Applikation des Klebstofffilms (Bild: 3M)

17.09.2018 Kleben macht es leichter

Moderne Klebstofflösungen lösen nicht nur die Herausforderungen des Leichtbaus

von Julius Weirauch (3M Deutschland GmbH), Rüdiger Frisch (3M Deutschland GmbH)

Kaum ein Marktsegment entwickelt sich so dynamisch wie der Leichtbau. Eine Innovation zieht die nächste nach sich. Dabei geben die neuen Werkstoffe ihre eigenen Regeln vor. Fügen oder Dichten funktionieren hier am besten mit moderner Klebstofftechnologie.

Ob Autos, Flugzeuge, Züge oder Fahrstühle: Leichtbau gilt als Schlüsseltechnologie für nachhaltigere Mobilität. Allen voran für die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Weltweit stehen Hersteller unter Druck, umweltfreundlichere Fahrzeuge zu produzieren. Jedes Gramm zählt. Denn je geringer das Gewicht, desto stärker sinkt der CO2-Ausstoß.

Chancen, Herausforderungen, Lösungen
Großes Potenzial, um Gewicht zu reduzieren, bieten moderne Leichtbau-Werkstoffe wie Faserverbundstoffe oder Aluminium- und Magnesiumlegierungen. Den Chancen stehen allerdings auch Herausforderungen gegenüber: Viele Werkstoffe sind für herkömmliche Füge- und Dichtverfahren nicht geeignet. Nieten, Schrauben oder andere Befestigungselemente bedeuten zudem zusätzliches Gewicht und bringen ungünstige Punktbelastungen mit sich. Außerdem verursachen die Löcher Schwachstellen im Material. Die bevorzugte Fügelösung im Leichtbaus sind moderne Klebstofftechnologien. Sie machen die Chancen moderner Leichtbau-Werkstoffe erst nutzbar. Seit Jahrzehnten entwickelt 3M gemeinsam mit Kunden Lösungen für effizientes Kleben und Dichten. Ausgangspunkt ist meist eine konkrete Kundenanfrage, das Ziel ist immer, eine dauerhaft zuverlässige und möglichst nachhaltige Klebelösung zu finden, die sich effizient in bestehende Prozesse integrieren lässt. Der Entwicklungsprozess beginnt mit einem persönlichen Kundengespräch und einer systematischen Analyse. Ermittelt werden die Eigenschaften der Untergründe, äußere Einflüsse, bestehende Arbeitsabläufe, maßgebende Normen und Spezifikationen. Auf dieser Basis entwickelt man dann in enger Zusammenarbeit mit Kunden und Partnern die bestmögliche Lösung. So werden die Grenzen des Leichtbaus immer weiter ausgedehnt. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass die Vorgaben für die CO2-Reduzierung noch strenger werden. Es wird auch die Aufgabe innovativer Kleb- und Dichtstoffsysteme sein, das Einhalten strengerer Werte möglich zu machen.

Multitalente für Multimaterial-Mix
Mit dem richtigen Klebesystem wird auf vielfältigen Untergründen zuverlässige Haftung erreicht. Das ist ein zentraler Vorteil im Multimaterial-Mix – egal, ob Faserverbund- oder Kunststoffe, ob Metalle, Glas oder Schaumstoffe, ob glatte oder raue, ob weiche oder harte, ob nieder- oder hochenergetische Oberflächen. Oft werden Verbindungen erst mit der richtigen Klebtechnologie möglich. Darüber hinaus gleichen Klebelösungen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, Dehnungen, Belastungen und Spannungen aus. Sie dämmen Schwingungen, Vibrationen und Geräusche. Zudem lassen sie die Oberflächen intakt. Ohne Löcher wird das Korrosionsrisiko minimiert, das durch Eindringen von Feuchtigkeit oder Luft entstehen kann. Nicht zuletzt ermöglichen „unsichtbare“ Klebverbindungen ein anspruchsvolleres Design.

Schneller: Kleben auf Faserverbundstoffen
Ein neuartiger Klebstoff bietet der Flugzeugindustrie einfachere Prozesse und weniger Abfall. Wenn die Außenwände eines Flugzeuges aus Komposit bestehen, können sie nicht gebohrt werden. Verschlüsse und Klammern müssen mit Klebstoff befestigt werden. Bei den bisher zur Verfügung stehenden Klebstoffen mussten spezielle Fixierungen die anzuklebenden Elemente bis zur Aushärtung in Position halten. Anschließend wurden die Fixierungen weggeworfen – bis zu 30.000 Stück pro Flugzeug. Der neuartige Klebstoff bietet jetzt eine hervorragende Soforthaftung. Das spart Zeit, Geld und Abfall – und schont die Umwelt.

Zukunftsweisend: Klebstofffilm klebt Metall
Ein Beispiel für solche Lösungen sind neuartige Klebstofffilme (Bild 1), die für das Fügen von dünnen Aluminium- oder Stahlblechen entwickelt wurden, die für Fügemethoden wie Schweißen oder Punktbelastungen ungeeignet sind. Wie ein Klebeband lassen sie sich automatisch applizieren und härten unter Einwirkung von Temperatur zu hohen Festigkeiten aus. Sie sind im Fahrzeugbau z.B. für den Einsatz an den Bördelfalzen von Türen oder Kofferräumen geeignet. Hier wird der Rand des Außenblechs gefalzt, um das Innenblech zu fixieren. Früher musste die entstehende Kante zusätzlich verschweißt werden. Dieser Arbeitsschritt kann jetzt entfallen. Die Verarbeitung der neuen Klebstofffilme erfolgt effizient und ohne Nacharbeiten, da Dicke und Stärke individuell definiert sind. So halten sie auch die gefügten Materialien auf Abstand und bieten zusätzlich Isolation und Korrosionsschutz.

Einfacher: Klebstoff für leicht ölige Untergründe
Bei Umformungsprozessen in der Automobilindustrie kommen leicht ölige Bleche zum Einsatz. Bisher mussten die Öle vor dem Kleben entfernt werden. Der Prozess der Ölreinigung bedeutete zusätzlichen Aufwand und den Einsatz von Lösemitteln, der Arbeitsschutz-Auflagen unterliegt. Jetzt gibt es einen Klebstoff, der ohne Vorreinigung direkt auf öligem Untergrund aufgetragen werden kann. Aufgrund seiner Chemie kann er das Öl absorbieren. Die Bauteile müssen also vor dem Kleben nicht mehr entfettet werden.

Effizienter: Fügen und Dichten in einem
Klebverbindungen sind von Natur aus dicht. Deshalb werden Klebstoffe und Klebebänder immer häufiger eingesetzt, um Fügen und Dichten in einem Schritt zu bewerkstelligen (Bild 2). Dabei können Flüssigklebstoffe selbst in engste Bereiche vordringen und diese vollständig abdichten. So werden heute die Fenster in Fahrzeugen, Zügen oder Schiffen gleichzeitig geklebt und gedichtet – mit feuchtigkeitsvernetzenden 1K-Klebstoffen auf Polyurethanbasis. Diese Verbindungen sind zudem ohne viel Aufwand reparaturfähig.

Fakten für Konstrukteure
• Für Leichtbau-Konstruktionen ist das Kleben die Fügetechnologie der Zukunft
• Die optimale Lösung wird angesichts der zahlreichen Optionen der Klebetechnik idealerweise im Gespräch mit Fachleuten ermittelt

Fakten für Einkäufer
• Mit klebenden Dichtungen lassen sich Prozessschritte einsparen
• Mit Klebelösungen lässt sich teilweise auch eine verbesserte Ökobilanz der Produkte erreichen und es kann Abfall minimiert werden

Fakten für Qualitätsmanager
• Für viele Anwendungen in Fahrzeugen gibt es heute Klebelösungen, die sich qualitativ bewährt haben – vorausgesetzt, die Projekte wurden richtig, d.h. klebgerecht – realisiert

Vielfältig: Sicher abdichten
Moderne Kleb- und Dichtstoffe sorgen in vielfältigen Branchen für dichte Verbindungen – mit unterschiedlichen Aushärte- und Hautbildungszeiten, diversen Farben und hoher Klebkraft auf allen gängigen Untergründen. Das Unternehmen 3M bietet für spezifische Zwecke speziell entwickelte Klebebänder an. Hochleistungs-Dichtbänder z.B. kommen in Industrie und Handwerk für Versiegelungen und Ausbesserungen zum Einsatz. Und FAST Klebebänder sorgen im Bauwesen für eine dichte Gebäudehülle. Dreidimensional formbar und extrem dehnfähig ist das Spezialklebeband FAST-UC 8045. Dank seiner Acrylatklebeband-Technologie kann es runde Durchbrüche oder Eckanschlüsse in einem Stück spannungsfrei dichten.

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