CH261177A - Verfahren zur Herstellung einer Adhäsionsverbindung zwischen zwei Gegenständen aus Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung einer Adhäsionsverbindung zwischen zwei Gegenständen  aus Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten.    In einer guten Adhäsionsverbindung zwi  schen zwei Gegenständen mit verschiedenen  Ausdehnungskoeffizienten entstehen bei Tem  peraturwechsel Spannungen. Diese Spannun  gen können sich bei den früher     gebräuchli-          chen        Klebemitteln,        wie        sie        besonders        zur.        Ver.     



  Bindung von Gläsern, keramischen Stoffen  usw., also Gegenständen aus sprödem, brü  chigem Stoff     mit    einem zähen, elastischen  Stoff, insbesondere Metall, Verwendung     T-in-          den,    wenigstens zum Teil in der Klebeschicht  selbst     ausgleichen,    das heisst die Klebeschicht  wird in solchen Fällen elastisch bzw. plastisch  deformiert. Der Vorteil einer solchen leicht       deformierbaren    Klebeschicht musste aber mit  dem Nachteil schlechter mechanischer Eigen  schaften erkauft werden. Klebemittel     mit    gün  stigeren mechanischen Eigenschaften, wie z. B.

    bei höherer Temperatur aushärtende Kunst  harze, aber auch anorganische, abbindende  Kitte, wie     gewisse    Zemente, wären hier vor  teilhafter. Ihrer Anwendung steht aber bei  Verbindung von zwei Gegenständen mit ver  schiedenen Ausdehnungskoeffizienten das Er  fordernis der Kompensation von Temperatur  wechselspannungen ausserhalb der Klebe  schicht gegenüber.  



  Vorliegende Erfindung betrifft ein Ver  fahren zur Herstellung einer Adhäsionsver  bindung zwischen zwei Gegenständen aus Ma  terialien mit verschiedenen Ausdehnungs  koeffizienten, gemäss welchem Verfahren zwi  schen die miteinander zu verbindenden Ge-         genstände    ein Zwischenglied eingebaut und  dieses mit einem der Gegenstände unter Ver  wendung eines Klebemittels verbunden wird.  



  In der Zeichnung sind schematisch Aus  führungsbeispiele von nach dem erfindungs  gemässen Verfahren hergestellten Adhäsions  verbindungen dargestellt. Die       Fig.1    zeigt eine erste, die       Fig.    2 eine     zweite    und die       Fig.3    eine dritte Verbindung.  



  Nach     Fig.l    ist angenommen, dass 1 ein  Gegenstand aus sprödem, brüchigem Material,  beispielsweise keramischer Art oder aus Glas  sei. 2 ist ein anderer Gegenstand, beispiels  weise aus Metall, der durch Adhäsion, hervor  gerufen durch  Kleben ,  Kitten  oder  Lei  men  mit dem Gegenstand 1 verbunden wer  den soll. Die beiden Gegenstände 1 und 2  sind in die Lage, die sie zueinander einneh  men sollen, gebracht worden, wobei zwischen  diese ein Zwischenglied in Gestalt eines Bi  metallen 5, 6 gebracht wurde. Der Teil 5 ist  dabei aus Metall mit relativ kleinem Ausdeh  nungskoeffizienten, etwa      Invar ,    gebildet,  während der Teil 6 aus Material mit relativ  grossem Ausdehnungskoeffizienten, etwa aus  Messing, besteht.

   Es wurden die beiden Teile  des Bimetallen so gewählt, dass an der Ver  bindungsstelle     Gegenstand-Zwischenglied    in  nerhalb eines Temperaturbereiches immer  gleiche Ausdehnungskoeffizienten vorliegen.  Mindestens bezüglich des zu klebenden sprö  den     Materials    ist eine genaue Angleichung      des Ausdehnungskoeffizienten vom entspre  chenden     Invar    nötig.     Zwischen    die Gegen  stände 1 und 2, das heisst oberhalb bzw. un  terhalb des Zwischengliedes, wurde noch in  je einer dünnen Schicht 4     ein        Klebemittel    ein  gebracht und die Teile so zusammengeklebt.

    Da beiderseits der     Klebeschicht    Stoffe mit  gleichen     Ausdehnungskoeffizienten    liegen, zei  gen die angrenzenden Schichten unter Tem  peraturwechsel auch gleiche Längenänderun  gen. Beiderseits der Klebeschicht werden so       Temperaturwechselspannungen    am Entstehen       verhindert.    Dagegen treten     Temperaturwech-          selspännmgen    längs der     innern        Grenzschich-          ten    der beiden     Bimetallteile    5, 6 auf, für  welche Beanspruchungen das Zwischenglied  aber entsprechend gebaut ist.

   Anwendung fin  det     ein    sich praktisch nicht durchbiegendes,  das heisst parallel der Klebe- oder Kittfläche  arbeitendes     Bünetall,    bei dem eine relativ  dicke     Invarschicht    und eine     dünne,    relativ  leicht     deformierbare    andere     Metallschicht-mit     grösserem     Ausdehnungskoeffizienten    ange  wandt wird,     beispielsweise,    wie erwähnt,

   das  auch     günstige    Verarbeitungseigenschaften auf  weisende     Messing.    Die     Klebung    beiderseits des       Bimetalles    ist nicht     unbedingt    erforderlich,       und    es kann z. B. nur längs des brüchigen Ge  genstandes geklebt werden, während der an  dere Gegenstand mit dem entsprechenden Bi  metallteil     mechanisch    verbunden werden  kann.

   Temperaturwechselspannungen werden  durch elastische und plastische Deformation  der     innern        Grenzschichten    des     Bimetalles    auf  genommen, und diese Verfahrensausführung       erscheint        insbesondere    bei relativ grossen und  häufigen     Temperaturschwankungen    zweck  mässig zu sein.  



       Als        Klebemittel    kann organischer Stoff,  wie     Naturharz,    Kunstharz, solcher, der bei  Raumtemperatur oder bei höherer als Raum  temperatur aushärtet oder der austrocknender  Art ist,     Verwendung    finden. Das Klebemittel  kann aber auch aus anorganischem Stoff be  stehen,     wie    aus einem abbindenden Zement.  Auch     Silikon    kann verwendet werden.  



  Nach     Fig.    2     sind    1 bzw. 2 wieder Gegen  stände     aus    sprödem, brüchigem     bzw.    elasti-         schem    Material. Das Zwischenglied ist hier  aus einem Stoff mit plastischen Eigenschaften,  etwa einer     Bleifolie    3, gebildet und ist durch  je eine dünne Schicht 4 eines Klebemittels mit  dem Gegenstand 1 aus sprödem, brüchigem  Material sowie mit dem     Gegenstand    2, bei  spielsweise aus Metall, verbunden.

   Die bei  Temperaturschwankungen entstehenden Län  genänderungen gleicht die Bleifolie 3 haupt  sächlich plastisch aus, und als Stoff für das  Zwischenglied kann je nach den besonderen  Verhältnissen der miteinander zu verbinden  den Gegenstände gegebenenfalls Weichblei  Verwendung finden. Das plastische Zwischen  glied, wie es nach der zweiten Ausführungs  form des Verfahrens     Anwendung        findet,    kann  in     Vorfabrikation,    beispielsweise durch Auf  walzen, bereits mit dem     einen    der miteinan  der zu     verbindenden    Gegenstände, vorzugs  weise mit 2 verbunden sein,

   so dass an dieser       Verbindungsseite    die Klebe- oder Kittstelle  in     Wegfall    kommt.  



  Der Einbau     eines    aus plastischem Material  bestehenden Zwischengliedes     scheint    insbeson  dere in jenen Fällen zweckmässig, wo das  Klebemittel bei höherer Temperatur aushärtet  bzw. abbindet und im     Zusammenhang    mit der  Abkühlung auf eine     mittlere,    relativ wenig       schwankende    Betriebs- oder Raumtemperatur,  das heisst 20 bis 50  C, sehr grosse, aber nur       einmalige        Längenänderungen    kompensiert  werden müssen.  



  In Abweichung zu dem Ausführungsbei  spiel nach     Fig.    2 kann auch     ein    Zwischen  glied eingebaut werden, das unter den ent  stehenden     Längenänderungen    bei     Tempera-          turschwankungen    hauptsächlich elastisch de  formiert wird. Für ein solches Zwischenglied  käme also ein Material in Frage mit relativ  kleinem     Elastizitätsmodul    und relativ guter  mechanischer Festigkeit, beispielsweise ent  sprechend vulkanisierter     Hartgummi,    aber  auch Metalle. Was für ein Material     als    ela  stischer Puffer zweckmässig ist,     kann    nur für  einen konkreten Fall gesagt werden.

   Nötig  ist eine Anpassung an die physikalischen und       mechanischen    Eigenschaften der beiden Ge  genstände unter Berücksichtigung der maxi-      malen     Temperaturwechselspannungen    und der  gewünschten Festigkeit der ganzen Klebever  bindung.  



  Der Einbau eines solchen elastischen Puf  fers dürfte besonders in jenen Fällen zweck  mässig sein, wo lediglich ein  Sicherheitsven  til  für die das brüchige Material gefährden  den momentanen Überspannungen benötigt  wird.    Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der       Fig.    3 ist zwischen die Gegenstände 1 und 2  ein Bimetall aus einem aus plastischem Ma  terial bestehenden Teil 8, beispielsweise Blei,  und einem Material 7 mit mindestens so guten  Verarbeitungseigenschaften, wie Messing, ein  gebaut. Der Teil 8 ist durch eine dünne  Klebemittelschicht 4 mit dem spröden, brüchi  gen Gegenstand verbunden, während der Teil  7 mit dem Gegenstand 2, beispielsweise durch  Löten, verbunden ist.

   Auch hier werden  Temperaturwechselspannungen beiderseits der  Klebefläche durch plastische Deformation der  nur beispielsweise erwähnten Bleifolie teil  weise aufgenommen, das heisst sie werden auf  die für das plastische Material nötige Streck  spannung reduziert und können in bestimm  ten Fällen vernachlässigt werden. Die Schicht  des Materials 7, also des Messings, ist relativ  dick gewählt, damit durch den Temperatur  wechsel praktisch keine     Durchbiegung    ein  tritt.  



  Die Verwendung von Blei oder Metallen       bzw.    Legierungen mit ähnlichen mechanischen  Eigenschaften wie dieses, also einem haupt  sächlich plastischen Zwischenglied, gestattet  auch die Herstellung einer praktisch span  nungsfreien Klebestelle für eine bestimmte  (mittlere) Betriebs- oder Gebrauchstempera  tur, das heisst von 20 bis 50  C. Wird nämlich  bei höherer Temperatur, beispielsweise bei  etwa 200  C, geklebt, dann verbleiben bei Ab  kühlung auf Betriebstemperatur im Zwi  schenglied Streckspannungen.

   Nun gibt es für  ein bestimmtes Spannungssystem eine mathe  matisch oder empirisch feststellbare Tiefkühl  temperatur, wobei das Zwischenglied noch so  viel weiter gestreckt wird, dass bei Erwär-         mung    auf die angenommene Gebrauchstem  peratur als Folge der elastischen Rückfede  rungen die Streckspannungen im Zwischen  glied längs der Kittfläche gerade auf Null  zurück sinken. Damit lässt sich also wenig  stens für eine     bestimmte    Betriebstemperatur  und für eine, nämlich die dem brüchigen  Material anliegende Klebestelle ein praktisch  spannungsfreier Zustand erreichen.  



  Die beschriebenen Verfahren können bei  spielsweise für Kittverbindungen etwa von  Isolatoren mit deren metallischem Tragteil  oder von Gläsern mit Rahmenteilen oder von  Metallbuchstaben oder -Ziffern mit Glasschei  ben, wie für transparente Firmenschilder  oder grosse Uhrzifferblätter, Verwendung fin  den.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung einer Adhä sionsverbindung zwischen zwei Gegenständen aus Materialien mit verschiedenen Ausdeh nungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die miteinander zu verbinden den Gegenstände ein Zwischenglied eingebaut und dieses mit einem der Gegenstände unter Verwendung eines Klebemittels verbunden wird. UNTERANSPRüCHE: 7.. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Klebemittel ein organischer Stoff Verwendung findet. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Klebemittel ein anorganischer Stoff Verwendung findet. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel Naturharz verwendet wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebemittel Kunstharz verwendet wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei Raumtemperatur aushärtendes Klebemittel Verwendung findet. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei höherer als Raumtemperatur aushärtendes Klebemittel Verwendung findet. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein austrocknendes Klebemittel Verwen dung findet. B.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein abbindendes Klebemittel Verwendung findet. 9. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 2 und 8, dadurch gekenn zeichnet, dass als Klebemittel ein Zement Ver wendung findet. 10. Verfahren nach Patentanspruch, da. durch gekennzeichnet, dass als Klebemittel Silikon Verwendung findet. 11. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied aus elastischem Material besteht.

   12. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied aus plastischem Material besteht. 13. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass für das Zwischen glied ein Bimetallstück verwendet wird, des sen Trennfläche parallel zur Verbindungs fläche ist und dessen einer Stoff in einem Temperaturbereich den gleichen Ausdeh nungskoeffizienten hat wie das Material des einen Gegenstandes und dessen anderer Stoff einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten hat,

   so dass ein Spannungsausgleich an der Trenn fläche der Teile des Bimetallstückes statt findet. 14. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied eine Metallfolie ist. 15. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 12 und 14, dadurch gekenn zeichnet, dass das Zwischenglied aus Weich blei ist. 16.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied ein Bimetall ist, dessen Trennfläche parallel zur Verbindungsfläche ist, wobei dessen einer, dem Klebemittel anliegender Teil aus minde stens so gut deformierbarem Material wie Weichblei und dessen anderer Teil aus einem wenigstens so gut wie Messing bearbeitbaren Material besteht. 17. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erwähnte Bimetall aus Weichblei und Messing besteht. 18.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 12 und 14, dadurch gekenn zeichnet, dass das Zwischenglied in Vorfabri- kation mit dem einen der miteinander zu ver bindenden Gegenstände verbunden wird. 19.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 12 und 14, dadurch gekenn zeichnet, dass die Klebeverbindung bei im Vergleich zur Raumtemperatur erhöhter Tem peratur hergestellt und dann auf eine der artige Temperatur gekühlt wird, dass die Me tallfolie derart gestreckt wird, dass bei Erwär mung auf Gebrauchstemperatur die Streck spannungen in der Metallfolie längs deren Klebefläche gerade auf Null sinken, also dort ein praktisch spannungsfreier Zustand ent steht.