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12.Kooperationsforum:
Kleben im Automobilbau
Kleben wird immer wichtiger, gerade im Automobilbau. Der Wunsch nach immer weiterer Gewichtsreduzierung führt zu Werkstoffen, die nur noch durch Kleben mit sich selbst bzw. mit anderen Werkstoffen gefügt werden können. Weil die Bedeutung dieses Fügeverfahrens so zunimmt, hat die Bayern Innovativ, Nürnberg, jüngst das Kooperationsforum Kleben zum 12. Mal abgehalten.
Geklebt wird in vielen Branchen. Führend ist die Branche Papier und Verpackung mit 35 % am deutschen Klebstoffmarkt. Ihr folgt das Bauhandwerk mit 19 % und dann kommt schon der Fahrzeugbau mit 17 %.
Hierzulande wurden 2012 rund 868.000 Tonnen Klebstoff produziert und damit ein Umsatz von 3,4 Mrd. Euro erzielt. „Die damit produzierten Produkte übrigens erbrachten das 10-fache an Einnahmen, nämlich rund 300 Mrd. Euro“, wie Prof. Dr. Andreas Groß vom Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, berichtete. Der Markt wächst weiter, 2012 waren es 3,5 %, für 2013 sind ebenfalls rund 3,5 % prognostiziert.
Ohne Kleben kein Leichtbau
Nachhaltigkeit wird im Automobilbau insbesondere mit dem verringerten Fahrzeuggewicht und reduziertem CO2-Ausstoß in Verbindung gebracht. Durch den Einsatz geklebter, hochsteifer Strukturen kann das Fahrzeuggewicht erheblich reduziert werden. Zur Realisierung innovativer Leichtbaukonzepte setzen Hersteller daher verstärkt auf Klebstofftechnologien. ein Auto enthält heute schon rund 15 - 18 kg Klebstoff - Tendenz steigend.
 Klebstoffauftrag durch einen Roboter.
Das Dosiersystem kommt von SCA, ein Unternehmen, das für erstklassige
Klebesysteme und Dosiertechnologe steht. Werkbild: DOW Automotive Systems
Darüber hinaus kann die Klebtechnik einen wesentlichen Beitrag zur „grünen“ Produktion leisten. Durch mehr Effizienz von Produktionsprozessen können Ressourcen intelligenter genutzt und Kosten eingespart werden. Automatisierte Prozesse im Klebstoffauftrag beziehungsweise -abtrag reduzieren die Taktzeit und die Stückkosten. Weiterhin gewährleisten Applikations- und Bearbeitungssysteme eine optimale, reproduzierbare Prozessführung und eine konstante Qualität der Klebstoffapplikation. Besonders wichtig für sichere und robuste Klebeprozesse und somit auch für die Effizienz des Gesamtprozesses sind ein umfassendes Qualitätsmanagement und die Personalqualifizierung.
Das liest sich leicht, ist aber schwer zu machen. Ein Auto, z. B. ein Elektroauto, wie der i3 von BMW, das in wesentlichen Teilen aus CFK-Werkstoffen besteht, hat zwar auch 4 Räder und einen Lenker, ist aber sonst etwas ganz anderes, wie ein konventionelles Fahrzeug.
Dank der automatischen Applikation von Klebstoffen durch Roboter kann
ein Optimum an Wirtschaftlichkeit beim Kleben erreicht werden. Werkbild: EFTEC
Das beginnt bei der Konstruktion, geht über die Berechnung und Simulation zur Produktion und Montage. Alles muss neu erdacht und neu gemacht werden.
„Man kann die alten Fertigungshallen, in denen heute ein konventionelles Fahrzeug produziert wird, nicht morgen für die Produktion eines Autos aus CFK-Teilen verwenden“, machte Jürgen Kempf von der BMW AG klar. Für die Konstruktion kann gesagt werden, dass sie für CFK-Teile nur noch im Kontext mit der Berechnung gesehen werden kann. Beides muss Hand in Hand gehen, wie unsere Anwender-Reportage bei der Firma Caterham in Köln zeigte, die bezüglich der Berechnung sehr eng mit Altair zusammenarbeitet.
Kohlefaserteile berechnen und optimieren: Mit Hyperworks gelingt es gut
Die Kompetenzen dafür müssen erarbeitet werden, da Konstrukteure, die bisher vornehmlich mit metallischen Werkstoffen zu tun hatten, nicht ohne Zusatzqualifizierung so einfach umsteigen können. Das trifft natürlich auch für die nachfolgenden Betriebsstufen zu. Nicht zu vergessen die Zusammenarbeit mit Partnern, die ebenso entsprechend angepasst werden muss.
 Life - und Drive- Modul zukünftiger Autos werden verklebt,
wie Jürgen Kempf von BMW bei seinem Vortrag in Nürnberg zeigte.
Weiterbildung und Technologietransfer bietet u. a. das genannte Fraunhofer Institut in Bremen gerne an.
www.ifam.fraunhofer.de
Trends
Schon heute, wie gesagt, werden routinemäßig etliche Teile auch in konventionellen Autos durch Kleben gefügt. Dazu zählen Scheiben wie auch etliches im Bereich Interieur. Zunehmend wagen sich die Hersteller aber auch an Strukturteile heran. Dass es prinzipiell geht, zeigen Rennfahrzeuge. Selbstverständlich haben Großserien dann nochmals ganz andere Anforderungen, die aber wohl ebenfalls mittlerweile als machbar gelten.
Ein Trend ist ganz klar die Multimaterialverarbeitung. Stahl, Aluminium, weitere Leichtmetalle und eben Kunststoffe. Das reine Kunststoffauto wird es - zumindest in Großserie - erst einmal nicht geben. Mehrere Materialien im Fahrzeug bringen die Lösung. Und die eleganteste Lösung für die Verbindung von z. B. Aluminium und Kunststoffen ist das Kleben. Ja, so etwas kann man auch durch Schrauben zusammenzwingen, dafür aber müssen in das Kunststoffteil Löcher gebohrt werden. Dies mindert natürlich die Festigkeit wesentlich. Zudem besteht bei der mechanischen Bearbeitung die Gefahr, dass sich die Schichten des faserverstärkten Materials lösen (entlaminieren).
„Kleben“, so Jürgen Kempf, „belässt den Kunststoffteilen weitgehend ihre Eigenschaften.“
Ein weiterer Trend ist es, Kleber zu entwickeln, die bei Raumtemperatur aushärten und somit das Wärmemanagement vereinfachen. Zudem wird versucht, laufend den „Giftanteil“ im Kleber zu reduzieren, z. B. durch Klebstoffe auf Wasserbasis.
 Gaben Informationen und beantworteten Fragen beim Kooperationsforum Kleben im Automobilbau
(v.l.n.r.): Prof. Dr. Andreas Groß, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, IFAM,
Dr. Kord Pannkoke, Bayern Innovativ und Jürgen Kempf, BMW AG.
Ein großes Thema ist die Qualitätssicherung und der Aufbau durchgängiger Qualitätsmanagementsysteme. Wie beim Schweißen, ist es beim Kleben heute nicht durchgängig möglich, alles zerstörungsfrei zu prüfen.
Die Wissenschaft arbeitet an Haftklebstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe, wie Wiebke Maassen vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik der Technischen Universität Karlsruhe vortrug. Es wurde und wird untersucht, wie sich Haftkleber auf Basis von Monomeren aus heimischen nachwachsenden Rohstoffen (Stichwort Bioöle) herstellen lassen.
Generell plädiert Prof. Dr. Groß dafür, bei neuen Klebstoffen auf die Natur zu schauen bzw. von der Natur etwas abzuschauen. Er nennt das Beispiel der Miesmuschel, die in der Lage ist, unter Salzwasser sich an unterschiedlichen Materialien ein Leben lang festzukleben. „Wir werden bis 2018 hier wesentliche Schritte voran gehen“, sagte er in Nürnberg.
12. Kooperationsforum Kleben im Automobilbau
• Erneut über 100 Teilnehmer
• Teilnehmer aus der gesamten automobilen Wertschöpfungskette und vieler weiterer Branchen
• Automobilhersteller, Zulieferer, Klebstoffproduzenten, Maschinenbau ...
• (AUDI, BMW, Brose, Schäffler, Eurocopter, Dürr, Krauss Maffei, BASF, 3M,...)
• seit 2001 initiiert von Bayern Innovativ GmbH / Nürnberg und Fraunhofer IFAM / Bremen
• Zielsetzung: Initiierung von Innovationen und Kooperationen („Open Innovation“)
• => nachhaltige Entwicklungen erfordern branchen- und technologieübergreifende Ansätze
• Kleben ist eine Querschnittstechnologie
• => hohe Relevanz für zahlreiche Branchen
• Automobilindustrie ist Treiber (hohe Anforderungen an Sicherheit, Produktion hoher Stückzahlen, Kosteneffizienz, etc.)
• => großes Potenzial für Technologietransfer
www.cluster-automotive.de
Zu unserem Forum, Kleben, auf cad.de
- Karl Obermann –
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