Kleben, Dichten und Oberflächenbeschichtung in prozesstechnischen Anlagen. Dr.-Ing. Wolfgang Fleischmann

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2 Kleben, Dichten und Oberflächenbeschichtung in prozesstechnischen Anlagen Dr.-Ing. Wolfgang Fleischmann

3 Überblick Grundlagen der Klebetechnik Klebstoffarten Klebstoffeigenschaften Anwendungsbeispiele aus der Prozesstechnik Behälter Industriepumpen Industriegetriebe Rohrleitungsbau MSR-Technik Eigenschaften von Kleb- und Dichtverbindungen 3

4 Klebstoffdefinition nichtmetallischer Stoff, der Werkstoffe durch Oberflächenhaftung so verbindet, dass die Verbindung eine ausreichende innere Festigkeit besitzt Werkstück 1 Werkstück 2 Klebstoffmoleküle Adhäsionskräfte Kohäsionskräfte 4

5 Bestandteile eines Klebstoffes Monomere und Prepolymere Härter, Initiatoren, Aktivatoren Beschleuniger, Stabilisatoren, Verzögerer Weichmacher, Flexibilisatoren, Füllstoffe Verdünner, Verdicker, Thixotropiermittel Haftvermittler Farbstoffe Typischer Reaktionsklebstoff ca Bestandteile 5

6 Klebstoffarten Chemische Basis Epoxide Acrylate (Meth-, Cyan-) Anaerobe (Diacrylsäureester) Silicone, MS-Polymere Polyurethane Poly (-amide, -ester, -imide) Poly (-vinyle, -sulfone) Formaldehyde Kautschuke, Leime, Kleister Abbindemechanismen kalt- / warmhärtend 1-komponentig / 2-komp. feuchtigkeitshärtend anaerob UV- / VIS- / EB-härtend Schmelzen / Erstarren Hybridmechanismen Lösungsmittelverdunstung Wasserverdunstung 6

7 Festigkeit und Bruchdehnung Zugscherfestigkeit (MPa) 40 1 K Epoxy 2 K Epoxy 20 2 K PUR structural 7 50% 1 K PUR MS Klebstoffe 100% 150% Bruchdehnung Silikone bis 800 %

8 Temperatureinsatzbereiche Typischer Einsatzbereich für Reaktionsklebstoffe 120% relative Festigkeit % 100% 80% 60% 40% 20% 0% Silikon Cyanacrylat Temperatur C 8

9 Medienbeständigkeit Ausgezeichnete Beständigkeit gegen eine Vielzahl flüssiger und gasförmiger Medien Zielgerichtete Auswahl der Polymerbasis Grenzen Nicht geeignet zur Abdichtung von Sauerstoff und starken Oxidationsmitteln (heiße konzentrierte Säuren/Laugen, Brom, Chlor) 9

10 Anwendungsbeispiel Behälterbau LNG Tankschiffe Kleben und Dichten der Isolierschalen Temperaturen -190 C C Diffusionsdichtigkeit PU- und MS-Polymere 10

11 Anwendungsbeispiel Industriepumpen 11 Schrauben sichern Lager befestigen Dichtring einkleben Flansche aufkleben Gehäuseflansche dichten Verschlußstopfen dichten Laufräder beschichten Spiralgehäuse reparieren Spülanschlüsse dichten Wellenoberfläche reparieren

12 Anwendungsbeispiel Industriegetriebe Lager befestigen Dichtring einkleben Zahnräder aufkleben Deckel dichten Gehäuse dichten O-Ring fixieren Keilnuten reparieren schützen Schrauben sichern 12 Verschlußschrauben abdichten Gehäuse/Lagersitz reparieren Flanschkupplung aufkleben

13 Anwendungsbeispiel Rohrleitungsbau Abdichten von Rohrgewinden aus Metall oder Kunststoff Kleben gewindeloser Fittings Manipulationshemmung für Gasleitungen Vibrationssicherung Auch für zylindrische Gewinde geeignet Teilweise als Vorbeschichtung auf Fittings verfügbar 13

14 Anwendungsbeispiel MSR-Technik Aufbau intelligenter Sensorsysteme durch Klebstoffe mit thermischer, elektrisch leitfähiger oder isolierender Funktion Verguß der Sensoren zum Schutz gegen Medien und Vibration Abdichten von Gehäusen und Kabeldurchführungen 14

15 Eigenschaften Klebverbindungen Zug Scherung Druck Schälung 15 Spalt

16 Eigenschaften Schraubensicherung Hervorragende Losdrehsicherung Verschiedene Festigkeitsklassen Korrosionsschutz des Gewindes Auch als Vorbeschichtung verfügbar 16 Losdrehverhalten verschiedener Gewindesicherungen (Junkertest)

17 Eigenschaften Fügeverbindung 50 (geklebter Schrumpfsitz) Scherfestigkeit [N/mm²] (Schiebe sitz) Spalt [µm] 0 (geklebter Preßsitz) nichtgeklebter Schrumpfsitz mit Reibungsk. µ = 0, Übermaß [µm] 50 nichtgekl. Preßsitz µ= 0,07 Statische Festigkeiten

18 Eigenschaften Flüssigdichtung Kein Setzen der Dichtung Füllt Spalte bis 0,4mm Geringe Lagerhaltung -Keine Korrosion an den Dichtflächen 100%ige Dichtwirkung durch Stoffschluß 18 Vergleich Feststoffdichtung <> Anaerobe Dichtung unter schwingender Torsionsbelastung

19 Eigenschaften Beschichtungen Polymer Composites Epoxidharzmatrix mit Füllstoffen Stahl/Stahlfasern Ferrosilizium Keramikgranulat Reparaturbeschichtung in hochabrasiven Systemen 19

20 Vorteile und Nachteile des Klebens Vorteile Gleichmäßige Spannungsverteilung Keine thermischen Effekte Verbindung unterschiedlicher Materialien/Wandstärken Leichtbau Hohe dynamische Festigkeit Hohe Schwingungsdämpfung Eliminierung Spaltkorrosion Nachteile Zeitfaktor Aushärtung Oberflächenvorbehandlung Thermische Limitationen Aufwendige Prozesskontrolle Schälfestigkeit, Kriechen Teilweise sehr komplexe Festigkeitsberechnung Detailliertes Fachwissen erforderlich 20

21 Hochdynamisches Kleben am Beispiel des Tokay Gecko 21 Quelle: Claus Daniel, Universität Saarland, Institut f. Material-wissenschaften, Bilder: K.Autumn

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