Forschung
Prof. Dr.-Ing. Tim Michael Wibbeke, Dr. Aurélie Bartley und Nick Chudalla (v.l.) im Gespräch beim AiF-Innovationsdialog - Foto: AiF
11.01.2024

Forschung bei Stahlklebeverbindungen

Ein modernes Auto enthält 15 bis 18 Kilogramm Klebstoff, der wertvolle Stahlbauteile zusammenfügt. Hochfeste Stahlklebverbindungen materialerhaltend zu trennen, ist aufgrund der hohen Festig- und Zähigkeiten sowohl der Stahlwerkstoffe und auch der Klebstoffe eine große Herausforderung.

Das Forschungsteam Prof. Dr.-Ing. Tim Michael Wibbeke und Dr. Aurélie Bartley vom Lehrgebiet Fertigungstechnologie Mechatronik der Hochschule Hamm-Lippstadt sowie Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut und Nick Chudalla vom Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn hat eine „eiskalte“ Lösung entwickelt.

Die Wissenschaftlerin und Wissenschaftler gehören zu den drei Finalistenteams für den Otto von Guericke-Preis 2023. Die Ergebnisse ihres Forschungsprojektes mit dem Titel „Analyse des Versagensverhalten geklebter Stahl-Verbindungen bei werkstoffschonenden Entfügen in der Karosserieinstandsetzung“ machen nachhaltige kreislaufwirtschaftliche Prozesse nicht nur in der Fahrzeugreparatur möglich.

Das Forschungs- und Transfernetzwerk AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. vergibt den mit 10.000 Euro dotierten Preis seit 1997 an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für besondere Innovationsleistungen auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit öffentlichen Mitteln gefördert wird.

Insbesondere im Automobilbau ist das Kleben als Fügetechnologie nicht mehr wegzudenken - von Leichtbaukarosserien, über Sicherheitsgläser bis hin zu Traktionsbatterien. Neun Prozent der gesamten jährlichen Klebstoffproduktion entfallen mittlerweile auf die Fahrzeugbranche.

Während Klebverbindungen für Produktion, Betrieb und auch bei einem Crash klare Vorteile bieten, bereiten sie bei Karosserieinstandsetzung jedoch große Probleme. Diese Probleme und diese Klebverbindungen haben die Forschenden jetzt erfolgreich gelöst.

Das neue „Heiß“ ist „Eiskalt“

Schweißpunkte an Karosseriestrukturen werden mit Spezialfräsen entfernt und Nieten herausgedrückt.

Wibbeke erklärt:
„Hochfeste, crashstabile Klebverbindungen mussten bislang bei relativ hohen Temperaturen von 350 bis 500 Grad Celsius, zum Beispiel mit einem speziellen Heißluftfön und mit Karosseriemeißeln, aufwendig entfügt werden.“

Bauteile, die eigentlich in die Wiederverwendung gehen sollten, wurden durch die mechanische Beanspruchung deformiert.

Meschut ergänzt:
„In Karosseriestrukturen haben wir häufig Mehrlagenverbindungen – das heißt, es sind mehrere Klebschichten übereinander angeordnet. Durch die hohen Temperaturen werden die darunterliegenden Klebschichten thermisch geschädigt.“

Dieses Verfahren ist weder kostengünstig noch nachhaltig. Im Rahmen des IGF-Projektes wurde daher nach einem neuartigen Ansatz gesucht, Klebverbindungen mittels tiefer Temperaturen schnell, einfach und nachhaltig sowie bauteilschonend zu lösen.

Die Wissenschaftlerin und Wissenschaftler ermittelten zunächst die Parameter, unter denen die Klebstoffe „effizient und kraftarm“ und ohne Verformung der Bauteile entfügt werden können.

Bartley hebt hervor:
„Wir konnten zeigen, dass bei einer kurzzeitigen Abkühlung von zirka minus 60 Grad Celsius die Werkstoffeigenschaften unbeeinflusst bleiben.  Das macht unser Verfahren besonders schonend und gut geeignet für die Kreislaufwirtschaft der Karosserieteile.“

Aufbauend auf diesen Forschungsergebnissen setzte das Team einen Demonstrator ein, der auf einer Trockeneisstrahlanlage basiert.

Chudalla beschreibt den Prozess zur Vorbereitung des materialschonenden Entfügens:
„Zur besseren Kälteeinbringung wurde ein Gemisch aus CO2 und Ethanol verwendet. Das verweilt auf dem Bauteil und kühlt die darunterliegende Klebschicht ab.“

„Extrem wirtschaftlich und nachhaltig“

Innerhalb von IGF-Projekten forschen Wissenschaft und Wirtschaft immer gemeinsam. Mittelständische Unternehmerinnen und Unternehmer bringen ihre langjährige Expertise aus der Praxis ein und sind ein Garant für anwendungsnahe und vor allem bedarfsgerechte Forschung.

Peter Vogel, Geschäftsführer der Vogel GmbH & Co. KG - Karosserie und Lackiercenter, und seine Mitarbeiter verwenden das Kaltentfügeverfahren seit April 2022. Der Unfallreparaturspezialist fasst die Wirkung der Forschungsergebnisse zusammen:
„Für uns ist eine effiziente, nachhaltige, schnelle Reparatur von Multimaterialmix-Karosserien extrem wichtig. Bei dem Kaltentfügeverfahren werden bestehende Strukturen entsprechend geschont und wir können damit eine schnellere und saubere Reparatur generieren. Das ist für uns extrem wirtschaftlich und nachhaltig.“

Dieses Projekt sei ein hervorragendes Beispiel dafür, wie anwendungsorientierte Gemeinschaftsforschung im vorwettbewerblichen Bereich für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) funktioniert, schätzt Rainer Salomon, Geschäftsführer der AiF-Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. – FOSTA ein.

Er erklärt:
„Allein über den Zentralverband Fahrzeug- und Karosserietechnik erreichen wir über 3.200 Unternehmen mit den IGF-Ergebnissen, die diese jetzt auch wirklich anwenden können. Da sie großserientauglich sind, bedeutet dies große Vorteile im Werkstoffkreislauf.“

Überall wo Stahl eingesetzt wird, könne das neue Entfügeverfahren ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit steigern.

(Quelle: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.)

Schlagworte

AutomobilBMWBundCO2ErgebnisEUForschungForschungsprojektFostaIndustrieINGInnovationKlimaKlimaschutzKreislaufwirtschaftLeichtbauNachhaltigkeitProduktionReparaturSHSStahlStahlanwendungStahlbauStahlwerkStrahlanlageTechnikTemperaturUnternehmenUSAWerkstoffWerkstoffeWettbewerbWirtschaft

Verwandte Artikel

Salzgitter Flachstahl hat in eine Modernisierung der Automatisierung von Primetals Technologies für einen Teil der Warmwalzlinie investiert.
24.04.2024

Brammenstauchpresse bei Salzgitter Flachstahl modernisiert

Die Salzgitter Flachstahl hat Primetals Technologies mit einer Modernisierung der Leistungselektronik für die Brammenstauchpresse im Warmwalzwerk Salzgitter beauftragt.

Antrieb Automatisierung Blech Bramme Direktumrichter Essen EU Flachstahl Gesellschaft Inbetriebnahme Konverter Optimierung Presse Pressen Primetals Produktion Salzgitter Salzgitter Flachstahl Schmelze Schmelzen Stahl Technik Umrichter Unternehmen USA Walzwerk Warmband
Mehr erfahren
Thomas Peinkofer, Geschäftsführer AICHELIN Service GmbH und Marco Greifeneder, Head of Operations AICHELIN Service GmbH
24.04.2024

ISO 14001:2015-Zertifizierung für Umweltmanagement-System erteilt

Die AICHELIN Service GmbH mit Sitz in Ludwigsburg hat im Frühjahr 2024 erfolgreich die Zertifizierung nach dem weltweit anerkannten Standard ISO 14001:2015 für ihr umfass...

Aichelin Entwicklung EU Handel ING Logistik Managementsystem Nachhaltigkeit Optimierung Service Umwelt Umweltschutz Unternehmen
Mehr erfahren
(v.l.n.r.) Sandrina Sieverdingbeck, Geschäftsführerin DEUMU (Deutsche Erz- und Metall-Union GmbH); Holger Kreetz, Uniper SE COO; Gunnar Groebler, Salzgitter AG CEO; Christian Stuckmann, Uniper SE VP Business Development Hydrogen
23.04.2024

Salzgitter AG und Uniper kooperieren bei grünem Wasserstoff

Die Salzgitter AG und die Uniper SE haben einen Vorvertrag über die Lieferung und Abnahme von grünem Wasserstoff unterzeichnet. Dieser soll in der von Uniper geplanten Gr...

CO2 Dekarbonisierung Deutschland Direktreduktion Elektrolyse Emissionen Energie Erdgas EU Hochofen Inbetriebnahme Industrie ING KI Klima Klimaziel Klimaziele Kooperation Lieferung Offshore Partnerschaft Produktion Produktionsprozess Reduktionsmittel Stahl Stahlindustrie Stahlproduktion Strategie Transformation Uniper Unternehmen Vereinbarung Wasserstoff Wilhelmshaven Windpark
Mehr erfahren
Bundeskanzler Olaf Scholz, Ministerpräsident von Norwegen Jonas Gahr Støre und CEO der Salzgitter AG Gunnar Groebler bei der Eröffnung des HMI
23.04.2024

Salzgitter AG launcht Grünstahlmarke SALCOS

Die Salzgitter AG möchte mit der Einführung seiner Grünstahlmarke SALCOS® seine Kunden dabei unterstützen ihre Wertschöpfungsketten nachhaltig und transparent zu dekarbon...

Automobil Bauwesen CO2 CO2-Emissionen Dekarbonisierung Direktreduktion Elektrolichtbogenofen Emissionen Energie Energiewirtschaft EU Gesellschaft Industrie ING Klima Lichtbogenofen Messe Nachhaltigkeit Schrott Stahl Transformation Umwelt Unternehmen Wirtschaft WV WV Stahl Zertifikat
Mehr erfahren
Schrottverarbeitung bei BSW
23.04.2024

BDSV fordert Berücksichtigung bei neuem Klimaschutzgesetz

Der Bundesverband der Deutschen Stahlrecycling- und Entsorgungsunternehmen äußert Bedenken gegenüber dem vorgeschlagenen Klimaschutzgesetz und fordert spezifische Anpassu...

ABB Anpassung Bund CO2 DSV Emissionen Entwicklung EU ING KI Klima Klimapolitik Klimaschutz Klimaziel Klimaziele Kreislaufwirtschaft Politik Recycling Stahl Unternehmen Wirtschaft
Mehr erfahren