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1-2021

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Dosiertechnik

Dosiertechnik Anforderungen an die Klebetechnik Warum Werkstoffkombinationen beim Kleben der Schlüssel zum Erfolg sind Möglicher Systemaufbau eines 2K Dosiersystems ViscoTec Pumpen- und Dosiertechnik GmbH www.viscotec.de Kleben schafft zuverlässige Verbindungen. Das hat sich mittlerweile in fast allen Branchen in den verschiedensten Anwendungen gezeigt. Doch die Anforderungen an die Verbindungsform steigen stetig. Und sie wollen auch in Zukunft erfüllt werden. Werkstoffkombinationen sind dabei der Schlüssel zum Erfolg. Hier kommt das Potenzial von klebtechnischen Verbindungen ans Licht: Denn nur mit ihnen ist es möglich, verschiedene Werkstoffe dauerhaft und unter vollständiger Erhaltung ihrer Eigenschaften zu verbinden. Die Vorteile dieser Technik kommen aber nur dann zur Geltung, wenn sie fachlich korrekt geplant und eingesetzt wird. Beispiele Klebstoffauftrag Oft fehlt es an der notwendigen Fachkenntnis oder Erfahrung, um teil- oder vollautomatisierte Projekte effektiv und effizient zu planen und umzusetzen. Es gibt viele Einflussgrößen, die in der automatisierten Fertigung zum Erfolg oder Misserfolg einer Klebung beitragen können: Klebstoff, Dispenser, Robotik, Fördersystem, Programmierung, Umgebung usw. Und genauso gibt es auch viele Einflussgrößen auf die Qualität des Klebstoffauftrages: Dosiernadel bzw. -spitze, Auftragsgeschwindigkeit, Dosiermenge, Viskosität des Klebstoffes, Luftblasen und viele weitere. Stolperstellen im Zuge der Konstruktion von Klebstoff-Dosiersystemen sowie in der Anwendung von Flüssigklebstoffen sollte man kennen – und wissen, wie sie beseitigt werden. Den richtigen Klebstoff für das aktuelle Projekt zu finden, ist die eine Herausforderung. Im Anschluss folgt gleich die nächste: Mit welchem System kann der Klebstoff am besten aufgetragen werden? Wie kann ich die Dosiertechnik am kostengünstigsten aber auch am effektivsten in meine vielleicht schon vorhandene Produktionslinie implementieren? Werden wichtige Punkte nicht beachtet, kann es schnell zu Produktionsverzögerungen, zu Mehrkosten oder Qualitätsmängeln im eigentlichen Klebeprozess kommen. Flüssigklebstoff: Arten und spezielle Herausforderungen Inhaltsstoffgrundlagen von flüssigen Klebstoffen sind Harze, Lösemittel, Härter, Füllstoffe und Zusätze wie Weichmacher, Alterungsschutzmittel usw. Es gibt physikalisch abbindende Klebstoffe und Reaktionsklebstoffe. Erstere sind einkomponentige Klebstoffe, wobei hier im industriellen Bereich lösemittelbasierte Klebstoffe und Dispersionsklebstoffe eingesetzt werden. In den Löse- und Dispersionsmitteln liegen Polymere entweder gelöst oder fein dispergiert vor. Durch das Abdampfen des Lösemittels kommt es zum Abbinden des Klebstoffes und zum Festigkeitsaufbau. Diese Klebstoffe weisen meist längere Trocknungszeiten auf und müssen konserviert werden. Bei Reaktionsklebstoffen kommt es erst während der Härtung zur Ausbildung des eigentlichen Polymergefüges. Einkomponentige 44 1/2021

Dosiertechnik Reaktionsklebstoffe reagieren z.B. mit Luftfeuchtigkeit oder die Polymerisationsreaktion wird mittels UV- Licht oder Luftabschluss initiiert. In sehr vielen Anwendungen kommen neben einkomponentigen auch zweikomponentige Reaktionsklebstoffe zum Einsatz. Diese bieten im Allgemeinen den Vorteil einer längeren Lagerstabilität, da die Reaktionspartner getrennt voneinander vorliegen. Zweikomponentige Reaktionsklebstoffe müssen exakt im angegebenen Mischungsverhältnis gemischt und anschließend meist zeitnah aufgetragen werden. Denn sie haben nur eine begrenzte Verarbeitungszeit, die sogenannte Topfzeit, bevor sie komplett aushärten. Die Topfzeit kann zwischen wenigen Sekunden und mehreren Stunden liegen. Je schneller Klebstoffe aushärten, umso mehr Wärme wird aufgrund der meist exothermen Reaktionen während der Aushärtung freigesetzt. Im schlimmsten Fall sogar so viel, dass das Bauteil durch Überhitzung des Klebstoffes beschädigt werden kann. Abhängig vom späteren Temperatureinsatzbereich des Bauteiles kann es sinnvoll sein, den Klebstoff bei ähnlich hohen Temperaturen auszuhärten. Das ist wichtig, um späteren Spannungen vorzubeugen bzw. eine starke Nachhärtung zu verhindern. Mit einer Nachhärtung wäre möglicherweise ein weiterer leichter Schrumpf verbunden, der z.B. in der Elektronikindustrie ein Abscheren von Pins auf Elektronikbauteilen verursachen kann. Befestigung einer Antenne Worauf ist bei den Klebstoffen speziell zu achten? Die Reaktionszeit – vor allem bei zweikomponentigen Klebstoffen – muss zur jeweiligen Anwendung passen. In manchen Fällen werden Klebstoffe ausgewählt, die so schnell aushärten, dass nicht mal mehr genug Zeit bleibt, um Fügen zu können. Die Folge daraus ist eine geringe Adhäsion. Erschwerend kommt hier der Materialverwurf hinzu, der durch ständiges Spülen entsteht. Was wiederum nötig ist, um das Mischrohr frei zu halten. Es ist wichtig, die thermische Ausdehnung des Klebstoffes und Bauteils zu berücksichtigen. Oft reichen schon geringe Temperaturerhöhungen aus, um hohe Spannungen zu erzeugen, wenn die thermischen Ausdehnungen behindert werden. Für bestimmte Anwendungen, z.B. in der Optoelektronik müssen deshalb Klebstoffe mit nur geringer thermischer Ausdehnung verwendet werden. Nur so kann ein qualitativ hochwertiges Endprodukt garantiert werden. Lösemittelbasierte Klebstoffe sind meist leicht entflammbar oder können entzündbare Dämpfe freisetzen. Die Lösungsmittel können auch körperliche Beeinträchtigungen wie Atembeschwerden, Schwindel, Hautreizungen oder gereizte Augen verursachen. Bei der Verarbeitung ist unbedingt auf entsprechendes Equipment zu achten: Absaugung, Inertgas-Spülung, EX-Schutz usw. Bei einkomponentigen wärmeund feuchtigkeitshärtenden Klebstoffen gilt es zu bedenken, dass es bei längeren Stillstandzeiten zu Aushärtungen im System kommen kann. Ein regelmäßiger Materialdurchsatz ist hier notwendig. Der Auftrag erfolgt meist auf einer Bauteilseite. Die Klebstoffe müssen unbedingt immer genau nach Herstellerangaben bzw. innerhalb der zulässigen Umgebungsbedingungen verarbeitet werden. Vor allem bei der Verarbeitung polyurethanbasierter Klebstoffe oder Vergussmassen gilt es, Feuchtigkeit zu vermeiden. Der Härter könnte damit reagieren und das Material aushärten. Aber auch beim Harz könnte es ansonsten nach dem Vermischen zu Nebenreaktionen mit der Feuchtigkeit kommen: Die Freisetzung von CO 2 führt dann möglicherweise zu Blasen und Spannungen. Bei Verguss unter Vakuum oder dem nachträglichen Evakuieren des vergossenen Bauteils ist es wichtig, dass die einzelnen Komponenten der Vergussmasse vor dem Vermischen und Applizieren schon separat entgast werden. Andernfalls würden die gelöste Luft oder mögliche Luftblasen in den Komponenten zu einer starken Blasenund Schaumbildung im Bauteil führen. Das wiederum würde zu einer unkontrollierten Kontamination des Bauteils führen. Der zu verwendende Klebstofftyp ist in der Regel stark abhängig von Funktion, Einsatztemperatur, nötiger Kraftübertragung und Material bzw. Oberfläche der Fügepartner. Ebenso wie die Beständigkeit von Klebungen gegen Umgebungseinflüsse von vielen Faktoren abhängig ist. Besondere Herausforderungen bei der Konstruktion Schon in der Konstruktion der Bauteile muss die klebgerechte Gestaltung entsprechend berücksichtig werden, um z.B. Schälbeanspruchung an die Klebung zu vermeiden und möglichst große Flächen auszunutzen. Genauso muss das Spaltmaß zum Klebstoff passen bzw. andersrum. Für viele Klebstoffe gibt es eine maximale Spaltüberbrückung, da es sonst zu kohäsivem Versagen kommt. Und über allem steht eine sinnvolle Umsetzung in Hinblick auf Kosten, sinnvollem Fertigungsverfahren und eingesetzter Maschinentechnik. Die eingesetzte Maschinentechnik, speziell die Dosiertechnik, bringt ihre ganz eigenen Herausforderungen mit. In Bezug auf die Konstruktionsarten bedeutet das, es muss besonderes Augenmerk auf den Zusammenhang von Klebefläche, Spalt und Oberflächenbeschaffenheit gelegt werden. Außerdem wichtig zu beachten: Benötigt der Prozess eine Vorbehandlung der Oberflächen? Oder sind zusätzlich andere Fügeverfahren notwendig – im Hinblick auf Anpresskräfte, Pressdauer usw.? Einer der größten Unterschiede zwischen der Auslegung einer einkomponentigen und einer zweikomponentigen Anlage ist der Reinigungsaufwand. Spülzyklen müssen strikt beachtet werden im laufenden Betrieb. Ein weiterer nicht unerheblicher Punkt sind der höhere Platzbedarf und höhere Anschaffungskosten bei zweikomponentigen Anlagen. Generell gilt für alle Branchen: Das Mischungsverhältnis von zweikomponentigen Klebstoffen muss exakt eingehalten werden. Eine absolut genaue Dosierung ist unabdingbar. Auch wenn z.B. im Automotive- oder Elektronik-Bereich auf die Gesamtmenge üblicherweise eine kleinere Toleranz vorliegt. Ein großer Unterschied zwischen den verschiedenen Branchen, in denen Klebtechnik eingesetzt wird, 1/2021 45

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