Viskosität richtig einordnen: mPas, cP und Dosierverfahren

Im Datenblatt des Klebstoffs steht ein Wert in mPa·s, im Ventilprospekt 10–10.000 cP, und der Kollege spricht von „honigartig“. Wer ein Dosierverfahren auswählt, muss diese Angaben zusammenbringen. Dieser Ratgeber erklärt, was Viskosität ist, wie sich cP und mPa·s zueinander verhalten, wie Sie eine logarithmische Viskositätsskala lesen und welche Dosierverfahren zu welchem Bereich passen.

Was Viskosität beschreibt

Viskosität ist die Zähigkeit einer Flüssigkeit, also ihr innerer Widerstand gegen das Fließen. Ein dünnflüssiges Medium läuft leicht, ein zähes oder pastöses Medium setzt der Bewegung viel Widerstand entgegen. Für die Dosierung ist das zentral: Die Viskosität bestimmt, wie viel Kraft nötig ist, um das Material zu fördern, wie sauber ein Tropfen abreißt und wie ein Punkt auf dem Bauteil verläuft.

cP und mPa·s: zwei Namen für denselben Wert

In Datenblättern begegnen Ihnen vor allem zwei Einheiten. Die SI-Einheit der dynamischen Viskosität ist die Pascalsekunde (Pa·s), in der Praxis meist als Millipascalsekunde (mPa·s) angegeben. Daneben hält sich die ältere Einheit Poise, meist als Centipoise (cP). Die gute Nachricht: 1 cP entspricht genau 1 mPa·s. Ein Klebstoff mit 10.000 mPa·s hat also 10.000 cP und liegt damit genau an der Obergrenze des NSM-VA80. Eine Umrechnung ist nicht nötig. Zur Orientierung: Wasser liegt bei Raumtemperatur in der Größenordnung von 1 mPa·s.

Vorsicht ist nur bei Pa·s geboten: 1 Pa·s sind 1.000 mPa·s und damit 1.000 cP. Steht im Datenblatt 200 Pa·s, sind das 200.000 cP, die Obergrenze des SDL-SA.

Die logarithmische Skala lesen

Dosierfähige Medien reichen von wasserdünn bis pastös. Um diesen Bereich sinnvoll darzustellen, verwenden Viskositätsgrafiken eine logarithmische Skala: Jeder Teilstrich steht für das Zehnfache des vorherigen, also 1, 10, 100, 1.000, 10.000 und 100.000 cP. Ein Balken, der auf der Skala doppelt so lang aussieht, umfasst deshalb nicht doppelt so viele, sondern sehr viel mehr Viskositätswerte.

Die Dosiergeräte von MBT im Überblick:

Auf der Skala beginnt der Balken des NSM-VA80 bei 10 und endet bei 10.000 cP. Der Balken des SDL-SA reicht von 1 bis 200.000 cP. Noch weiter nach oben reicht nur das Schneckenventil mit 500.000 cP. Die Grafik zu NSM-VA80 und SDL-SA finden Sie auf der Seite Piezo-Jetting.

Dünnflüssig, mittelviskos, pastös: was die Worte bedeuten

Im Alltag der Fertigung wird Viskosität selten als Zahl genannt, sondern mit Worten beschrieben. Diese Begriffe sind nicht genormt, helfen aber bei der groben Einordnung:

• Dünnflüssig: Das Medium verläuft von selbst und fließt in Spalte. Auf der Skala liegt es am unteren Ende, in der Nähe von Wasser.
• Niedrig- bis mittelviskos: Das Medium fließt, behält aber kurzzeitig seine Form. In diesem Bereich arbeitet das NSM-VA80.
• Hochviskos: Das Medium fließt zäh und braucht deutlich mehr Kraft, um gefördert zu werden.
• Pastös: Das Medium steht als Raupe oder Punkt und verläuft kaum noch. Das obere Ende des Jetting-Bereichs von 200.000 cP gehört in diese Klasse, ebenso der Bereich des Schneckenventils bis 500.000 cP.

Wichtig ist: Worte ersetzen den Messwert nicht. Was der eine „mittelviskos“ nennt, ist für den anderen schon zäh. Fragen Sie deshalb immer nach der Zahl und den Messbedingungen.

Den Datenblattwert richtig einordnen

Ein einzelner Viskositätswert ist ein guter Anfang, aber nicht die ganze Wahrheit. Achten Sie beim Lesen des Datenblatts auf drei Punkte.

Bei welcher Temperatur wurde gemessen?

Die Viskosität der meisten Klebstoffe sinkt, wenn die Temperatur steigt. Ein Wert ohne Temperaturangabe ist deshalb nur bedingt vergleichbar. Für die Dosierung zählt die Temperatur, die das Medium im Ventil tatsächlich hat. Bei warm verarbeiteten Medien wie Hotmelt ist das besonders wichtig.

Wie wurde gemessen?

Viele Klebstoffe sind strukturviskos oder thixotrop: Unter Scherung, also wenn sie bewegt werden, werden sie dünnflüssiger, in Ruhe wieder zäher. Je nach Messverfahren und Schergeschwindigkeit ergibt sich deshalb ein anderer Wert. Vergleichen Sie Datenblätter nur, wenn die Messbedingungen übereinstimmen, und fragen Sie im Zweifel beim Klebstoffhersteller nach.

Ist das Medium gefüllt?

Füllstoffe wie Silberpartikel in Leitklebern oder mineralische Füllstoffe verändern nicht nur die Viskosität, sondern auch das Verhalten in Ventil und Düse. Ein gefülltes Medium mit mittlerer Viskosität kann sich ganz anders dosieren lassen als ein ungefülltes mit gleichem Wert.

Temperatur, Viskosität und Prozessstabilität

Was im Datenblatt eine Fußnote ist, wird in der Serie zum Thema, denn im laufenden Betrieb bleibt die Temperatur selten konstant. Laut Hersteller driften herkömmliche Ventile mit der Betriebstemperatur. Das selbstregelnde SDL-SA passt seinen Hub automatisch an Temperatur und Stößelverschleiß an und hält das Dosiergewicht laut Hersteller über Stunden konstant; es lässt sich bis 150 °C beheizen. Wie das funktioniert, erklärt der Ratgeber Selbstregelndes Jetventil. Das Ergebnis sind Punkte mit hohem Verhältnis von Höhe zu Breite und sehr geringer Streuung, auch bei Hotmelt und gefüllten Medien.

Welches Gerät passt zu welchem Bereich?

• Niedrig- bis mittelviskos, 10 bis 10.000 cP: Piezo-Jetting mit dem kompakten NSM-VA80, wenn hohe Frequenz und feine Strukturen gefragt sind.
• Dünnflüssig bis pastös, 1 bis 200.000 cP: Piezo-Jetting mit dem SDL-SA, besonders bei schwankender Temperatur und gefüllten Medien.
• Zäh, 5.000 bis 20.000 cP: das Hochviskos-Jetting-Ventil, wenn ein zäher Klebstoff berührungslos als Punkt gesetzt werden soll.
• Feinste Strukturen, 1 bis 5.000 cP: das EHD-Jetting-System für Punkte mit 0,08 mm und Linien unter 0,20 mm. Neben dem Viskositätswert entscheidet hier das Verhalten des Mediums im elektrischen Feld.
• Pastöse und gefüllte Medien, 10 bis 500.000 cP: das Schneckenventil mit kontinuierlicher Förderung, mehr unter Schneckendosierung.

Liegt Ihr Medium an der Grenze eines Bereichs, ist das kein Ausschlusskriterium. Nennen Sie den Wert in der Anfrage, dann klärt SAS mit Ihnen, welches Ventil passt.

Medien aus der Serie und ihre Besonderheiten

Das Materialspektrum der Dosierverfahren reicht von Hotmelt über SMT-Kleber, Silberleit- und Epoxidharzklebstoffe bis zu UV-Systemen, Beschichtungen und Versiegelungen. Vier Beispiele aus der Serie zeigen, warum der Viskositätswert allein nicht genügt:

• Hotmelt im Smartphone-Rahmen: Die Viskosität hängt unmittelbar an der Verarbeitungstemperatur. Im Serienbeispiel wird mit automatischer Hubanpassung gearbeitet.
• Rotkleber auf dem SMT-Chip: Der Punkt soll klein bleiben und stehen, statt zu verlaufen. Hier zählen Punktbild und Punkthöhe.
• Silberleitkleber auf dem Halbleiter-IC: Ein gefülltes Medium, bei dem die Geometrie jedes Punkts reproduzierbar sein muss.
• UV-Klebstoff an der Motorbaugruppe: ein hochgefülltes Medium, bei dem Füllstoff und Förderung zusammenpassen müssen.

Drei häufige Missverständnisse

„Der Wert liegt im Bereich, also funktioniert es“

Der Viskositätsbereich eines Ventils sagt, welche Medien grundsätzlich verarbeitet werden können. Ob Ihr Medium das gewünschte Punktbild ergibt, hängt zusätzlich von Füllstoffen, Fließverhalten und Temperatur ab.

„Der Wert liegt außerhalb, also geht es nicht“

Datenblattwerte gelten für die Messtemperatur. Wird ein Medium warm verarbeitet, kann seine Viskosität im Ventil deutlich niedriger sein als im Datenblatt. Nennen Sie deshalb immer auch die Verarbeitungstemperatur.

„Zwei Klebstoffe mit gleichem Wert verhalten sich gleich“

Zwei Medien mit derselben Zahl können sich völlig unterschiedlich dosieren lassen, wenn das eine gefüllt und das andere ungefüllt ist oder wenn sie unterschiedlich auf Scherung reagieren.

Checkliste für Ihre Anfrage

Je vollständiger Ihre Angaben sind, desto schneller lässt sich das passende Verfahren eingrenzen:

1. Viskosität mit Einheit, Messtemperatur und, falls bekannt, Messmethode
2. Art des Mediums, zum Beispiel Hotmelt, SMT-Kleber, Silberleit- oder Epoxidharzklebstoff, UV-System, Beschichtung oder Versiegelung
3. Füllstoffe und Verarbeitungstemperatur
4. Gewünschtes Auftragsbild: Punkte, Linien oder Raupen, mit Zielgröße
5. Taktung und Anlage, in die das Ventil eingebunden werden soll

Vom Datenblatt zum passenden Gerät

Ein Datenblatt sagt, wie sich ein Medium im Messgerät verhält. Für die Geräteauswahl ist es der richtige Startpunkt: Mit Viskosität, Messtemperatur, Füllstoffen und Auftragsbild grenzt die Anwendungstechnik von SAS SmartAdhesiveSolutions ein, ob eines der Piezo-Ventile, das EHD-Jetting-System oder das Schneckenventil zu Ihrer Aufgabe passt. Die Geräte stammen von MBT, Auswahl, Bemusterung und Integration übernimmt SAS. NSM-VA80 und SDL-SA werden über den Jetting-Controller VCB3000 angesteuert, der Rezepturen, Trigger und Prozessparameter an einem Ort verwaltet.

Alle Geräte sind Anfrage-Artikel: Sie erhalten ein Angebot, das auf Ihr Medium und Ihre Anlage abgestimmt ist. Liegt Ihr Medium an einer Grenze oder verhält es sich ungewöhnlich, prüft SAS es auf Wunsch vorab im Materialtest auf Ihrem Bauteil.

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