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Industrielle Konstruktionen optimal kleben

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Bei einer Schälbelastung formieren sich jedoch hohe Lastspitzen an einem Ende der Klebverbindung. Hat sich der Klebstoff erst einmal von der Kante der Klebfuge gelöst, verbreiten sich die kleinen Brüche in der ganzen Verbindung. Eine effektive Klebverbindung zeichnet sich also zum einen durch eine gleichmäßige Spannungsverteilung aus, zum anderen durch den für die Konstruktion optimalen Klebstoff.

Bei dynamischer Belastung bietet Kleben Vorteile

In der industriellen Herstellung vieler Produkte spielen Klebstoffe eine immer wichtigere Rolle, da sie sich durch eine Reihe von Vorteilen auszeichnen, die herkömmliche Fügemittel nicht bieten können. Gegenüber traditionellen Verfahren sind Klebverbindungen bei dynamischer Beanspruchung vor allem durch ihren flexiblen Charakter überlegen. Nieten oder Schrauben ermöglichen nur eine punktförmige Kraftübertragung, während diese bei Klebungen über die gesamte Klebfläche verteilt ist. Zudem werden die zu verbindenden Werkstücke nicht durch die Bohrung von Löchern geschwächt.

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Die geringe Wärmeentwicklung ist darüber hinaus ein wichtiges Kriterium, wenn es um die Verarbeitung von Fügeteilen geht, die bereits eine endgültige Oberflächenausführung aufweisen, wie zum Beispiel verchromter Stahl. Als nicht leitendes Material wirken ausgehärtete Klebstoffe zudem isolierend und verhindern so das Auftreten von Kontaktkorrosion. Das Material und die Anforderung an die Konstruktion sind entscheidend für die Auswahl des Klebstoffes.

Je nach Anwendungsfeld stehen für strukturelle Klebungen verschiedene Klebstofftechnologien mit spezifischen Produkteigenschaften zur Verfügung:

  • Epoxidharzklebstoffe: Sie gehören zu den am weitesten verbreiteten Klebstoffen für strukturelle Klebungen und werden im Fahrzeug- und Flugzeugbau ebenso wie im Bausektor verwendet. Ihr großer Vorteil: sie eignen sich für Metall- ebenso wie für Kunststoffklebungen. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine hohe Langzeitbeständigkeit, eine geringe Neigung zum Kriechen sowie geringen Härtungsschrumpf aus. Je nach Typ halten sie einer Temperaturbelastung von 100 bis 200 °C auf Dauer stand. Im Allgemeinen bilden sie eher steife Klebfugen. Die Topfzeit der Epoxidharzklebstoffe kann zwischen fünf Minuten und zwei Stunden variabel eingestellt werden. Eine lange Topfzeit kann von Vorteil sein, wenn es lange dauert, die Bauteile zusammenzuführen oder wenn diese nach dem Fügen neu positioniert werden müssen. Epoxidharzklebstoffe sind als ein- oder zweikomponentige Systeme verfügbar. Bei einkomponentigen Systemen werden die Harz- und die Härtekomponente schon bei der Herstellung miteinander vermischt und reagieren erst bei Temperaturerhöhung. Die zweikomponentigen Systeme bestehen aus einer Harz- und einer Härterkomponente, die erst bei der Anwendung gemischt werden. Die chemische Aushärtungsreaktion beginnt dann sofort nach dem Zusammenmischen.
  • Polyurethanklebstoffe sind sowohl als ein- als auch als zweikomponentige Systeme erhältlich und zeichnen sich durch eine Vielzahl an Flüssigkeitsgraden, Aushärtungszeiten und Beständigkeiten aus. Der Grad der Vernetzung und somit die Festigkeit wird dabei durch die unterschiedlichen Rohstoffe bestimmt, die die Klebstoffsysteme enthalten. Ihr wichtigster Vorteil ist daher ihre Anpassbarkeit an praktisch jede mechanische Anforderung: Das reicht von sehr steifen Verbindungen bis hin zu extrem flexiblen Klebverbindungen. Darüber hinaus zeigen sie eine gute Beständigkeit gegen viele Lösungsmittel. Deshalb werden Polyurethanklebstoffe häufig in der Industrie eingesetzt, beispielsweise bei der Klebung von Windschutzscheiben in Autokarosserien oder von Rotorblättern in Windkraftanlagen.
  • Acrylatbasierte Klebstoffe bieten ein breites Anwendungsspektrum. Sie sind für viele unterschiedliche Substrate geeignet, einschließlich der meisten thermoplastischen Werkstoffe. Sie schaffen eine Balance zwischen hoher Festigkeit und einer gewissen Flexibilität und dies macht sie zum Produkt der Wahl bei Verbindungen, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Eine weitere Eigenschaft dieser Klebstoffklasse ist ihre schnelle Aushärtung. Damit eröffnen sich Möglichkeiten zur Kostensenkung im Produktionsprozess. Da diese Klebstoffe jedoch in der Regel einen intensiven Geruch entwickeln, sollten große Klebstoffmengen nur in gut belüfteten Bereichen verarbeitet werden. Acrylatbasierte Klebstoffe sind entweder als einkomponentige Produkte mit separatem Aktivator oder als zweikom- ponentige Klebstoffsysteme erhältlich. Die einkomponentigen Klebstoffe müssen nicht angemischt werden. Der Klebstoff wird auf das eine Substrat aufgetragen, der Aktivator auf das andere, und der Aushärtevorgang beginnt erst, wenn die zwei Oberflächen zusammengebracht werden. Bei zweikomponentigen Systemen werden der Aktivator und der Klebstoff mithilfe einer Mischdüse gemischt und dann auf eine der Klebeflächen aufgebracht.
  • Silikonklebstoffe haben, im Gegensatz zu den oben genannten Klebstoffsystemen, ein anorganisches Gerüst. Silikone bleiben, im Gegensatz zu organischen Klebstoffen, auch bei tiefen Temperaturen bis zu -90 °C hochelastisch. Sie zeichnen sich außerdem durch eine hohe Dauergebrauchstemperatur bis 200 °C und durch hohe UV-Beständigkeit aus. Als Klebstoff werden sie dort eingesetzt, wo eine hohe Flexibilität und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen gefordert sind. Sie sind beständig gegen aggressive chemische Substanzen sowie gegen Feuchtigkeit und Witterung. Silikonklebstoffe sind als ein- und zweikomponentige Systeme erhältlich. Das Einsatzgebiet von einkomponentigen Silikonen reicht vom Fügen bei der Herstellung von Bügeleisen über den Fahrzeugbau und die Elektrotechnik bis hin zu Spezialanwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik. Zweikomponentige Silikone finden in der Elektroindustrie, der Produktion von Haushaltsgeräten und in der Fahrzeugindustrie Verwendung. Sie werden vor allem dort eingesetzt, wo die vorhandene Luftfeuchtigkeit nicht ausreicht, um den Härtungsprozess von einkomponentigen Silikonen vollständig ablaufen zu lassen, oder wenn der Produktionsprozess beschleunigt werden soll.

Keine Probleme mit der Lackierung bei Klebstoffen ohne Silikonöle

Silanmodifizierte Polymerklebstoffe, auch MS-Polymer-Klebstoffe genannt, zeigen sehr gute Haftungseigenschaften auf vielen Substraten. Die Klebungen verfügen über eine thermische Dauerbeständigkeit von etwa 80 bis 100 °C, eine hohe Elastizität und eine hohe UV- und Witterungsbeständigkeit. Klebstoffe auf Basis von MS-Polymeren werden unter anderem für Klebungen im Waggon- und Containerbau, im Apparatebau, in der Metall- und Blechverarbeitung, der Solartechnik, bei Fassaden- und Fensterklebungen, der Klima- und Lüftungstechnik sowie in der Reinraumtechnik und in sonstigen Bauanwendungen eingesetzt. Der Vorteil dieser Klebstoffgruppe ist, dass sie frei von Silikonölen ist und sich deshalb bei der Weiterverarbeitung geklebter Teile keine Probleme mit der Lackierung ergeben.

* Dr. Hermann Handwerker ist Leiter der europäischen Anwendungstechnik Industrieklebstoffe bei Henkel in 85748 Garching

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