Fertigung 07.04.2006, 18:43 Uhr

Fügen ist Technologietreiber beim Materialmix  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 7. 4. 06, Si – Für die Konstrukteure von komplexen Zulieferteilen wird die Suche nach dem geeignetsten Verfahren aus der wachsenden Fügetechnikvielfalt immer schwieriger. Denn angefangen vom leichteren Langstreckenflugzeug bis hin zum Kraftstoff sparenden Automobil prägen neue Hightech-Werkstoffe, gepaart mit modernen Produktionsverfahren, die Systemlösungen für ihre Kunden. In der Leitmesse Subcontracting sind deshalb die Innovationen der Verbindungstechnikspezialisten ein besonderer Anziehungspunkt.

Die „Joining Technology“ erschließt sich nach Aussage der Deutschen Messe AG, Hannover, als zukunftsträchtige Querschnittstechnologie permanent neue Anwendungsfelder. Vor diesem Hintergrund soll deshalb die internationale Zuliefermesse Subcontracting 2006 erstmals einen speziellen Ausstellungsschwerpunkt zur Darstellung der zukunftsweisenden Fügeprozesse bieten.

„Das Wachstumspotenzial in diesem Segment ist enorm“, urteilen die Messemacher aus Hannover und können sich dabei in Deutschland auf eine starke wirtschaftliche Basis stützen. Denn die gesamtwirtschaftliche Wertschöpfung aus Produktion und Anwendung der Fügetechnik in Deutschland beträgt rund 27 Mrd. €. Nach den Berechnungen des Deutschen Verbands für Schweißen und verwandte Verfahren (DVS), Düsseldorf, sind dies 4,8 % der Wertschöpfung des produzierenden Gewerbes in Deutschland.

Ein wichtiges Wachstumssegment der „Joining Technology“ ist dabei das Kleben, das traditionelle Fügetechniken wie Schweißen, Löten oder Schrauben in zunehmenden Maße ablöst. Nach den Berechnungen des DVS repräsentiert das Kleben bereits heute mehr als 10 % des gesamten fügetechnischen Produktionswerts.

Die Branche rechnet in diesem wie auch im kommenden Jahr mit einem Wachstum von 2,2 %. In der hohen Exportquote von deutlich über 50 % am Gesamtbranchenumsatz (Klebstoffe, Dichtstoffe, Klebebänder und zementäre Bauklebstoffe) von derzeit jährlich 2,7 Mrd. € sieht der DVS einen deutlichen Beleg dafür, dass die deutschen Klebstoffhersteller in Sachen Technologie weltweit an der Spitze stünden.

Diese führende Rolle spiegelt auch eine Studie über den gesamteuropäischen Klebstoffverbrauch wider, die im Auftrag von acht weltweit führenden Klebstoffunternehmen erstellt wurde. Laut der Marktanalyse werden in Deutschland fast 25 % aller in Westeuropa hergestellten Klebstoffe verbraucht, danach rangieren Italien und Großbritannien mit je 17 %, gefolgt von Frankreich mit 16 %. Den gesamteuropäischen Klebstoffverbrauch (ohne Dichtstoffe, Klebebänder und zementäre Produkte) beziffert die Studie mit fast 9 Mrd. €.

Zum Technologietreiber der Klebetechnologie entwickelt sich der Fahrzeugbau. Denn während früher ausschließlich Schweißnähte, Nieten und Schrauben für den sicheren Zusammenhalt von Rahmen, Karosserie und Motor verantwortlich waren, greifen die Hersteller heute immer häufiger zu industriellen Hochleistungsklebstoffen – insbesondere dann, wenn unterschiedliche Materialien aufeinander treffen.

Das ist z. B. bei Leichtbaukarosserien der Fall, bei denen Aluminium, Stahl oder Kunststoffe als Materialmix zum Einsatz kommen. „Dann spielt die Fügetechnik Kleben ihre Vorteile voll aus. Denn nur mit diesem universellen Verfahren lassen sich die unterschiedlichen Materialien sicher miteinander verbinden, ohne dass das Bauteil thermisch oder mechanisch geschwächt wird“, betont Dr. Markus Pridöhl. Zudem, so der Leiter der Forschung Advanced Nanomaterials bei Degussa, Hanau, (Wertschöpfungspartner auf dem Contitech-Messestand in Halle 5) könne der Automobilhersteller durch das Kleben Kosten einsparen.

Der Experte geht davon aus, dass ein normales Mittelklassefahrzeug etwa 5000 Schweißpunkte benötigt, die etwa 5 Cent/Schweißung kosten. Nach seinen Schätzungen lassen sich aber mehr als die Hälfte dieser Schweißstellen durch deutlich preiswertere Klebenähte ersetzen. Pridöhl: „Damit spart der Automobilhersteller unter dem Strich etwa 70 €/Fahrzeug ein.“ Zudem führe der Einsatz von 1 kg Epoxidharz-Klebstoff zu einer Reduktion des Fahrzeuggewichts um 25 kg. Denn die höhere Steifigkeit der geklebten Karosserien sowie deren optimiertes Crashverhalten erlaubten die Verwendung dünnerer Karosseriebleche.

„Die erzielbare Gewichtsreduktion sowie die Formgebungsvielfalt und Strukturfestigkeit werden den Einsatz von Metall-Kunststoffkombinationen künftig rasant ansteigen lassen“, prognostiziert der Entwickler. Um die Vorteile des Klebens – gerade beim Verbinden verschiedener Materialien – voll zur Geltung zu bringen, stelle jedoch die Entwicklung wieder lösbarer Klebeverbindungen eine große Herausforderung für die Chemiebranche dar. Denn während Autos aus verschweißtem Stahl einfach eingeschmolzen werden könnten, sei das Recycling von aus einem Materialmix zusammengeklebten Fahrzeugen bislang noch problematisch. Benötigt würden Klebesysteme, die quasi „auf Kommando“ ihre Klebekraft wieder verlieren.

Degussa setze bei der Lösung dieses Problems auf die Nanotechnologie und bettet superparamagnetisches Eisenoxid in eine Silica-Matrix ein. Mit dem neuen Produkt „MagSilica“ lassen sich laut Pridöhl Klebeverbindungen künftig durch externe Einwirkung hochfrequenter magnetischer Wechselfelder wieder lösen.

Auch für Dr. Jürgen Klingen ist die Transport- und Logistikbranche die mit Abstand effektivste Anwendungsplattform für die Klebstofftechnologie. „Zählt man neben dem Fahrzeugbau auch noch den Schiff-, Flugzeug- und Schienenfahrzeugbau dazu“, so der Hauptabteilungsleiter Forschung und Entwicklung bei 3M Deutschland, Neuss, „ist allen Bereichen die Reduktion von Gewicht, Produktionskosten und Energieverbrauch gemein.“ Dies beginne bei der Einsparung mehrerer Tonnen Strukturgewicht bei einem Großverkehrsflugzeug und ende bei der Montage von Folientastaturen und Sensoren in einem Pkw, die quasi abfallfrei erfolge.

Für diese Anwendung habe 3M einen Acrylat-Siebdruck-Klebstoff entwickelt. Dank seiner flüssigen Konsistenz kann der neue Klebstoff laut Klingen direkt und exakt dort positioniert werden, wo beim bislang eingesetzten – doppelseitig haftenden – Klebstofffilm Aussparungen gestanzt werden mussten. Im Vergleich zur Stanzteilverarbeitung ergebe sich durch die Klebetechnologie eine Abfallreduktion um 80 %.

Doch auch das Verkleben von Dichtungen am Auto – beispielsweise an den Türen – stoße bei den Herstellern auf immer größeres Interesse. Neben der Vereinfachung des Montageprozesses ermöglichten die speziellen Schaumklebebänder auf Acrylbasis eine optimale Kraftverteilung über die gesamte Verbindung. Dies führe zu dem gewünschten und manchmal sogar erforderlichen Spannungsabbau zwischen unterschiedlichen Materialien. Hinzu kommt laut Klingen der optimale Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und Korrosion. Neben der Gewichtsreduktion und der verringerten Fugenhöhe, so der 3M-Entwicklungsexperte, eröffneten Klebeanwendungen auch neue Möglichkeiten für Design und Konstruktion. „Darüber hinaus ist die dauerhafte Verklebung der Dichtung selbst auf den umweltverträglichen lösungsmittelfreien Pulverlacksystemen gewährleistet“, erklärt Jürgen Klingen.

ROLF MÜLLER-WONDORF/Si

Von Rolf Müller-Wondorf/Jürgen Siebenlist
Von Rolf Müller-Wondorf/Jürgen Siebenlist

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