Fügen durch Kleben

Kleben ist ein stoffschlüssiges Fügeverfahren und gehört damit in die Hauptgruppe Fügen der DIN 8580. Die Verbindung der Werkstoffe der Fügeteile wird über einen zugegebenen Werkstoff – der Klebstoff – geschaffen. Die fügende Verbindung entsteht durch den Klebstoff und physikalische und chemische Wechselwirkungen, durch welche der Klebstoff aushärtet und die Fügeteile zusammenhält.

In einigen Anwendungsgebieten konkurriert das Fügen durch Kleben mit dem Fügen durch Schweißen. In den letzten Jahren konnte sich in manchen Fällen das Kleben jedoch gegenüber dem Schweißen durchsetzen.

Klebstoffe sind vor dem eigentlichen Fügen im flüssigen Aggregatzustand. Physikalische/chemische Prozesse, welche durch unterschiedliche Auslösemechanismen geschehen, sorgen für eine Umwandlung in feste Zustände (Aushärtung).

Konkret einzuleitende Auslösemechanismen kennen die Reaktionsklebstoffe (Epoxidharze, Acrylat, Cyanacrylat und Polyurethan Klebstoffe), welche als Monomere appliziert werden und bei Vermischung chemisch reagieren. Bekanntestes Beispiel sind die Epoxidharze (Zweikomponentenkleber).

Monomer A + Monomer B -> Polymer AB

Andere Klebstoffe binden sich physikalisch bereits beim Hersteller und müssen nur noch aushärten und gegebenenfalls hierfür (z. B. durch Temperatur) unterstützt werden.

Die meisten Klebstoffsysteme haben eine Topfzeit (Zeit der kritischen Aushärtung), nach welcher der Klebstoff nicht mehr verarbeitet werden darf.

Klebstoffe in Natur und Technik

Klebstoff ist eines der ältesten Werkstoffe. Die Menschheit entdeckte die Nutzbarkeit von natürlichen Klebstoffen sehr schnell, um Unterkünfte, Werkzeuge und Waffen zu bauen. Vor etwa 5000 Jahren nutzten Ägypter bereits Leime aus tierischen und pflanzlichen Stoffen. Natürliche Klebstoffe kommen in der Natur in vielfältiger Form vor.

Natürliche Klebstoffformen:

  • Pflanzensäfte
  • Wachse
  • Harze (insbesondere von Nadelbäumen)
  • Eiweiße
  • Kohlenhydrate

Natürliche Klebstoffe sind nur begrenzt einsatzfähig hinsichtlich Haftung, Lebensdauer, Zerfall und Qualitätsstandard. Die Menschheit hat daher künstliche Klebstoffe entdeckt und für die technische Anwendung nutzbar gemacht. Verbreitete künstliche Klebstoffe sind Silikone, Epoxidharze, Polyarcylate und Polyurethane. Im Bereich der Klebstoffe ist jedoch noch lange kein Ende der Innovation zu erwarten, jährlich werden bestehende Klebstoffe verbessert und neue Klebstoffe entdeckt oder erschaffen.

Heutzutage wird Klebstoff vermehrt benutzt, auch in Anwendungsbereichen mit hohen mechanischen Belastungen, zum Beispiel in der Luftfahrt (der Rumpf vom Airbus A 380 ist zum Teil geklebt) oder im Automobilbau.

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Einteilung der Fertigungsverfahren

Die Einteilung der Fertigungsverfahren kann auf verschiedene Art und Weise geschehen, beispielsweise nach Wirkungsprinzipien, wie etwa das Formen oder Trennen von Material, oder nach dem Bearbeitungsziel (Änderung der Grobgestalt oder Feingestalt eines Werkstücks).

Innerbetrieblich werden Fertigungsverfahren i. d. R. nach Produktionsstufe gegliedert, wie Fertigung (z. B. Formen und Trennen) -> Montage (z. B. Zusammenfügen durch Kleben) -> Funktionssicherung (z. B. Beschichten mit Korrosionsschutz).

Für die einheitliche Fertigung und der verständlichen Kommunikation zwischen den verschiedenen Abteilungen und gar Unternehmen und Behörden zu gewährleisten, wurden in ingenieurtechnischen Disziplinen Standardisierungen durch Normen eingeführt, die Begriffe, Bezeichnungen und Definitionen der einzelnen Fertigungsverfahren beinhalten.

Die Einteilung der Fertigungsverfahren ist in der DIN Norm 8580 festgelegt. Diese Einteilung gliedert sich in sechs Hauptgruppen mit jeweils eigenen Verfahrensgruppen und Verfahrensuntergruppen.

Die sechs Hauptgruppen nach DIN 8580:

    Schaffen der Form 

  1. Urformen (Zusammenhalt der Form schaffen)
  2. Ändern der Form

  3. Umformen (Zusammenhalt beibehalten)
  4. Trennen (Zusammenhalt vermindern)
  5. Fügen (Zusammenhalt vermehren)
  6. Beschichten (Zusammenhalt vermehren)
  7. Ändern der Stoffeigenschaften

  8. Stoffeigenschaftsänderung

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CNC

CNC (Computerized Numerical Control, etwa: „computerisierte numerische Steuerung“) ist ein Verfahren zur elektronischen Steuerung und Regelung von Werkzeugmaschinen (CNC-Maschinen) über spezielle CNC-Steuereinheiten wie Controller und Computer. CNC ist ein komplexes Regelungssystem, die Steuerung erfolgt mit programmierbaren Mikroprozessoren.

Die Bearbeitungsabfolge und zugehörige Parameter werden in einem NC-Programm definiert, eine Dreh-/Fräsmaschine führt diese Bearbeitungsabfolge aus.

CNC ist die erweiterte, modernere Form des NC (Numerical Control). NC basierte noch weitgehend auf der Lochkarteneinlesung und konnte nur extern verändert werden, der Bediener kann das Programm also nur starten/beenden, aber (anders als bei CNC) nicht anpassen.

CNC spielt in der Produktion (speziell in der Prozessgestaltung und Fertigungsplanung) eine wichtige Rolle.

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Randschichthärten – Oberflächenhärtung von Stählen

Randschichthärten (auch: Oberflächenhärten) behandelt Fertigungsverfahren der Wärmebehandlung (Stoffeigenschaftsänderung) zur Härtung der Randschicht (Oberfläche) von Werkstücken, welche in der Regel aus Vergütungsstählen bestehen. Ziel ist die Schaffung einer harten, verschleißfesten Oberfläche bei weichem, zähem Kern. Härten erfolgt nach dem Prinzip der Erhitzung und Abschreckung des Materials, wodurch die Bildung von Martensit angestrebt wird, der die Härte schafft.

Randschichthärten kann in Randschichthärtung mit und ohne Kohlenstoff/Stickstoff-Zuführung unterschieden werden.

  • Randschichthärtung durch Gefügeumwandlung mit ausreichend vorhandenem Kohlenstoff
  • Flammenhärten
  • Induktionshärten
  • Randschichthärten durch Gefügeumwandlung mit zugeführtem Kohlenstoff
    • Einsatzhärten
  • Randschichthärten mit zugeführtem Stickstoff
    • Nitrieren

    Typische Vergüten und Einsatzhärten sind zwei von mehreren Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Festigkeit in Kombination mit der Zähigkeit. Beide Verfahren sind selbst Kombinationen aus mehreren einzelnen Wärmebehandlungsverfahren.

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    Fertigungstechnik

    Die Fertigung befasst sich mit der Herstellung und Anpassung von Werkstücken nach Vorgaben der Konstruktion in Eigenschaften, Funktion und Haltbarkeit.

    Werkstücke sind feste Körper und können Teil einer abgrenzbaren Baugruppe sein, welche richtig zusammengesetzt ein Endprodukt oder mehrere Endprodukte ergeben. Werkstücke sind selbst aus mindestens einem Teil bestehend, können aber auch, insbesondere bei geometrisch komplexeren Körpern, aus mehren Teilen bestehen.

    Die Fertigungsteams interagieren insbesondere mit der Konstruktion und der Qualitätssicherung. Ingenieure der Fertigungstechnik müssen mit den Konstruktionsingenieuren die Fertigungsprozesse planen, Konstruktionspläne verstehen und Konstruktionsfehler frühzeitig erkennen, Fertigungsverfahren nach technischen als auch wirtschaftlichen Aspekten bewerten und über fundierte Kenntnisse in der Qualitätssicherung verfügen.

    Der Fertigung stehen verschiedene Fertigungsverfahren zur Verfügung. Diese Fertigungsverfahren verändern sich mit technischem Fortschritt und naturwissenschaftlicher Forschung im Sinne der Qualität, Wirtschaftlichkeit, Ergonomie und Umwelt.

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