Fortschritt im Leichtbau 05.11.2014, 10:06 Uhr

Variabler Klebstoff lässt sich punktuell härten, Rest bleibt elastisch

Einen Kleber, der sich gezielt an bestimmten Stellen härten lässt, während der Rest der Klebeverbindung weich und flexibel bleibt, haben Fraunhofer-Forscher entwickelt. Für die Verbindung von leichten Autoteilen ist der Kleber ideal, denn dort, wo die größten Spannungen auftreten, bleibt er elastisch.

Produktion des BMW i8 in Leipzig: Besonders bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen werden CFK-Bauteile eingesetzt, um Gewicht zu sparen. Das hat besonders hohe Ansprüche an die Fügetechnik zur Folge. Mit einem neuartigen Kleber wollen Fraunhofer-Forscher verschiedene Elastizitäten gewährleisten, je nach Bauteil und Anforderung.

Produktion des BMW i8 in Leipzig: Besonders bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen werden CFK-Bauteile eingesetzt, um Gewicht zu sparen. Das hat besonders hohe Ansprüche an die Fügetechnik zur Folge. Mit einem neuartigen Kleber wollen Fraunhofer-Forscher verschiedene Elastizitäten gewährleisten, je nach Bauteil und Anforderung.

Foto: BMW

Kleben als Fügetechnik wird gerade im automobilen Leichtbau, wo Bauteile aus CFK verbunden werden müssen, immer wichtiger. Einen Kleber, der außergewöhnlich variabel ist und je nach Material und Einsatzort unterschiedlich gehärtet werden kann, haben jetzt Fraunhofer-Forscher vom Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt entwickelt. In ein und derselben Klebeverbindung kann der Kleber mit UV-Licht punktuell noch einmal stärker ausgehärtet werden. Das heißt, manche Bereiche bleiben elastisch, während andere besonders hart sind. Die Lebensdauer der gesamten Verbindung verlängert sich deutlich.

Kunststoffe für leichtere Autos müssen miteinander verklebt werden

Besonders für die Automobilindustrie könnte der neue Dual-Cure-Klebstoff zur echten Alternative werden. Denn einerseits wollen die Autobauer ihre Wagen immer leichter bauen und verwenden dafür neue Materialien wie Karbon oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Andererseits müssen für die dauerhafte Verbindung solcher Fahrzeugteile auch neue Fügetechniken gefunden werden, denn verschweißen lassen sich die Leichtbaukomponenten normalerweise nicht.

Preformanlage für CFK-Bauteile im BMW-Werk Landshut: CFK-Bauteile werden nicht verschweißt wie Stahlbauteile, sondern verklebt. Fraunhofer-Forscher haben jetzt einen neuen Kleber entwickelt, der höhere Ansprüche erfüllen soll.

Preformanlage für CFK-Bauteile im BMW-Werk Landshut: CFK-Bauteile werden nicht verschweißt wie Stahlbauteile, sondern verklebt. Fraunhofer-Forscher haben jetzt einen neuen Kleber entwickelt, der höhere Ansprüche erfüllen soll.

Foto: BMW

Hier kommen zum Beispiel strukturelle Klebstoffe zum Einsatz, wie sie am LBF in Darmstadt von Jan Spengler und seinen Kollegen entwickelt werden. Der Chemiker sieht neben der dauerhaften Verbindung bei diesen Klebern noch andere vorteilhafte Eigenschaften, speziell im Karosseriebau. Die Klebstoffe wirken nämlich zusätzlich dichtend und dämpfend, wodurch Dämmmaterial und dadurch weiteres Gewicht eingespart werden kann.

Beim Crash schluckt der Kleber einen Teil der Aufprallenergie

Im Crashtest schneiden geklebte Autos meist besser ab als genietete oder verschweißte. Die Klebefuge verformt sich bei einem Aufprall und schluckt dadurch einen Teil der Aufprallenergie. Hier kommt der neue Dual-Cure-Kleber von Jan Spengler ins Spiel. „Klebstoffe, die in zwei Schritten aushärten, gab es schon länger am Markt“, sagt Spengler. „Bislang gibt es aber ausschließlich Produkte mit konstanter Elastizität, die an jeder Stelle die gleiche Steifigkeit aufweisen.“ Spenglers Kleber aber hat eine variable Elastizität.

Dieser Dual-Cure-Klebstoff mit variabler Elastizität verlängert die Lebensdauer einer Klebverbindung deutlich.

Dieser Dual-Cure-Klebstoff mit variabler Elastizität verlängert die Lebensdauer einer Klebverbindung deutlich.

Foto: Fraunhofer LBF

Dabei wird der erste Härtungsmechanismus durch Wärme in Gang gesetzt, was den Kleber weich und flexibel macht. Wird diese Klebeverbindung nun mit UV-Licht bestrahlt, wird der Kleber noch einmal zusätzlich gehärtet. Das Besondere: Diese extra Aushärtung lässt sich ganz gezielt an bestimmten Stellen starten. Nur an diesen Stellen vernetzen sich die Polymerketten zusätzlich und der Kleber wird steifer. Der Rest bleibt geschmeidig.

Punktuelle Aushärtung bringt größere Formstabilität

Beim Auto ist dies insofern interessant, weil sich dort die Spannungen durch die Schwingungsbelastungen niemals gleichmäßig verteilen. Vor allem an den Rändern einer Klebefuge bilden sich Spannungsspitzen und die Verbindung wird stark beansprucht.

Prüfung eines CFK-Karosserieteils im BMW-Werk in Landshut: Die Anforderungen an die Fügetechnik wird durch neue Materialien immer höher.

Prüfung eines CFK-Karosserieteils im BMW-Werk in Landshut: Die Anforderungen an die Fügetechnik wird durch neue Materialien immer höher.

Foto: BMW

Der neue Kleber aus dem Fraunhofer-Institut macht diese Belastungsverformungen besser mit, weil die Ränder elastisch bleiben und Spannungsspitzen abfedern. Eine punktuelle Verhärtung des Klebers in der Mitte bringt dagegen dauerhaft eine größere Formstabilität der Verbindung und der verklebten Fahrzeugkaroserie.

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