Damit ein Dehnungsmessstreifen (DMS) eine genaue Messung liefert, muss er korrekt auf dem Messobjekt installiert werden. Dieses White Paper möchte Ihnen bei der Wahl des richtigen Klebstoffs behilflich sein und zeigen, wie er korrekt auf das zu messenden Objekt aufgetragen wird. Darüber hinaus erklärt es die Unterschiede zwischen den verschiedenen Klebstoffen, beschreibt die Vorbereitung einer Oberfläche für die Klebung und gibt nützliche Tipps beim Installieren des DMS.

Kleines Klebstoff-Einmaleins: Punktgenaue Befestigung

Der Klebstoff als gebräuchlichstes Hilfsmittel, mit dem ein DMS mit dem Messobjekt verbunden wird, muss eine entsprechend hohe Qualität aufweisen, damit die Dehnung vollständig vom Messobjekt in den DMS übertragen wird. Wenn ein Teil der Dehnung in der Klebung zwischen dem Objekt und dem DMS „verloren geht“, führt dies unweigerlich zu Messfehlern.

Um eine möglichst verlustfreie Übertragung der Dehnung vom Messobjekt in den DMS sicherzustellen, kommt es darauf an, zunächst den richtigen Klebstoff für das jeweilige Objekt zu wählen und anschließend den Messstreifen korrekt zu installieren.

Die Eigenschaften von Klebstoffen verstehen

Um eine möglichst präzise Messung zu erzielen, müssen Sie den am besten geeigneten Klebstoff für das jeweilige Objekt und die konkrete Anwendung finden. Das Verständnis der verfügbaren Optionen ist dabei sehr hilfreich.

Ein- und Mehrkomponenten-Klebstoffe

  • Einkomponenten-Klebstoffe sind so, wie sie aus der Tube oder Flasche kommen, gebrauchsfertig. Weitere Komponenten brauchen nicht hinzugemischt zu werden.
  • Mehr-Komponenten-Klebstoffe bestehen üblicherweise aus zwei Komponenten, die vor dem Gebrauch miteinander gemischt werden müssen. Diese Klebstoffe haben auch eine sogenannte „Topfzeit“. Das ist die Zeitspanne – einige Minuten bis mehrere Stunden –, in der Sie einen Klebstoff nach dem Mischen verwenden können.

Kalthärtende und heißhärtende Klebstoffe

  • Kalthärtende Klebstoffe benötigen nur Raumtemperatur für die Installation des DMS auf dem Objekt.
  • Heißhärtende Klebstoffe müssen beim Aushärten erwärmt werden. Das bedeutet allerdings, dass das Objekt in einen Ofen passen und während der Aushärtung des Klebstoffs höheren Temperaturen standhalten muss. Außerdem muss eine Möglichkeit gefunden werden, wie Druck auf den DMS ausgeübt und gehalten werden kann, während sich das Objekt im Ofen befindet. Da diese Klebstoffe während des Aushärtungsprozesses erwärmt werden, können sie höheren Gebrauchstemperaturen standhalten. Oft werden sie in der Herstellung von Messwertaufnehmern eingesetzt.

Aushärtezeit

Heißhärtende Klebstoffe müssen beim Aushärten erwärmt werden. Das bedeutet allerdings, dass das Objekt in einen Ofen passen und während der Aushärtung des Klebstoffs höheren Temperaturen standhalten muss. Außerdem muss eine Möglichkeit gefunden werden, wie Druck auf den DMS ausgeübt und gehalten werden kann, während sich das Objekt im Ofen befindet. Da diese Klebstoffe während des Aushärtungsprozesses erwärmt werden, können sie höheren Gebrauchstemperaturen standhalten. Oft werden sie in der Herstellung von Messwertaufnehmern eingesetzt.

Gebrauchstemperatur

Die verschiedenen Klebstoffe sind so formuliert, dass sie unterschiedlichen Umgebungstemperaturen standhalten. Der Gebrauchstemperaturbereich eines Klebstoffs wird im zugehörigen Datenblatt angegeben. Wenn Sie das Messobjekt und den DMS außerhalb der angegebenen Gebrauchstemperatur verwenden, kann dies zu Fehlern in der Dehnungsmessung führen. Wenn zum Beispiel ein Klebstoff, der zum Gebrauch in Umgebungen bis 200 °C zugelassen ist, in einer Umgebung über 200 °C verwendet wird, wird der Klebstoff weich und bekommt eine cremige Konsistenz, die sich negativ auf den Dehnungsmessung auswirkt.

Außer der Temperatur sind für einige Klebstoffe auch die Feuchtigkeitswerte zu beachten.

Viskosität

Klebstoffe werden mit unterschiedlichen Viskositäten hergestellt, denn die Werkstoffe von bestimmten Messobjekten zeigen ein besseres Verhalten bei niedrig- bzw. hochviskosen Klebstoffen.

  • Dünnflüssige Klebstoffe kleben den DMS auf das Objekt, ohne dass sie für eine sichere Klebung in einer dicken Schicht aufgetragen werden müssen. Dünnflüssige Klebstoffe sind im Allgemeinen besser, denn durch eine dicke Schicht entsteht ein Abstand zwischen Messobjekt und DMS, der den Wert der Dehnung verfälscht. Diese Verfälschung des Wertes kann noch stärker ausgeprägt sein, wenn mit einem Biege-DMS gearbeitet wird, der auf einer neutralen Schicht auf dem Objekt aufliegen muss, damit die Messung erfolgreich ist.
  • Dickflüssige Klebstoffe eignen sich besser für poröse Objekte. Ein Beispiel ist Beton, der dünnflüssige Klebstoffe einfach aufsaugt, weswegen für Beton ein dickerer, pastöser Klebstoff benötigt wird. Trotzdem sollte auch hier die Schicht möglichst dünn sein.

Weitere Informationen zur Auswahl eines Klebstoffs finden Sie in unserem Artikel "Richtige Auswahl des Klebstoffes bei der Installation von Dehnungsmessstreifen".

Klebstoffe von HBM

HBM bietet eine große Auswahl an Klebstoffen für unterschiedliche Einsatzbereiche. Hier ein kurzer Überblick über unser Angebot.

Z-70 – ein schnell wirkender Sekundenkleber, der als Standardklebstoff in der experimentellen Spannungsanalyse eingesetzt wird

  • Einkomponentig
  • Kalt härtend (Raumtemperatur)
  • Aushärtezeit von einer Minute nur unter Daumendruck
  • Gebrauchstemperaturbereich -55 °C bis 100 °C für statische Messungen (d. h., der Nullpunkt ist sehr wichtig). Für dynamische Messungen kann der Klebstoff Temperaturen bis 120 °C standhalten. Die Luftfeuchtigkeit muss höher als 30 Prozent sein.
  • Niedrige Viskosität (dünnflüssiger Klebstoff)

X60Methacrylat-Gemisch

  • Mehrkomponentig – ein Zweikomponenten-Klebstoff, bestehend aus einem Pulver und einer Flüssigkeit
  • Kalt härtend (Raumtemperatur)
  • Aushärtezeit zwei bis fünf Minuten
  • Gebrauchstemperaturbereich -200 °C bis 80 °C für dynamische Messungen
  • Hohe Viskosität (dickflüssiger Klebstoff) – Schicht von 65 Mikrometern

X280ein Epoxidharz

  • Mehrkomponentig – zwei Komponenten in einfach zu mischenden Beuteln
  • Heiß oder kalt härtend mit definiertem Druck
  • Aushärtezeit acht Stunden bei Raumtemperatur; eine Stunde bei Erwärmung auf 95 °C
  • Gebrauchstemperatur bis 200 °C für statische Messungen; 280 °C für dynamische Messungen
  • Hohe Viskosität (dickflüssiger Klebstoff) – Schicht von 40 Mikrometern

EP150ein Epoxidharz

  • Einkomponentig
  • Heiß härtend
  • Aushärtezeit sechs Stunden bei 160 °C; eine Stunde bei 190 °C
  • Gebrauchstemperatur bis 150 °C
  • Niedrige Viskosität; wird oft in der Herstellung von Aufnehmern eingesetzt

EP310Sein Epoxidharz

  • Mehrkomponentig – Topfzeit ein Monat
  • Heiß härtend
  • Aushärtezeit dreißig Minuten bei 200 °C; 6 Stunden bei der Herstellung von Aufnehmern bei 120 °C
  • Gebrauchstemperaturbereich -270 °C bis 310 °C für dynamische Messungen
  • Niedrige Viskosität; wird oft in der Herstellung von Aufnehmern eingesetzt

BCY01

Ein Beschleuniger für den Schnellklebstoff Z70, der die Aushärtung des Klebstoffs beschleunigt, um niedrige Luftfeuchtigkeit auszugleichen. Hinweis: Der Beschleuniger wirkt sehr schnell. Daher muss der DMS gleich beim ersten Versuch präzise appliziert werden. Einige Techniker ziehen es vor, den Klebstoff einfach durch Anblasen zu befeuchten, statt einen Beschleuniger zu verwenden.

Informationen über weitere HBM-Produkte für Dehnungsmessstreifen finden Sie unter www.hbm.com/dms.

Vorbereitung der Oberfläche eines Objekts für einen Klebstoff

Es ist sehr wichtig, dass die Oberfläche zum Aufkleben des DMS auf das Objekt einwandfrei sauber ist. Wenn auf dem Objekt noch Reste von Schmutz, Fett, Farbe, Rost oder sonstigen Endbehandlungen vorhanden sind, kann keine wirksame Klebung erreicht werden. Zunächst müssen Sie die Oberfläche mit Schabern oder Schleifern von allen Materialien reinigen, die verhindern, dass der DMS direkt auf dem Objekt haftet.

Der zweite Schritt bei der Reinigung der Oberfläche besteht darin, sie zu glätten, damit ggf. entstandener Schab- oder Schleifstaub vollständig entfernt werden kann. Zum Schluss empfiehlt sich die Anwendung eines reinigenden Lösungsmittels, beispielsweise RMS1 von HBM, das speziell zur Vorbereitung von Flächen auf eine Verklebung entwickelt wurde.

Hinweis: Um sicherzustellen, dass sich an der Stelle, an der der DMS installiert werden soll, keine Oxidschicht bildet, müssen Sie das Objekt kurz vor dem Auftragen des Klebstoffs und Anbringen des DMS reinigen. Wenn der DMS nicht unmittelbar nach dem Reinigen appliziert werden kann, ist es möglich, die Oberfläche mit einem Klebeband kurzzeitig vor Sauerstoff und Staub zu schützen.

Wenn die Oberfläche gründlich gereinigt ist, sollten Sie die betreffende Stelle des Objekts aufrauen, da dies die aktive Oberfläche vergrößert und dadurch die Haftfähigkeit erhöht. Je nach Klebstoff können Sie dafür ein Sandstrahlverfahren oder Schmirgelpapier mit Körnung 180 bis 300 verwenden. Im Datenblatt des Klebstoffs sollte die empfohlene Körnung angegeben sein. Als Nächstes müssen Sie die Oberfläche ein letztes Mal reinigen. Es ist wichtig, dass dieser Schritt nicht übergangen wird, da beim Aufrauen möglicherweise Schmutz in die Messstelle gerieben wurde.

Tipps zur Vorbereitung von Objekten aus bestimmten Materialien für den Klebstoffauftrag

Die Qualität der DMS-Installation hat direkte Auswirkungen auf die Größe des Messfehlers, mit dem der ermittelte Wert behaftet ist. Die nachfolgenden Abschnitte geben nützliche Tipps zur Vorbereitung bestimmter Materialien.

Metalle

Metalle – z. B. Aluminium, Kupfer-Beryllium, Kupfer und Stahl – sind im Allgemeinen einfach mit einer Standardreinigung und anschließendem Aufrauen vorzubereiten. Normalerweise können Sie die weiter oben beschriebenen Klebstoffe verwenden.

Mit wenigen Ausnahmen ist die Verwendung von Klebstoff auf Metallen unproblematisch. Bei Titan muss beim Applizieren des DMS schnell gearbeitet werden, da der Klebstoff die Bildung Oxidschichten auf dem Metall begünstigen kann.

 

Kunststoff

Statt Kunststoffe mechanisch aufzurauen, können Sie eine chemische Aufrauung mit Tetra-Etch durchführen. Bei Polyethylen besteht außerdem die Möglichkeit, Sauerstoffplasma mithilfe eines Applikators aufzutragen. Nicht alle Klebstoffe sind für Kunststoffe geeignet. Daher müssen Sie bei den in die engere Wahl kommenden Klebstoffen stets sorgfältig die zugehörigen Datenblätter lesen.

Installieren des DMS

Wenn Sie die Oberfläche gereinigt, aufgeraut und danach erneut gereinigt haben, können Sie mit dem Installieren des DMS mit dem gewünschten Klebstoff beginnen. Markieren Sie zuerst auf der Oberfläche die Position, wo der DMS an der Messstelle appliziert werden soll. Verwenden Sie dazu einen leeren Kugelschreiber, der keine Tinte mehr abgibt, denn diese müsste anschließend nur wieder entfernt werden.

Dabei:

  • Keine scharfe Nadel zum Anreißen der Oberfläche verwenden. Dadurch werden die Komponenten beschädigt.
  • Nicht die Oberfläche berühren. Selbst saubere Finger hinerlassen eine geringe Menge Öl und Fett und verhindern dadurch eine optimale Klebung.
  • Nicht auf die Oberfläche blasen. Die Atemluft erhöht die Feuchtigkeit und zieht Verunreinigungen an.

Nachdem die Oberfläche markiert ist, ist sie bereit für die abschließende Reinigung. Entfernen Sie eventuell noch vorhandene letzte Fettspuren mit dem Entfettungsmittel RMS1 oder einem ähnlichen Produkt mithilfe eines sauberen, fusselfreien Vliesstoff-Pads. Wischen Sie mit dem Vliesstoff-Pad die betreffende Stelle so oft ab, bis darauf keine Verunreinigungsspuren mehr zu sehen sind. Verwenden Sie für jeden Reinigungsschritt immer ein neues Pad. Gießen Sie überschüssiges Entfettungsmittel auf keinen Fall in die Flasche zurück.

Nun können Sie den DMS installieren. Dehnungsmessstreifen von HBM sind vorgereinigt und gebrauchsfertig zum Applizieren auf das Objekt. Nehme Sie den DMS mit einer Pinzette aus der Verpackung (nicht mit den Fingern berühren), und setzen Sie ihn auf die Markierung, die Sie zuvor mit dem leeren Kugelschreiber auf der sauberen Oberfläche angebracht haben. Decken Sie die Anschlüsse mit Klebeband ab. Das Klebeband hält den DMS während der Vorbereitung des Klebstoffs in der korrekten Position. Mit Klebeband kann auch verhindert werden, dass Klebstoff beim Auftragen an unerwünschte Stellen gelangt und dort haften bleibt. Dazu platzieren Sie das Klebeband einfach als Rand um den DMS. Dieses Band schützt das Objekt vor dem Klebstoff.

Lesen Sie die Gebrauchsanweisung für den gewählten Klebstoff. Mischen Sie einen Mehrkomponenten-Klebstoff nach Vorschrift an. Wenn der Klebstoff gebrauchsfertig ist, entfernen Sie mit einer Pinzette das Klebeband, mit dem Sie den DMS fixiert hatten. Heben Sie den DMS ebenfalls mit einer Pinzette an, und tragen Sie eine dünne Schicht Klebstoff auf die Markierung auf. Legen Sie den Messstreifen anschließend wieder auf den Klebstoff zurück, und applizieren Sie den DMS mit stetigem, gleichmäßigem Druck. Nachdem der DMS auf dem Klebstoff sitzt, soll er sich nicht mehr bewegen.

Wenn der DMS installiert und der Klebstoff ausgehärtet ist, entfernen Sie den Rand aus Klebeband. Drücken Sie dabei weiter gleichmäßig auf den DMS. Achten Sie darauf, dass das Klebeband nicht während des Aushärtungsprozesses entfernt wird.

Wenn Sie einen schnell härtenden Klebstoff verwenden und den DMS nur mit dem Daumen andrücken, muss zwischen dem Daumen und dem DMS immer eine Teflon-Trennfolie liegen, damit der Daumen nicht versehentlich am Messstreifen festgeklebt wird.

Durch die Wahl des richtigen Klebstoffs für die jeweilige Anwendung und die korrekte Installation des DMS können Messfehler minimiert und die Genauigkeit des DMS kann verbessert werden.

Klicken Sie hier, um weitere Informationen über Klebstoffe, die Installation von Dehnungsmessstreifen und experimentelle Spannungsanalyse zu erhalten.

Über den Autor

Jens Boersch arbeitet seit 14 Jahren als Produktmanager bei HBM. Er hat sich mit nahezu allen Produkten – darunter insbesondere Dehnungsmessstreifen, Verstärkersysteme und Datenerfassungssoftware – in der Welt der Messtechnik von HBM befasst. Sein Arbeitsplatz ist in Darmstadt.

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