Beschreibung
Das Kleben ist aufgrund der nahezu beliebig zu gestaltenden Fügenaht eine geeignete Fügetechnik zur Herstellung von Leichtbau-Komponenten aus Stahlblech und wird bereits in großem Umfang in der Serienfertigung von Automobilen und anderen Fahrzeugen eingesetzt. Die Praxis zeigt jedoch, daß die Aushärtung der bevorzugt verwendeten einkomponentigen Klebstoffe in Lacktrocknungsöfen Eigenspannungen in der Klebnaht hervorruft, welche zu Bauteilverformungen, das heißt zu optischen Mängeln (Abzeichnungen), aber auch zu Festigkeitsverlusten führen.
Das Auftreten von fertigungsbedingten Bauteildeformationen ist auf das örtliche und zeitliche Temperaturfeld in den Fügepartnern während der Aushärtung der warmhärtenden Klebstoffe zurückzuführen. Dabei sind zwei Deformationsmechanismen zu unterscheiden. Zum einen führt die thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion und die reaktionsbedingte Dichtezunahme des Klebstoffs zu Deformationen im Klebnahtbereich. Zum anderen können Relativbewegungen der Fügepartner während des Ofendurchlaufs, die durchaus die Größenordnung von mehreren Millimetern annehmen können, durch das Fortschreiten der Klebstoffaushärtung eingefroren werden. Um die bei der Warmaushärtung von einkomponentigen Reaktionsklebstoffen stattfindenden Vorgänge im Detail verstehen und Maßnahmen zur Minimierung von resultierenden Bauteilverformungen ableiten zu können, wurden Laborprüfmethoden entwickelt, mit denen die verschiedenen Effekte weitestgehend getrennt voneinander betrachtet werden können. Aus den an den Laborprüfkörpern gewonnenen Erkenntnissen wurde zunächst ein bauteilähnlicher Prüfkörper entwickelt, der sich an die Komplexität von Serienbauteilen annähert und eine breite Variation der konstruktiven Gestaltung der Fügezone erlaubt. Durch Versuche an Serienbauteilen wurden die Erkenntnisse schließlich verifiziert.
Die Untersuchungen am realitätsnahen Probekörper und an den Serienbauteilen zeigen eindeutig, daß zur Vermeidung von Abzeichnungen die ganzheitliche Betrachtung des Systems aus Bauteil, Klebstoff und Härtungsprozeß unerläßlich ist. Die Art der aus dem Temperierungsprozeß resultierenden Bauteilverformung ergibt sich aus dem Zusammentreffen verschiedener geometrie- klebstoff- und prozeßspezifischer Randbedingungen.
Als wesentliches Ergebnis wurde eine Checkliste aufgestellt, welche für charakteristische Problemfälle spezifische Lösungsvorschläge bereitstellt. Die Checkliste beschreibt die Entstehungsmechanismen, das Schadensbild und die vorgeschlagenen Abhilfemaßnahmen. So kann zum einen bereits in der Konstruktionsphase durch eine klebge rechte Gestaltung von Stahlbauteilen der Entstehung von Abzeichnungen entgegengewirkt werden und zum anderen bei bereits bestehenden Bauteilen und Prozessen eine Minimierung von Abzeichnungen durch entsprechende Optimierungsmaßnahen erreicht werden.
Das abzeichnungsfreie Kleben eröffnet insbesondere höherfesten Stahlblechen geringer Stärke Einsatzmöglichkeiten in Leichtbaukonstruktionen, bei denen punktförmige Verbindungsverfahren nur eine unzureichende Werkstoffausnutzung ermöglichen, bzw. nur eine begrenzte Punktschweißeignung des Werkstoffs gegeben.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.
Veröffentlichung:
2000
Autoren:
Prof.Dr.-lng. O. Hahn, Dipl.-Ing. G. Meschut, Dipl.-Ing. M. Eis
