Kleben

Die Fügetechnik für Leichtbau und nachhaltige Produktion

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

 

Elektromobilität Entwicklung und Charakterisierung von thermisch oder elektrisch leitfähigen Klebverbindungen im Batteriemodul oder Antriebsstrang
Hybridfügen Reduktion der Fehlstellen beim Kleben in Verbindung mit mechanischen Fügeverfahren- wie Nieten, Falzen oder Clinchen
Schnelle Prozesse Beschleunigte Klebstoffhärtung durch thermische Anregung oder schnelle Handhabungsfestigkeiten durch neue Dual-Cure-Klebstoffe
Alterung Verständnis des Alterungsverhaltens von Klebstoffen verstehen und Anwendung von Schnelltests zur sicheren Dimensionierung
Kleben im Bauingenieursbereich Entwicklung des Klebens von tragendenden baulichen Strukturen im Fensterbau, Fassadenbau, Holzbau und schweren Stahlbau
Qualitätssicherung Entwicklung neuer Verfahren zur Inline-Kontrolle von Teilschritten des Klebprozesses
Entwicklung von Normen zur Qualitätssicherung Überführung der DIN 6701 in eine europäische Norm (EN 17460) und DIN 2304 in eine ISO-Norm (ISO 21368)

 

 

Institutsprofil zum Download (PDF)

 

Klebstoffchemie und -entwicklung

 

Charakterisierung von Klebstoffen

 

Geklebte Strukturen

 

Industrielle Klebprozesse

 

Qualitätssicherung und klebtechnische Weiterbildung

 

Mechanische Fügetechnologien und Kleben: Hybridfügen

Hybride Fügeverbindungen kombinieren unterschiedliche Fügetechnologien und werden in verschiedenen Branchen zunehmend eingesetzt. Die entscheidende Stärke einer hybriden Verbindung ist es, dass Vorteile der elementaren Fügetechnologien genutzt und Nachteile kompensiert werden. Das Kleben lässt sich vorteilhaft, je nach Anwendung und Branche, mit verschiedenen mechanischen Fügeverfahren kombinieren. 

 

Eine neue Generation von Gapfillern

Die Wärmeabfuhr von Batterien ist essenziell, um sie vor Überhitzung zu schützen. Das betrifft zunehmend auch die Batterien, die in E-Autos und anderen Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Nur mit effektiver Wärmeabfuhr kann eine starke Antriebsleistung und eine lange Lebensdauer der Fahrzeuge gewährleistet werden. Dies wird mit Gapfillern ermöglicht.

 

Qualifizierung von Kleb- und Dichtstoffen

Im Fachmagazin adhäsion (Ausgabe 7-8/21) berichten Dr. Heinrich Kordy und andere Experten aus der Arbeitsgruppe »Klebtechnische Prozesse« am Fraunhofer IFAM über Ergebnisse eines Forschungsprojekts mit dem Ziel, Bipolarplatten klebgerecht zu designen, geeignete Klebstoffe auszuwählen und Qualifizierungsmaßnahmen zur Freiprüfung zu entwickeln.