Kleben im Kraftfahrzeugbau

Die Klebtechnik hat in den letzten Jahren in der Fertigung von Kraftfahrzeugen weltweit Einzug gehalten. Geklebt wird im Karosseriebereich, bei den Einbau- und Anbauteilen und bei den Aggregaten.

Vorschlag für ein Dimensionierungsverfahren elastischer Klebverbindungen

Für eine Dimensionierung flexibler Klebverbindungen sind mehr und andere Kenndaten als die im Kurzeitversuch ermittelte Klebfestigkeiten notwendig. Das wirkt abschreckend, da ein beträchtlicher Aufwand notwendig ist. Jedoch zeigt ein Blick auf andere Bereiche, zum Beispiel auf Berechnungsverfahren für Bauteilen aus Stahl, daß auch hier nicht mehr mit Ergebnissen des Zugversuches dimensioniert wird. Nur dank aufwendigerer Verfahren, beispielweise der Benutzung von Smith-Diagrammen, ist hier das exakte Dimensionieren möglich.

Integration der Klebflächenbehandlung in die Fertigung

In vielen Fällen muss vor dem Kleben eine Klebflächenbehandlung durchgeführt werden, da Klebverbindungen mit unvorbehandelten Teilen häufig zu geringe Klebfestigkeiten und/oder eine unzureichende Alterungsbeständigkeit aufweisen. Zur Klebflächenbehandlung stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Wenn mit mehreren Behandlungen klebtechnisch einwandfreie Verbindungen hergestellt werden können, gilt es, das Verfahren zu ermitteln, welches am besten in den Fertigungsfluss integriert werden kann und die geringsten Kosten verursacht. Dabei muss auch die Arbeitssicherheit und der Umweltschutz mit beachtet werden. Zur Beurteilung der Verfahren werden Bewertungskriterien gegeben. Die Verfahren werden abschließend kurz charakterisiert.

Modifizierung von Kunststoffoberflächen durch Niederdruckplasmabehandlung zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften

Viele Kunststoffe besitzen nur schlechte Adhäsionseigenschaften. So lassen sich viele technisch wichtige Kunststoffe adhäsiv nur dann zufriedenstellend mit Adhäsionsklebstoffen kleben, wenn die Kunststoffteile vorbehandelt worden sind. Versuche mit einer Niederdruckplasmabehandlung führten zu brauchbaren Ergebnissen.

Klebemöglichkeiten von PTFE

Die hohe Beständigkeit und die antiadhäsiven Eigenschaften von Polytetrafluorethylen (PTFE) erschweren das Kleben dieses Kunststoffes beträchtlich. Da PTFE praktisch unlöslich ist, können Diffusionsklebverbindungen nicht hergestellt werden und Adhäsionsklebverbindungen haben nur eine geringe Festigkeit. Es ist jedoch durch entsprechende Behandlungen möglich, die Oberfläche so zu verändern, dass hochfeste Adhäsionsklebverbindungen möglich sind.

Klebtechnische "MERK"würdigkeiten, die zu denken geben

Obwohl die Klebtechnik eines der ältesten Fügeverfahren der Welt ist, sind die Kenntnisse über diese Technik häufig noch sehr gering. Dies zeigt sich an vielen Stellen, beim Verkaufsgespräch von Klebstoffen, aber auch in Beiträgen zu klebtechnischen Seminaren. Es werden manchmal "Merk"würdige Ansichten über das Kleben geäußert.

Oberflächenbehandlung von Kunststoffen

Einige Kunststoffe wie die Massenkunststoffe Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) aber auch Polyoximethylen (POM) und Polytetrafluorethylen (PTFE) weisen eine schlechte Klebeignung auf. Werden diese Werkstoffe ohne Vorbehandlung geklebt, so können nur geringe Klebfestigkeiten erzielt werden. Aber auch bei der Herstellung von Bauteilen aus gut klebbaren Kunststoffen, wie z.B. ABS, kann eine Oberfläche entstehen, die die Klebbarkeit beeinträchtigt. Dies kann beispielsweise durch anhaftende Formtrennmittel geschehen. Auch in diesen Fällen wird beim Kleben ohne Vorbehandlung nicht die maximal mögliche Klebfestigkeit erreicht. In den aufgeführten Fällen kann jedoch durch eine geeignete Klebflächenbehandlung, in Verbindung mit einem entsprechenden Klebstoff, die Festigkeit so gesteigert werden, dass bei einer Prüfung die Verbindung im Kunststoffteil versagt.

Möglichkeiten und Probleme bei der Anwendung der Klebtechnik

Nur wenn eine klebgerecht ausgeführte Konstruktion mit dem richtigen Klebstoff nach optimaler Oberflächenbehandlung und mit angepssten Abbindebedingungen gefertigt wird, sind Klebverbindungen von maximaler Festigkeit und Alterungsbeständigkeit zu erzielen. Am Beispiel von Bremsbelägen wird gezeigt, dass bei einer entsprechenden Erprobung auch sogenannte Sicherheitsteile durch Kleben hergestellt werden könne.

Wet bioadhesion in tree frogs

Viele Tiere wie etwa Geckos oder Laubfrösche können mittels ihrer Haftscheiben an Oberflächen kleben. Diese Haftscheiben ermöglichen es den Tieren, sich während ihrerrnFortbewegung an Oberflächen anzuheften und wieder zu lösen unabhängig von denrnvorherrschenden Umweltbedingungen. Frösche besitzen mikro- und nanostrukturierternsowie charakteristisch geformte Haftscheiben an Finger- und Zehenenden. Ihre besonderernevolutionäre Errungenschaft, sich stark und zugleich reversibel in sowohl trockenen alsrnauch feuchten Umgebungen anzuhaften, hat die Wissenschaft zur Nachahmung und Untersuchungrndieser Strukturen inspiriert. Zum besseren Verständnis der Mechanismen vonrnAnhaftung und Loslösung bei Laubfröschen wurden weiche, elastische und mikrostrukturierternOberflächen hergestellt, indem PDMS (Polydimethylsiloxan) auf einer Siliziummaskernmit Hexagonstruktur aufgetragen und vernetzt wurde. Dadurch wurden Anordnungenrnvon hexagonalen Mikrosäulen mit spezifischen geometrischen Eigenschaften undrnunterschiedlichen Kontaktgeometrien (normale, flache Form, T-Form und konkave Formrnder Säulenenden) erhalten. Um den Einfluss der van-der-Waals, hydrodynamischen,rnKapillar-und Adhäsionskräfte zu verstehen, wurden verschiedene experimentelle Ansätzernverfolgt: Die auf eine einzelne Säule wirkenden Adhäsionskräfte wurden mittelsrnRasterkraftmikroskopie gemessen. Dazu wurden speziell hergestellte kolloidale Sensorenrnverwendet. Diese Experimente wurden sowohl mit als auch ohne Flüssigkeitsfilm auf derrnSäule durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten den Beitrag von Kapillarkraft und direktenrnKontaktkräften zur Adhäsionskraft bei Vorliegen eines Flüssigkeitsfilms. Die Adhäsionrnfiel umso größer aus, je weniger Flüssigkeit zwischen Sensor und Säule vorhanden war.rnIm Falle einer trockenen Adhäsion zeigte die Säule mit T-Form die höchste Adhäsion. Darndie Haftscheiben der Laubfrösche weich sind, können sie dynamisch ihre Form ändern,rnwas zu einer Änderung der hydrodynamischen Kraft zwischen Scheibe und Oberflächernführt. Der Einfluss der Oberflächenverformbarkeit auf die hydrodynamische Kraft wurderndaher am Modellsystem einer Kugel untersucht, welche sich einer weichen und ebenenrnOberfläche annähert. Dieses System wurde sowohl theoretisch über die Simulation finiterrnElemente als auch experimentell über die Messung mit kolloidalen Sonden untersucht.rnSowohl experimentelle Ergebnisse als auch die Simulationen ergaben eine Abnahme derrnhydrodynamischen Kraft bei Annäherung des kolloidalen Sensors an eine weiche undrnelastische Oberfläche. Beim Entfernen der Sensors von der Oberfläche verstärkte sichrndie hydrodynamische Anziehungskraft. Die Kraft, die zur Trennung eines Partikels von einer Oberfläche in Flüssigkeit notwendig ist, ist für weiche und elastischen Oberflächenrngrößer als für harte Oberflächen. In Bezug zur Bioadhäsion bei Laubfröschen konnternfestgestellt somit festgestellt werden, dass sich der hydrodynamische Anteil zur feuchtenrnBioadhäsion aufgrund der weichen Oberfläche erhöht. Weiterhin wurde der Einflussrndes Aspektverhältnisses der Säulen auf die Reibungskraft mittels eines kolloidalen Sensorsrnuntersucht. Gestreckte Säulen zeigten dabei eine höhere Reibung im Vergleich zu.rnSäulen mit einem gestreckten Hexagon als Querschnitt.