Fehlstellen beim Falzkleben im automobilen Rohbau verhindern

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Beispiele von Blasen in der Nahtabdichtung anhand von Realbauteilen. (Bild: Fraunhofer IWU)

Falzkleben hat sich in der Automobilindustrie, insbesondere für Anbauteile wie Kotflügel, Klappen und Türen, als eines der wichtigsten Fügeverfahren etabliert. Fehlstellen müssen jedoch aufwendig entfernt werden, weil sie Korrosion begünstigen. Forscher haben die Entstehung solcher Fehler untersucht, damit sie in Zukunft vermieden werden können.

Um den Formschluss zu erzeugen, werden beim Falzkleben zwei Bleche durch Umformen gefügt. Der vorher aufgebrachte Klebstoff verteilt sich während des Umformens zwischen den Fügepartnern, wobei je nach konstruktiver Vorgabe eine Benetzung des Falzgrundes über die Falzwurzel bis hin zum Flanschbereich der Falznahtklebung erfolgt. Nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist, entsteht ein Stoffschluss.

Falzkleben als Hybridfügeverfahren bietet mehrere Vorteile

Die Vorteile dieses Hybridfügeverfahrens liegen unter anderem in einer erhöhten Arbeitsaufnahme im Falle eines Unfalles sowie in einer erhöhten Biege- und Torsionssteifigkeit der Fügeverbindung. Des Weiteren wird der Korrosionsschutz verbessert sowie eine gleichmäßige Krafteinleitung und Schwingungsdämpfung erzielt.

Im Allgemeinen ist im automobilen Rohbau die folgende Prozesskette zu finden: Roboter und Handlingwerkzeuge sorgen für eine automatisierte Zuführung und Positionierung der Blechbauteile in die Falzvorrichtungen. Nachdem das vorgefertigte Außenhautblech eingelegt ist, wird der strukturelle Klebstoff volumen- und lagegeregelt appliziert. Es kommen überwiegend einkomponentige, heiß härtende Epoxidharzklebstoffe mit Schubmoduln in der Größenordnung 1000 MPa und unterschiedlichen Viskositäten zum Einsatz. Diese Klebstoffe werden in Abhängigkeit von der Viskosität als Raupe (hochviskos) oder per Wirbelsprühverfahren (niedrigviskos) aufgetragen. Anschließend führt ein Roboter das Strukturteil zu, legt es ein und fixiert es durch einen Niederhalter in der Lage.

Fehlstellen in den Falzklebungen können Korrosion fördern

Als Falzverfahren kommen sowohl das Roll- als auch das Tabletop-Falzen zum Einsatz. Teilweise wird der Klebstoff durch induktive Erwärmung oder Durchlaufen eines Rohbauofens vorgeliert, um eine Handhabungsfestigkeit der Falzklebung zu erreichen. Zusammen mit der gesamten Rohkarosserie durchläuft eine falzgeklebte Baugruppe den kompletten Lackierprozess (kathodische Tauchlackierung (KTL)), während dessen der Klebstoff aushärtet. Im Nachgang wird die Nahtabdichtung, ein PVC-Plastisol, aufgebracht und in einer weiteren Wärmebehandlung ausgehärtet.

Problematisch ist die Fehlstellenneigung innerhalb der Falzklebungen, die sich optisch durch Blasenbildung innerhalb der Nahtabdichtung (NAD) äußert. Diese Fehlstellen in der Klebschicht und der NAD müssen mit hohem Aufwand beseitigt werden, da sie einen ständigen und direkten Zugang für Elektrolyte in den Falz und somit einen idealen Angriffspunkt für Korrosion bieten.

Forschungsprojekt untersucht Blasenbildung beim Falzkleben

In dem Projekt „Falzklebeprozess im automobilen Rohbau“ der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) wurde diese Problematik erstmalig auf einer breiten wissenschaftlichen Basis behandelt. Mit unterschiedlichen Methoden und Werkzeugen wurde ein umfangreiches Programm durchgeführt, um die Ursachen der Blasenbildung systematisch zu erforschen.