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07-07-2020 | Verbindungstechnik | Nachricht | Article

Strukturelle Klebstoffe mit maßgeschneiderter Aushärtung

Author:
Dr. Hubert Pelc
3 min reading time

Die Nutzfahrzeugindustrie führt vermehrt neue Designlösungen auf der Basis von Leichtbau-Materialien ein. Um die verschiedenen Bauteile zu verbinden, stellt die Montageverklebung eine erstrebenswerte Möglichkeit dar. Die Herausforderungen bestehen jedoch gleichzeitig in der Steigerung der Produktionseffizienz und der Senkung von Kosten. Standard-Strukturklebstoffe unterliegen mehreren Einschränkungen, um die aktuellen industriellen Anforderungen und Trends vollständig zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund hat Sika zwei innovative Klebstofftechnologien entwickelt.

Die Entwicklung von Nutz- und Spezialfahrzeugen (z. B. Busse, Wohnwagen, Lastwagen, Anhänger usw.) ist zunehmend durch Leichtbau und Produktionseffizienz gekennzeichnet. Die Reduzierung des Fahrzeuggewichts durch die Einführung leichterer Materialien oder Konstruktionskonzepte führt nicht nur zu weniger CO2-Emissionen, sondern auch zu einer Steigerung der Nutzkapazität und des Fahrgastkomforts. Zum Beispiel kann ein leichterer Bus mehr Passagiersitze aufnehmen; ein Wohnwagen mit dünneren Wänden verfügt über mehr Innenraum, welcher optimaler für den Reisenden ausgestattet werden kann. Gewichtsreduzierte Lösungen bieten zwar diverse Vorteile für das Design und die Konstruktion, möglicherweise ist jedoch ihre Implementierung nicht erfolgreich, wenn die Anforderungen der Produktionsabteilungen, die häufig mit Effizienzproblemen zu kämpfen haben, nicht berücksichtigt werden. 

Unter den unterschiedlichen Verbindungsmethoden erfüllt Kleben in vielen Bereichen die anspruchsvollen Anforderungen der Hersteller zur Montage und Verbindung von Fahrzeugkomponenten. Zudem eröffnen sich neue Möglichkeiten für das Leichtbau- und Multimaterial-Design. Um das volle Potenzial des Montageklebens auszuschöpfen, müssen Strukturklebstoffe jedoch im Vergleich zu Standard-Klebstoff-Produkten, die normalerweise in der Nutzfahrzeugindustrie verwendet werden, höhere Leistungseigenschaften und ein verbessertes Aushärtungsverhalten aufweisen. Als Beispiel kann dabei die Schwierigkeit bei der Aufnahme von Wärmeausdehnungen aus der Kombination von Aluminium mit Stahllegierungen oder mit modernen Verbundwerkstoffen genannt werden. Dies ist besonders problematisch, wenn die Außentemperaturen niedrig sind, da Standard-Strukturklebstoffe unter kalten Bedingungen typischerweise eine erhebliche Versprödung erfahren. Folglich sind sie nicht in der Lage, thermische Ausdehnungen auszugleichen. Dies kann zu einem Versagen der Klebverbindung führen, selbst wenn sie bei Raumtemperatur flexibel und nachgiebig erscheinen. Andererseits werden Industrieklebstoffe, die bei niedrigen Temperaturen flexibel genug sind, unter warmen oder heißen klimatischen Bedingungen im Allgemeinen sehr weich. Dies kann die strukturelle Integrität aufgrund mangelnder Festigkeit und Steifigkeit der Fahrzeuge gefährden. 

Innovative Klebstofftechnologien

Unter den Namen ‘Powerflex‘ und ‘Curing by Design‘ hat Sika zwei innovative Klebstofftechnologien entwickelt, die sich mit den spezifischen Fragen der Nutzfahrzeughersteller befassen. Sika betont, dass die patentierten Technologien kombiniert werden können, um einzigartige strukturelle Klebstoffe zu formulieren. Diese Produkte böten mehrere Vorteile in Bezug auf größere Gestaltungsfreiheit, höhere Sicherheit und Haltbarkeit sowie eine zeit- und kostengünstigere Produktion. Neben der Fähigkeit, unterschiedliche Materialien zu verbinden und die Spannungsverteilung in komplexen geometrischen Verbindungen zu optimieren, sollen die neuen Klebstoffe stabilere Eigenschaften über den gesamten Betriebstemperaturbereich aufweisen. Gleichzeitig behielten sie eine gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und ein gutes Steifigkeitslevel bei hohen Temperaturen. Darüber hinaus werde ein schneller Festigkeitsaufbau mit ausreichend langen Offenliegezeiten kombiniert, um den Klebstoff aufzutragen und die Teile zu fügen. Auf diese Weise sollen die Wartezeiten beim Verkleben von Bauteilen erheblich reduziert werden – ohne die Arbeitszeiten der Montage zu beeinträchtigen. Mit den neuen Technologien könne beispielsweise die Montage eines 12 m langen Busdaches in etwa 30 bis 45 min vorgenommen werden. Ein normaler Polyurethan- oder Epoxidklebstoff mit einer so langen Offenliegezeit benötigt typischerweise mindestens 8 h bei Raumtemperatur, um eine genügende Festigkeit zu erreichen, die es ermöglicht, die Bauteile auf der Produktionslinie vorwärts zu bewegen. Für diese Innovationen wurde Sika mit dem Swiss Technology Award 2019 ausgezeichnet.
 

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