Kleben statt schweißen

24.08.2017

© FH Münster

Nach dem Festigkeitsversuch begutachtet Miriam Laubrock das Bruchverhalten der Klebverbindung zunächst visuell, aber auch detailliert im Rasterelektronenmikroskop.

Neben Änderungen bei der Organisation der Produktion, beispielsweise dem zunehmenden Einsatz von Robotern zur Fertigung und Qualitätsprüfung, lösen auch bei der Fertigungstechnik ab und an Verfahren mit neuen Vorteilen die bisherige Technologie ab.

So wurden auch einfache Bauteile lange spanend – Stichwort CNC-gesteuerte Dreh-, Bohrund Fräsmaschinen – aus Guss- oder Stahlrohlingen wie Blechen, Rohren oder Stangen gefertigt. Verdrängt hat diese Herstellungsweise das Kanten und Schweißen von Blechen. Bekannte Probleme dabei wie die Gefahr des Verziehens der Bauteile sind der hohen Wärmeentwicklung geschuldet. Dem wird mit größerer Materialstärke begegnet, was hohe Gewichte der Teile zur Folge hat. Bei unterschiedlichen Materialstärken muss deshalb oft gebohrt und geschraubt werden.

Nun kommt mit der Klebetechnik wieder eine neue Technologie in die Maschinenproduktion. Sie ermöglicht leichtere Bauteile und mit Schweißtechnik nicht realisierbare Verbindungen unterschiedlicher Werkstoffe einschließlich Kunststoffen.

Ein Forschungsprojekt dazu leitet Prof. Dr. Gerhard Kötting, Leiter des Werkstofftechnik-Labors auf dem Steinfurter Campus der Fachhochschule Münster. „Wir wollen zeigen, dass Stahl nicht nur geschweißt, sondern auch geklebt werden kann“, so Kötting. „Denn diese Technik eignet sich besonders für den Leichtbau.“

Nach dem Festigkeitsversuch begutachtet Miriam Laubrock das Bruchverhalten der Klebverbindung zunächst visuell, aber auch detailliert im Rasterelektronenmikroskop. FOTOS: FH MÜNSTERDass das funktioniert, wurde bereits in Voruntersuchungen nachgewiesen. „Klebverbindungen haben einen großen Vorteil: Die hohe Festigkeit bei dynamisch einwirkenden Belastungen vor allem auch bei hochfesten Stählen, die weniger gut schweißgeeignet sind. Dadurch können gleichzeitig die Wanddicken reduziert werden, und die Bauteile werden leichter“, sagt Miriam Laubrock. Die Ingenieurin hat Maschinenbau an der FH Münster studiert. Sie ist verantwortlich für die Projektdurchführung und promoviert zu diesem Thema.

„In anderen Branchen, wie zum Beispiel im Automobilbau, ist die Klebtechnik schon weit verbreitet“, sagt Laubrock. „Nun wollen wir zeigen, dass sie auch zielführend im Landmaschinen- und Anlagenbau eingesetzt werden kann – und zwar ohne Bedenken, was Langlebigkeit und Sicherheit betrifft.“ Bislang fehle es an systematischen Untersuchungen, weshalb sich die Hersteller noch nicht getraut hätten, auf gewichtsreduzierende Alternativen durch Klebverbindungen zu setzen. Doch das Interesse sei da. „Wir kooperieren mit 22 Unternehmen, das heißt mit Landmaschinen- und Anlagen-, Stahl- und Klebstoffherstellern. Dabei ist das Thema Leichtbau ein Schwerpunkt an unserem Fachbereich Maschinenbau“, so Laubrock.

Im Labor testet die Ingenieurin verschiedene Klebstoffe und Stähle. Dazu stellt sie Bauteilproben her: „Wir schneiden die Stähle zu, behandeln die Oberflächen vor und applizieren den Klebstoff. Anschließend erfolgt das Fügen und Aushärten der Klebschichten. Die Prüfteile gehen dann an mitwirkende Unternehmen, um sie fachgerecht zu lackieren. Danach folgen die Belastungstests auf dem Steinfurter Campus der FH Münster.“

Die durch die Bauteilproben gewonnenen Erkenntnisse überträgt sie dann auf reale Maschinenkomponenten, die von den beteiligten Maschinenherstellern vorgeschlagen werden. „Diese haben Modellcharakter für den Landmaschinenbau und sollen die Umsetzbarkeit in die Praxis hinsichtlich Konstruktion und Fertigung demonstrieren.“

Im Februar ist das Projekt gestartet. „Wir wollen durch Fakten darlegen, dass die Qualität durch das Kleben genauso gut ist wie die durch das Schweißen“, sagt Laubrock. Verschiedene Herausforderungen gebe es dabei zu bewältigen, darunter zum Beispiel die Beständigkeit gegenüber Korrosionsbelastung. „Wir prüfen aggressive landwirtschaftstypische Medien wie Jauche, Gülle und Düngemittellösungen in ihrer Wirkung.“ Bis April 2019 läuft das Projekt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) gefördert wird.

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