Praxiswissen Schweißtechnik - Werkstoffe, Prozesse, Fertigung

5 Metallkleben ,(S. 115-116)

Das Metallkleben kann definiert werden als Prozess zu Herstellung einer festen Verbindung von gleichen oder unterschiedlichen Metallen durch eine artfremde Substanz, die infolge einer chemischen Härtungsreaktion verfestigt wird und die Teile durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie zwischen- und innermolekulare Kräfte (Kohäsion) im Kleber miteinander verbindet. Wie in der Definition zum Ausdruck kommt, kann das Kleben zum Verbinden gleicher oder verschiedenartiger Metalle untereinander, aber auch zur Verbindung von Metallen mit anderen Werkstoffen, wie z. B. Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen, verwendet werden. Es muss als Ergänzung der anderen Fügeverfahren angesehen werden und kann auch in Kombination mit diesen angewandt werden.

Gegenüber den anderen Fügeverfahren bietet das Kleben verschiedene Vorteile wie
– keine Schwächung des Materials,
– fast gleichmäßige Spannungsverteilung,
– großzügigere Toleranzanforderungen,
– glatte saubere Oberflächen,
– geringes Gewicht,
– Verbindungsmöglichkeiten für größere Flächen und verschiedenartige Werkstoffe,
– keine thermische Beeinflussung der Fügeteilwerkstoffe,
– Herstellung gas- und flüssigkeitsdichter Verbindungen,
– hohe Schwingungsdämpfung,
– korrosionsbeständig,
– verzugsarmes Fügen,
– hohe Schwingungsfestigkeit,
– Verbindung auch sehr dünner Fügeteile,
– Möglichkeit der Automatisierung.

Als Nachteile stehen diesen Vorteilen gegenüber
– aufwändigere Werkstückvorbereitung,
– begrenzte Festigkeit,
– schwierige Dimensionierung der Verbindung,
– hohe Fertigungszeiten,
– schwierige Prüfung der Verbindung,
– Festigkeitseinbußen durch Alterung,
– geringe Warmfestigkeit,
– klebgerechte Gestaltung des Bauteils erforderlich,
– schlechte Lösbarkeit,
– schwierige Instandsetzung,
– Arbeitsschutzprobleme.

Hauptanwendungsgebiet des Klebens ist derzeit noch der Flugzeugbau, wo im zivilen Bereich etwa 70 % der Verbindungen geklebt sind. Zunehmend wird das Kleben auch im Automobilbau (Karosseriemontage) und im Maschinenbau (z. B. Kleb-Schrumpf-Verbindungen von Naben) verwendet.

Häufig verwendet werden Kombinationen von Kleben und Widerstandspunktschweißen, Stanznieten und Durchsetzfügen. Grundlagen des Klebens Klebungen können als Werkstoffverbunde aufgefasst werden. Neben der Festigkeit der Werkstoffe der beteiligten Fügeteile bestimmt die Festigkeit des Klebstoffs und das Verhalten der Grenzschichten die Gesamtfestigkeit des Systems. Die Festigkeit des Klebstoffs wird von der Kohäsion bestimmt, also von den Bindungskräften im Molekül bzw. zwischen den Molekülen des als Klebstoff verwendeten Polymers. Sie ist kennzeichnend für den Klebstofftyp und nur in engen Grenzen nachträglich beeinflussbar.

Die Haftung zwischen den Fügeteilen und dem Klebstoff beruht auf der in den Grenzflächen wirksamen Adhäsion. Mit Adhäsion sollen intermolekulare Kräfte bezeichnet werden, die zwischen sich berührenden Oberflächen benachbarter Körper aus verschiedenen Materialien wirken. Dieser Kontakt ist dann am engsten, wenn ein Stoff im flüssigen Zustand vorliegt, so dass er sich der Form des anderen vollständig anpassen kann.

Zur Adhäsion sind verschiedene Theorien entwickelt worden. Der einfachste Fall ist die mechanische Adhäsion. Es handelt sich um den Formschluss an Oberflächenrauigkeiten (Hinterscheidungen oder Poren) eines Fügeteils. Dieser Formschluss kann makroskopisch ausgebildet sein, aber auch nur im molekularen Bereich auftreten. Die Theorie der spezifischen Adhäsion geht davon aus, dass beim Kontakt von Fügeteiloberfläche und Klebstoff der energieärmere Zustand vorliegt gegenüber den Energieinhalten der jeweiligen Oberflächen ohne Kontakt.

Damit stellt bei dieser thermodynamischen Betrachtung der gefügte Zustand den stabileren dar. Wasserstoffbrücken und Van-der-Waalsche Kräfte (Dipole) sind hierbei die wichtigsten Bindungen. Unterschieden wird dabei zwischen einem polaren und einem dispersen Anteil an der Adhäsion. Wichtig ist, dass der polare Anteil größer ist, da damit eine bessere Klebbarkeit des Werkstoffs gewährleistet ist. Kommt es darüber hinaus zu einer chemischen Reaktion zwischen den Molekülen des Fügeteils und denen des Klebstoffs, so liegt eine Chemiesorption vor.