ZKF-Jahresmagazin 2023

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: TECHNIKTrennen von Klebeverbindungen mittels KälteDie geklebten Blechverbindungen in Neufahrzeugender Hersteller sind in den letzten Jahren kontinuierlichgestiegen. Muss ein verklebtes Bauteilgewechselt werden, kommt derzeit meist Wärmezum Einsatz, um die Klebeverbindung zu schwächenund so die benötigten Kräfte zum Trennen zuverringern.Problematisch sind hierbei vor allem mehrlagigeKlebeverbindungen, bei denen nur die ÄußereBlechlage gewechselt werden muss. Durch die eingebrachteWärme werden meist auch die Klebeverbindungendarunter geschädigt und dauerhaftgeschwächt.Die FOSTA (Forschungsvereinigung Stahlanwendunge.V.) hat nun in einem Forschungsprojekt, dasmit der Hochschule Hamm-Lippstadt (HSHL) unddem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnikder Universität Paderborn durchgeführt wurde, einenanderen Ansatz gewählt und versucht, die Versprödungder Klebstoffe bei tiefen Temperaturen(ab –40 °C) zu nutzen, um die Trennkräfte beimEntfügen zu verringern.Das Projekt wurde bewusst nicht für industrielleAnwendungen abgestimmt, sondern legt denFokus auf die Reparatur und Instandsetzung vongeklebten Fahrzeugstrukturen, welche zum großenTeil in kleinen und mittelgroßen Unternehmendurchgeführt werden.Die VersucheIn Versuchen zeigte sich die Versprödung desKlebstoffes durch tiefe Temperaturen für ein bauteilschonendesTrennen als sehr vielversprechend.Die Strukturklebstoffe zeigen einen sekundärenGlasübergang unterhalb der üblichen Einsatztemperaturvon –40 °C. Dieser ist auf die zähelastifizierendenPartikel im Klebstoff zurückzuführen.Unter der Glasübergangstemperatur versteht mandie Temperatur unterhalb der Polymere, zu denenauch viele Kunststoffe und Klebstoffe gehören,von ihrem gummielastischen, flexiblen Zustandin einen glasigen, spröden Zustand übergehen.Die Hypothese, dass eine Abkühlung unterhalb diesessekundären Glasübergang die Energieaufnahmedes Klebstoffes stark herabsetzt und dadurchein bauteilschonendes Entfügen realisiert werdenkann, wurde in der Studie bestätigt. Die Möglichkeitenund Grenzen dieses Verfahrens konnte erfolgreichuntersucht werden.Es wurden alle gängigen, am Markt befindlichenStrukturklebestoffe auf ihre Eignung zum Entfügenmittels Kälte überprüft. Die Versuche habengezeigt, dass Temperaturen von –50 °C bis –60°C ideal sind, um die Klebeverbindungen mit möglichstgeringem Kraftaufwand zu trennen.Generell lässt sich sagen, dass durch das Einbringenvon Kälte die Verbindung leicht und sicher getrenntwerden kann. Nach wieder erfolgtem Aufwärmender Bauteile hat sich gezeigt, dass die nichtgetrennten Verbindungen der darunter befindlichenBlechlagen und die verklebten Bleche durch die tiefenTemperaturen deutlich weniger, bis gar nicht,entgegen dem Entfügen bei hohen Temperaturen,negativ in Ihrer Festigkeit beeinflusst wurden.Werkzeug für die PraxisIm Anschluss an die Versuchsreihen wurde einhandgeführter Prototyp (Demonstratorwerkzeug)auf Basis eines modifizierten CO 2-Strahlgerätes(Trockeneis) entwickelt und in der Praxis getestet.Mit dem entwickelten Demonstrator konnte dieKlebnaht sicher innerhalb weniger Sekunden übereine Flanschlänge von 60 mm auf eine Temperaturvon unter –60 °C abgekühlt werden. Andere Kühlmedien,wie z. B. flüssiger Stickstoff ( –195,8 °C),schieden wegen des problematischen Handlings,des Gefahrenpotentials und der Verfügbarkeit aus.Im weiteren Verlauf der Studie wurde der Demonstratorzum Austrennen eines Schwellers aneinem Fahrzeug eingesetzt. Der Entfügevorgangdieser Klebfläche dauerte ca. 40 Sekunden. Dabeikonnten die Bauteile ohne sichtbare plastischeVerformungen getrennt werden. Dies ist für dieweitere Verwendung des Schwellers von großerBedeutung. In einem weiteren Versuch wurde eineFlanschlänge von 520 mm in einer Zeit von etwa35 Sekunden getrennt. Der Schweller blieb dabeivollständig unverformt und unbeschädigt.Derzeit sind zum Entfügen mittels Kälte noch zweiPersonen erforderlich. Eine Person kühlt punktuelldas Bauteil ab, während die zweite Person direkt imAnschluss die Naht mittels eines Meißels auftrennt.Hier sehen die Studienbeteiligten noch Potential zurWeiterentwicklung. Das Entfügen mit Hilfe des entwickeltenDemonstrators erfordert eine gewisseVorbereitungszeit. Wenn die entsprechenden GeräteEinsatzbereit sind, geht der Entfügevorgangjedoch sehr schnell und mühelos vonstatten.52ZKF-Jahresmagazin 2023
Im Versuch mit einer bauteilähnlichen Probe vergingenvom Einschalten der Kühlung bis zur vollständigenTrennung eines 500 mm langen Flanschesweniger als 60 Sekunden.Weitere Entwicklung bis zur SerienreifeFür die weitere Entwicklung dieser Technologiesind die folgenden Dinge zu beachten: Zum einendie Entwicklung einer Gerätetechnik und zum anderendie Einführung der Methode im Markt. AufBasis des Demonstratorwerkzeuges ist eine praxistauglicheProduktentwicklung denkbar.Die beiden dabei zu lösenden größten Problemesind die hohe Lautstärke, welche im Betrieb desDemonstratorwerkzeuges auftrat, und die Kontaminationder Werkstattatmosphäre durch CO 2undEthanol. Somit ist bei der Anwendung auf Gehörschutzund ausreichende Lüftung zu achten. Zwischenzeitlichwurde der Prototyp zur Vorserienreifeweiterentwickelt. Die ersten Karosseriefachbetriebeaus den technischen ZKF-Ausschüssen testen aktuelldie ersten Maschinen in der täglichen Praxis,so dass mit einer baldigen Markteinführung zurechnen ist.Im nächsten Schritt sollte für die Anwendung in denReparaturwerkstätten die Implementierung dieserTrennmethode seitens der Automobilhersteller inden entsprechenden Reparaturleitfäden vorgenommenwerden.Neben der Reparatur von strukturellen Verbindungenin der Fahrzeuginstandsetzung zeigten die erzieltenErgebnisse eine gute Übertragbarkeit aufMontageklebstoffe aus anderen Bereichen (z. B.Trennen der Verklebungen bei HV-Batterien). Diesschließt auch die Anwendung auf andere Handwerkenicht aus.Am projektbegleitenden Ausschuss waren diefolgenden Firmen beteiligt:• 3M Deutschland GmbH, Neuss• Adam Opel AG, Rüsselsheim• ArcelorMittal S.A., Montataire Cedex• Ashland Speciality Ingredients ValvolineDeutschland BV, Düsseldorf• BMW AG, München• Daimler AG, Böblingen• Dr. Lappe & Niemeier Profiltechnik, Paderborn• DuPont Transportation Industrial, Freienbach• Ford-Werke GmbH, Köln• Karosserie und Lackiercenter Vogel, Brilon• Kömmerling Chemische Fabrik GmbH,Pirmasens• Kumpf Schweißtechnik GmbH, Lennestadt• Heggemann AG, Paderborn• Henkel AG & Co. KGaA, Heidelberg• Inometa GmbH, Herford• Ktd GmbH, Calw• mycon GmbH, Bielefeld• Niggemeyer GmbH, Paderborn• Outokumpu Nirosta GmbH, Krefeld• Porsche AG, Ludwigsburg• Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH,Salzgitter• Sika Schweiz AG, Zürich• Toconus Fachkompetenz Kleben, München• Voestalpine Stahl GmbH, Linz• Volkswagen AG, Wolfsburg• WKW Engineering GmbH, Wuppertal• Zentralverband Karosserie- und Fahrzeugtechnike.V., Friedberg - MZZKF-Jahresmagazin 2023 53
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