Kleben

Kleben ist das zukunftsweisende Fügeverfahren des 21. Jahrhunderts. Es ermöglicht die zuverlässige Verbindung gleicher genauso wie unterschiedlicher Materialien mit einem Klebstoff und ist damit essenziell für den voranschreitenden Multimaterial-Leichtbau. Im Unterschied zum Schweißen oder Nieten schwächen Klebverbindungen die mechanischen Eigenschaften der Fügeteile nicht. Neben der Mechanik integrieren Klebverbindungen spezifische Anforderungen: Sie können Wärme leiten, elektrisch isolieren, dichten oder Toleranzen überbrücken. Fachgerecht ausgelegte Klebprozesse integrieren sich störungsfrei eine Serienfertigung. Klebverbindungen lassen sich durch die Prozessgestaltung mit hoher Qualität absichern. Aus diesen Gründen hat sich das Kleben in den letzten Jahrzehnten branchenübergreifend durchgesetzt.

Kleben am Fraunhofer IFAM

Das Fraunhofer IFAM ist das international führende unabhängige Forschungsinstitut auf dem Gebiet »Kleben«. Seit 50 Jahren arbeiten hoch qualifizierte, multidisziplinär aufgestellten Teams an der Weiterentwicklung dieser facettenreichen Fügetechnik. Die langjährige Erfahrung, die hohe Diversifizierung der über 200 Mitarbeiter der Bereiche und die umfassende apparative Ausstattung ermöglichen eine zügige und hoch qualitative Bearbeitung von Dienstleistungen sowie von Forschungs- und Entwicklungsaufträgen. Die anbieterunabhängigen Lösungen reichen von eintägigen Beratungen bis zur detaillierten Gestaltung und Umsetzung geprüfter Fertigungskonzepte und können die gesamte Prozesskette Kleben abbilden.

Kleben in der Fertigung

Die Integration des Klebens in die industrielle Fertigung erfordert ein auf die jeweilige Anwendung abgestimmtes Vorgehen. Die Klebstoffauswahl muss die Anforderungen an das Endprodukt und an die Fertigung berücksichtigen. Die Auslegung von Klebverbindungen basiert auf der analytischen oder numerischen Berechnung. Grundlage hierfür sind experimentelle Kennwerte von Werkstoffen, Verbindungen und Bauteilen. Gleichzeitig werden die Fließ- und Härtungseigenschaften charakterisiert, um den Fertigungsprozess zu gestalten. Für anspruchsvolle Klebverbindungen oder für schwierige Oberflächen ist oft eine Vorbehandlung der Bauteiloberflächen notwendig. Die Werkstoffe werden gereinigt und aktiviert oder modifiziert, damit Klebstoffe langzeitbeständig darauf haften. Das Alterungsverhalten ist zu analysieren und damit die Lebensdauer abzuschätzen. Die Dosier- und Applikationstechnik sind Teil des automatisierten Fügeprozesses. Zur Reduktion der Taktzeiten wird oftmals auf Verfahren zur Schnellhärtung zurückgegriffen. Eine zuverlässige Produktion integriert Qualitätssicherungsverfahren und erfordert qualifiziertes Personal.

Kleben in der Anwendung

Klebprozesse sind individuell zu gestalten: Im Verkehrsmittelbau der Transportindustrie unterscheiden sich Rohbauklebungen des Automobilbaus, Scheibenklebungen des Schienenfahrzeugbaus und Sandwichklebungen der Luftfahrt stark voneinander. Mikroklebungen in der Elektronik erfordern spezielle Klebstoffe und Randbedingungen, denn die Klebstoffmengen liegen millionenfach unter den Klebungen im Bereich des Klebens im Ingenieurbau. Die Medizintechnik stellt neue Anforderungen an die Sicherheit und Biokompatibilität der Klebstoffe. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt muss beachtet werden, dass die Klebstoffe bei extrem hohen und extrem niedrigen Temperaturen einsetzbar sind. In der Verpackungsindustrie spielen hingegen Fertigungskosten und -geschwindigkeiten eine entscheidende Rolle.

Beratung rund um das Kleben

Das Leistungsspektrum umfasst die gesamte Prozesskette Kleben und die Klebstoffauswahl, die Charakterisierung der mechanischen sowie der Verarbeitungseigenschaften von Klebstoffen, die Auslegung und Validierung geklebter Strukturen, die thermoanalytische, spektroskopische, rheologische, physikalische Charakterisierung, die Entwicklung und Anwendung von Dosier- und Applikationsprozessen, die Beratung zur Qualitätssicherung von Klebprozessen, die kundenspezifische Gestaltung industrieller Prozesse, die Prüfung und Fertigung von Klebbändern, die Analyse von Schadensfällen und die Behebung von Fertigungsstörungen.

Ergänzt wird das Leistungsspektrum durch die langjährigen Erfahrungen in der polymerchemischen Formulierung von Klebstoffen und durch die vielfältigen Möglichkeiten der Oberflächenvorbehandlung und Oberflächenanalytik. Das langjährig etablierte, umfassende und weltweit angebotene Portfolio an klebtechnischer Weiterbildung mit vielseitigen Kursen und weltweit anerkannten Abschlüssen runden das Leistungsspektrum ab. Die Überprüfung der normgerechten Umsetzung industrieller Klebtechnik auf Grundlage der DIN 2304 »Klebtechnik – Qualitätsanforderungen an Klebprozesse« und DIN 6701 » Kleben von Schienenfahrzeugen und –fahrzeugteilen« ist ebenfalls Bestandteil des Leistungsangebots. Das Fraunhofer IFAM stellt zudem für beide Normen zugelassene Auditoren.

Aktuelle Forschungsziele im Bereich Kleben

Institutsprofil zum Download (PDF)

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Vortrag „Adhesive Bonding works – even with few joining points“

Das Hybridfügen im automobilen Rohbau kombiniert das Kleben mit mechanischen Fügepunkten oder Schweißpunkten. Es verbindet die hohe Crashenergieaufnahmefähigkeit und Steifigkeit der geklebten Verbindung mit der schnellen Prozessgeschwindigkeit und der Schälfestigkeit des mechanisch/thermischen Fügens. Die hybride Fügepunkte werden in der Regel in einem konstanten Abstand gesetzt, um die Klebung bis zur Härtung zu fixieren. Allerdings stören die mechanische Fügepunkte und Schweißpunkte die Ausprägung einer optimal dimensionierten und gleichmäßigen Klebschicht. Sie senken dadurch die Tragfähigkeit der Klebung deutlich. 

In ihrem Vortrag „Adhesive Bonding works – even with few joining points“ auf der Konferenz „Joining in Car Body Engineering“ des „Automotive Circle“ stellten sich Moritz Huf von BMW und Holger Fricke vom Fraunhofer IFAM die Frage, welcher Abstand bei einer vorgegebenen Fügeverbindung idealerweise eingehalten werden sollte? Mit Hilfe der Ergebnisse von Fluid-Struktur-Simulationen sind sie in der Lage die Anzahl der Fügepunkte deutlich zu reduzieren und dabei die Qualität der Klebverbindungen zu erhöhen. Die Vortragenden zeigten Beispiele, in denen sie den Fügepunktabstand von 50mm auf über 150mm erhöhen konnten.

Klebtechnische Fertigung verstehen und optimieren

Beim Kleben entscheidet der ausgeführte Fertigungsprozess maßgeblich über die Qualität des finalen Produkts. Das Fraunhofer IFAM in Bremen erforscht seit zwei Dekaden das Fließverhalten von Klebstoffen, um Dosierung, Applikation und Verpressen zu verstehen und die klebtechnische Fertigung zu verbessern. Eine aktuelle Publikation untersucht die Strömung während des Verpressens einer Klebstoffraupe beim Fügevorgang. Das industrielle Verpressen der Raupe wird experimentell durch „SqueezeFlow-Versuche“ modelliert und hochgenau charakterisiert. Mit dieser Methode wird erforscht, wie die Oberfläche eines Fügeteils die Klebstoffströmung beeinflusst. Der Artikel „Do surface pretreatments for adhesives influence the squeeze flow?” kann jetzt hier bezogen werden.