kleb- und Dichtstoffe für verschiedenste Anwendungen im industriellen Bereich (Fahrzeugbau, Batterieherstellung, Filter-, Bau-, Recycling-, und Konsumgüterindustrie) Gießharze und Vergussmassen für die Elektroindustrie, sowie harte und weiche Vergussmassen zur Herstellung technischer Artikel und Formteile

3 Unternehmen Unsere Produktionsstätten Stockmeier Urethanes GmbH & Co.KG Im Hengstfeld 15 D Lemgo (von Werk Bielefeld) Seit April 2010 / 40 MA Stockmeier Urethanes USA Inc. 20 Columbia Boulevard Clarksburg, WV Seit 2003 / 35 MA Stockmeier Urethanes France S.A.S. 8, Rue de l Industrie Z.l. Est Cernay Seit 1996 / 35 MA Greenfield Polymers Ltd. Sowerby Brigde West Yorkshire HX6 1AA UK Seit 2012 / 16 MA

4 Geschichte Daidalos und Ikarus Daidalos, der Bildhauer und Baumeister Roms, beging aus Eifersucht einen Mord an seinen Schüler Talos. Um der Bestrafung zu entweichen, floh er mit seinem Sohn Ikarus nach Kreta, wo ihn König Minos aufnahm. Doch auch da wollte er nicht lange bleiben und weil er an der Flucht gehindert werden sollte, schuf er aus Vogelfedern und Wachs, zwei Flügel. Für seinen Sohn Ikarus fertigte er ein Paar für die Größe des Knaben. Er warnte Ikarus: Flieg nicht zu hoch, sonst könnte deine Flügel durch die Hitze der Sonne Feuer fangen und verbrennen. Flieg nicht so tief, sonst könnte die Feuchtigkeit des Meeres deine Flügel beschweren und du wirst nach unten gezogen. Halte dich in der Mitte. Daidalos flog voraus. Und nach einiger Zeit des sicheren Fluges wurde Ikarus zu übermütig und vergaß die Warnungen. Er stieg höher und höher und schließlich schmolzen die Flügel unter den brennenden Sonnenstrahlen. Ikarus stürzte ins Meer. Daidalos landete sicher und fand den an den Strand gespülten Leichnam von Ikarus. Das Meer in das Ikarus stürzte heißt heute "Ikarisches Meer" und die Insel an Ikarus sein Grab fand: "Ikaria". Quelle: unbekannt

5 Geschichte Der Flug des Daidalos und Ikarus X Daidalos X Ikarus Quelle: google maps

6 Grundlagen Kleben nach DIN 8593 Fertigungsverfahren Fügen Hauptgruppe 1 H auptgruppe 2 Hauptgruppe 3 Hauptgruppe 4 Hauptgruppe 5 H auptgruppe 6 Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern Erzeugen der Form, wobei der Zusammenhalt geschaffen wird Ändern der F orm, wobei der Zusammenhalt beibehalten w ird Ändern der Form, wobei der Zusammenhalt vermindert wird Ändern der Form, wobei der Zusammenhalt vermehrt wird Ändern der Form, wobei der Zusammenhalt beibehalten wird Ändern der Werkstoffeigenschaften Gruppe 4.1 Gruppe 4.2 Gruppe 4.3 Gruppe 4.4 Gruppe 4.5 Gruppe 4.6 Gruppe 4.7 Gruppe 4.8 Zusammensetzen Füllen Anpressen Einpressen Fügen durch Urformen Fügen durch Umformen Fügen durch Schweißen Fügen d urch Löten Kleben Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionskleben) Quelle: unbekannt

7 Grundlagen Grundlagen fürs Kleben DIN 8593 Fertigungsverfahren Fügen DIN EN ISO 9000 Qualitätsmanagementsysteme DIN EN ISO 9001 Qualitätssicherungssysteme DVS -EWF 3301 DVS -EWF 3305 DVS -EWF 3309 DVS 3310 DVS 3311 DVS 1618 DIN 6701 NA AK NA AK European Adhesive Bonder European Adhesive Specialist European Adhesive Engineer Qualitätsanforderung in der Klebtechnik Klebeaufsichtspersonal Elastisches Dickschichtkleben im Schienenfahrzeugbau Kleben von Schienenfahrzeugen und fahrzeugteilen Prozesskette Klebtechnik Kleben von Faserverbundwerkstoffen IVK Werksvorschriften, Werknormen usw.

8 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

9 Grundlagen (0) Vorteile der Klebtechnik Fügen unterschiedlicher Materialen möglich Flächige Krafteinleitung, gleichmäßige Spannungsverteilung ohne Spannungsspitzen Erhalt von Werkstoffeigenschaften, geringe Wärmebelastung, fehlende Materialverletzung Hohe Designfreiheit Funktionsintegration (z. B. Geräuschdämpfung, Schwingungsdämpfung, Dichtfunktion) Thermische und elektrische Isolierung Toleranzausgleich Erhöhung der Produktivität Vermeidung von Kontaktkorrosion Quelle: IFAM

10 Grundlagen (0) Grenzen der Klebtechnik Begrenzte thermische Belastbarkeit Bei manchen Materialien und Prozessen aufwändige Oberflächenvorbehandlungen notwendig Definierte Verarbeitungs- und Aushärtebedingungen müssen eingehalten werden z. T. lange Aushärtezeit Alterung durch Witterung und / oder andere Einflüsse

11 Grundlagen (0) Definition Kleben Kleben ist das Verbinden von Fügeteilen mittels eines Klebstoffes. Definition Klebstoff DIN EN 923 Ein Klebstoff ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der Fügeteile durch Adhäsion (Oberflächenhaftung) und Kohäsion (innere Festigkeit) miteinander verbindet.

12 Grundlagen Fertigungstechnik Kleben Spezieller Prozess DIN EN ISO 9001 Die Fertigungstechnik Kleben (wie auch Schweißen) ist nach DIN EN ISO 9001 ein spezieller Prozess, bei dem die Qualität der Verbindung durch eine ausreichende Überwachung und Dokumentation des Fertigungsprozesses sichergestellt werden muss. Dies kann durch eine entsprechende Prozessüberwachung, durch zerstörende Prüfungen an Stichproben oder durch Methoden der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) erfolgen.

13 Grundlagen Adhäsion bei Klebstoffen (lat. adhaerere - anhaften) Wikipedia: Adhäsion umfasst die Haftkräfte an den Kontaktflächen zweier unterschiedlicher oder gleicher Stoffe durch Molekularkräfte. Die Stoffe können sich in festem oder in flüssigem Zustand befinden. Im Bereich der Klebstoffe versteht man unter Adhäsion die Haftung von Klebschichten an den Fügeteiloberflächen. Die Vorgänge bei der Adhäsion sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Sie gestalten sich besonders schwierig, weil die Abhängigkeiten zwischen den Klebstoffsystemen und den verschiedenen Fügeteiloberflächen sehr komplex sind.

14 Grundlagen - Haftkräfte Aufbau einer Klebung Fügeteil 1 Klebstoff Fügeteil 2 Kohäsion Adhäsion Kohäsion Adhäsion Kohäsion

15 Grundlagen (0) Benetzung Voraussetzung für Adhäsion ist die Benetzung, sollte möglichst unter 1nm sein Quelle: IVK

16 Grundlagen (0) Wirkung von Haftkräften Mechanische Verankerung Harte, spröde Klebstoffe, Primer Diffusions-Haftung Mechanische Verankerung der Moleküle, Elastomere, Lacke Polaritätskräfte Positiv und negativ geladene Bereiche Klebstoff und Oberfläche Chemische Bindung Reaktive chemische Gruppen in Klebstoff und Oberfläche Quellen: IFAM

17 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

18 Klebung planen (1) Klebung planen Qualitätssicherungsmaßnahmen im Klebeprozess Anforderungsliste (Lastenheft) erstellen Klebstoff und Oberflächenvorbehandlung auswählen Beanspruchbarkeit des Verbundes ermitteln Auslegung optimieren (Beanspruchung x Sicherheitsfaktor < Beanspruchbarkeit) Thermische, mediale, mechanische und strahlende Belastung berücksichtigen Fügeteile (Material, Lagerung, Vorbehandlung, Größe Klebefläche, Festigkeit, usw.) Klebstoff (Material, Lagerung, Verarbeitung, Viskosität, Anlagentechnik, usw.) Produktion (Umgebungsbedingungen, Taktzeiten, Auftragsart, usw.) Arbeits- und Umweltschutz Personalqualifizierung

19 Klebung planen (1) Anforderungsliste Erstellung unter Einbeziehung aller beteiligten Institutionen Quelle: IVK

20 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

21 Werkstoffeigenschaften beachten (2) Werkstoffeigenschaften beachten Unterschiedliche Werkstoffe wie Kunststoffe, Metalle, GFK, Glas, Holzwerkstoffe usw. Materialeigenschaften beachten z.b. elektrische / thermische Leitfähigkeit, Verformbarkeit usw. Oberflächeneigenschaften wie galvanische Überzüge, Lackierungen, Legierungen, besondere Materialeigenschaften (wie bei PA 6.6) usw. Inhaltsstoffe der Werkstoffe, die Auswirkungen auf die Klebung haben können Spannungsrissproblematik bei Kunststoffen Eigenschaften der Werkstoffe (Edelstahl, Aluminium, Glas, Holz usw.)

22 Werkstoffeigenschaften beachten (2) Werkstoffeigenschaften beachten Baustahl: Durch Einwirkung von Sauerstoff und eines Elektrolyten (z. B. Wasser) bilden sich Eisenoxide (Rost) an der Oberfläche. Eisenoxide sind, anders als Aluminiumoxid, nicht fest mit dem Grundwerkstoff verbunden, d. h. sie müssen vor dem Kleben entfernt werden. Bei ausschließlich geschliffenen Oberflächen besteht die Gefahr einer nachträglichen chemischen Veränderung der Oberfläche unter der Klebschicht (Korrosion). Edelstahl: Zusätzliche Legierungsbestandteile: Chrom, Nickel und Molybdän (auch Kupfer möglich) Chemisch sehr träge Oberflächenschicht ("Passivierung"), die eine Korrosion weitgehend verhindert; Dies führt oft zu Einsatzbedingungen mit hoher Feuchte- und Temperaturbelastung. Durch die Passivierung der Oberflächenschicht ist die Bildung physikalischer Wechselwirkungen z. B. mit dem Klebstoff in Form von Adhäsionskräften stark eingeschränkt. Eine ausschließlich mechanische Vorbehandlung ergibt daher oft eine nur unzureichende Langzeitbeständigkeit.

23 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

24 Klebung gestalten (3) Klebung gestalten Festlegung Beanspruchungsart (Druck-/Zugbelastung, Scher-Schubbelastung, Schälbelastung) Belastungsarten (statische, dynamische, Crash, Impact, thermische, mediale, strahlende, Kombinationen) Anforderungen an Anwender (Auseinandersetzung mit Werkstoffen, Prozesse, klebgerechte Gestaltung) Beachten Unterschiede strukturelles Kleben und elastisches Kleben Eigenschaften der Klebstoffsysteme (Schichtdicke, Performance, Abspaltungen) Belastungsgerechte Gestaltung der Klebung (Ausdehnungsgerecht, Korrosionsgerecht, Fertigungsgerecht, Risikogerecht usw.) Berechnung von Klebungen (verschiedene analytische und numerische Verfahren, wichtig ist eine auf den Einzelfall bezogene Auswahl und Durchführung

25 Klebung gestalten (3) Klebung gestalten Quelle: IVK

26 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

27 Den richtigen Klebstoff auswählen (4) Klebstoffauswahl Fügeteile beachten (Werkstoff, Eigenschaften, Oberflächen, Belastbarkeit, Beständigkeit, Geometrie und Größe Klebefläche usw.) Arbeitsplatz- und Umweltschutz (Gefährdungspotential Klebstoff/Hilfsmittel, Schutzmaßnahmen, Lagerung, Entsorgung, gesetzliche Bestimmungen) Prozessführung (Integration, Takt, Stückzahl, Oberflächenbehandlung, Viskosität und Fließeigenschaften, Auftragsart, Fixierung, Aushärtung, Toleranzen) Qualitätssicherung (Wareneingangskontrolle, Lagerbedingungen, Inline-Kontrolle, QS- Maßnahmen für Produktionsschritte usw.) Beanspruchungen (statische, dynamische, Crash, Impact, thermische, mediale, strahlende usw.) Langzeitbeständigkeit (Definition geplanter Lebensdauer, Festlegung Alterungsteste) Festlegung Klebstoffsystem (Polyurethan, Epoxid, Silikon, Acrylate usw. 1-K / 2-K)

28 Den richtigen Klebstoff auswählen (4) Klebstoffauswahl Quelle: IVK

29 Den richtigen Klebstoff auswählen (4) Für alle Klebstoffe gilt: Eigenschaften sind produktabhängig. Für produktspezifische Informationen die Datenblätter zu Hilfe ziehen und/oder den Hersteller kontaktieren. Vor der Verarbeitung des Klebstoffes unbedingt das Technische Merkblatt lesen Haltbarkeit überprüfen Sachgerechte Lagerung sicherstellen Klebstoffe, Hilfsstoffe und Fügeteile akklimatisieren Untere und obere Temperaturgrenze für die Verarbeitung beachten; unterhalb von 5 0 C ist in der Regel kein Kleben mehr möglich! Kleben erfordert Sauberkeit. Fixierung erst bei Erreichen der Handfestigkeit lösen

30 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

31 Oberflächenbehandlung (5) Oberflächenbehandlung Klebtechnische Anforderungen an eine Oberfläche Oberfläche muss fest mit dem Grundwerkstoff verbunden sein Oberfläche sollte gut benetzbar sein Oberfläche sollte gut klebbar sein Oberfläche darf sich nach dem Kleben nicht mehr unkontrolliert verändern Ziele der Oberflächenbehandlung Verbesserung der Benetzung Verbesserung der Adhäsion Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Oberfläche Verbesserung der Langzeitbeständigkeit der Klebung

32 Oberflächenbehandlung (5) Oberflächenbehandlung Art und Umfang der Oberflächenbehandlung richten sich nach dem Fügeteilwerkstoff dem Klebstoff dem aktuellen Zustand der Oberfläche den zu erwartenden Beanspruchungen im Gebrauch den Richtlinien für Arbeits- und Umweltschutz. Typische Oberflächenbehandlungsmethoden von Fügeteilen Alle Werkstoffe Reinigen und Entfetten Metalle Schleifen, Strahlen, Beizen, Flammenpyrolyse, Primern Kunststoffe Schleifen, Strahlen, Beflammen, Plasma, Primern Hölzer Schleifen, Hobeln, Primern Gläser / Keramiken - Primern FVK (Faserverbundwerkstoffe) Schleifen, Strahlen, Peel-Ply, Beflammen, Plasma, Primern

33 Oberflächenbehandlung (5) Aufbau Fügeteiloberfläche Quelle: IFAM

34 Oberflächenbehandlung (5) Adsorptionsschicht / Reaktionsschicht Oberflächenanalytik AlMgSi 0,5 Profil Vor Abschleifen Nach Abschleifen Profil A Profil B Profil A Profil B Na Na - - O O N N Mg Mg - - C C Al Al Während der Extrusion, bei C migriert Magnesium an die Oberfläche und bildet eine instabile Schicht. Diese Schicht kann durch Anschleifen entfernt werden. Quelle: unbekannt

35 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

36 Gebrauchssicherheit der Klebung nachweisen (6) Gebrauchssicherheit nachweisen Geeignete Prüfverfahren für Festigkeit festlegen (zerstörungsfreie und zerstörende Prüfungen) Einteilung von Defekten (zerstörungsfreie Prüfung) Beurteilung Bruchbild (zerstörende Prüfung) Alterungsteste festlegen (Klima- Wechseltest, Licht / UV, Medienlagerung, Kombiteste wie VDA - Wechseltest (Salzsprühnebel, Kondenswasser, RT Lagerung), Freibewitterung u.a.) Gegenüberstellung realer und laboraler Alterung wegen Korrelation Sicherheitsfaktoren festlegen (statische, dynamische, thermische Belastung u.a.)

37 Gebrauchssicherheit der Klebung nachweisen (6) Gebrauchssicherheit nachweisen Quelle: IVK

38 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

39 Fertigung vorbereiten (7) Fertigung vorbereiten Qualifizierung des Fertigungsprozesses (Festlegen Qualitätsspezifikationen, Sicherstellung Funktion der Maschinen, Optimierung Fertigungsabläufe, usw.) Lastenheft / Anforderungsliste beachten ggfls. erweitern Erstellen von Arbeitsplatzanweisungen Prozessschritte Fertigungsphase beachten (Umgebung, Lagerung, Hilfsstoffe usw.) Arbeits- und Umweltschutz Gefahrstoffe beim Kleben Schutzmaßnahmen (Gefährdungspotential, PSA, Abluft usw.) Entsorgung

40 Fertigung vorbereiten (7) Arbeitsplatzanweisung Generelle Anforderungen an Arbeitsanweisungen: Fachlich zutreffend Vollständig Aktuell Verständlich und anschaulich Übersichtlich (evtl. Langfassung für Schulung, Kurzfassung für täglichen Gebrauch in Fertigung) Dokumentation (qualitätsrelevanter Daten Charge, Öffnungsdatum, MHD usw.) Optimale Umgebungsbedingungen herstellen Fügeteile, Primer, Klebstoffe akklimatisieren Material zurecht legen Arbeits- und Umweltschutz sicherstellen Passgenauigkeit prüfen Fügeteile, Klebstoff und Hilfsstoffe prüfen Oberflächen prüfen und behandeln Primer- und Klebstoffauftrag Dosierung / Art Fügen / Fixieren / Aushärten

41 Prozesskette Klebtechnik Prozesskette Klebtechnik Quelle: IVK

42 Klebung fachgerecht ausführen (8) Klebung fachgerecht ausführen Klebstoffverarbeitung manuelle Verarbeitung von Klebstoffen Maschinelle Verarbeitung von Klebstoffen Klebstoffverarbeitung mit Roboter Quelle: IFAM Quelle: IVK Quelle: IVK

43 Klebung fachgerecht ausführen (8) Klebung fachgerecht ausführen Klebstoffauftrag Raupenauftrag Punktauftrag Sprühauftrag Walzenauftrag Swirlauftrag Wirbelauftrag Spinnauftrag Rakel Verguss Auftrag im Lackverfahren Quelle: IVK

44 Weitere Informationen Weitergehende Informationen im Themenpark Klebtechnik Stockmeier Urethanes Halle 6 Stand B 45/5 Industrieverband Klebstoffe Halle 6 Stand B 45/4

45 Stockmeier Urethanes Prozesskette Klebtechnik - der einzige Weg zur fachgerechten Durchführung von Klebungen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Hannover Messe 6. Suppliers Convention vom Frank Steegmanns - Key Account Manager Adhesives