Lösbare Klebverbindungen unter Einsatz niedrigschmelzender Metalllegierungen

In der Kreislaufwirtschaft werden Produktion und Verbrauch optimiert, indem bestehende Materialien und Produkte wiederverwendet und so möglichst lange genutzt werden. Insbesondere bei Klebverbindungen gibt es jedoch Herausforderungen hinsichtlich einer effektiven Trennstrategie. Diese muss sowohl ein schnelles und einfaches Trennen ermöglichen als auch eine zuverlässige Verbindung über den gesamten Lebenszyklus gewährleisten.

Ein neuer Ansatz nutzt niedrigschmelzende Metalllegierungen (LMA), um Trennschichten in Klebungen zu integrieren. Diese innovativen Schichten besitzen eine thermisch schaltbare Verbindung, deren Eigenschaften flexibel an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasst werden können. Die LMA können entweder als Beschichtung auf den Fügepartnern oder eingebettet im Klebspalt verwendet werden – sei es als metallische Folie oder durch Kunststofffolien-getragene Filme. Dadurch lässt sich die Verbindung mit handelsüblichen Klebstoffen realisieren, ohne dass spezielle Formulierungen erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil dieser Strategie liegt darin, dass man bei der Auswahl der Klebstoffe nicht nur auf Schmelzklebstoffe beschränkt ist. Das Verfahren ermöglicht einen zerstörungsfreien Ansatz beim erneuten Fügen; so konnten dieselben mechanischen Kennwerte wie bei der Erstklebung erreicht werden.

Um die Vergleichbarkeit zwischen Erst- und Zweitklebungen zu belegen, wurden umfangreiche Beständigkeitsprüfungen durchgeführt, darunter Wasserlagerung, Salzsprühnebelprüfung und Kataplasmalagerung. Die Thermische Trennung erfolgt durch Wärmeeintrag mittels Konduktion, Strahlung und Konvektion sowie durch elektromagnetische Anregung in die Klebverbunde. Bei Erreichen der Schmelztemperatur der LMA konnten diese prozesssicher getrennt werden.

Die gewonnenen Ergebnisse fließen in einen Praxisleitfaden ein, der Konstrukteure dabei unterstützt, lösbare Klebverbindungen mit niedrigschmelzenden Metalllegierungen optimal auszulegen. Dieser Leitfaden fördert nicht nur nachhaltige Praktiken in der Industrie, sondern trägt auch aktiv zur Umsetzung von Kreislaufwirtschaftsmodellen bei. 

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 05/22 bis 10/24 an der Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Arbeitsgruppe Werkstoff- und Oberflächentechnik (Erwin-Schrödinger-Str. Geb. 58, 67663 Kaiserslautern, Tel.: 0631/205-4117) unter der Leitung von Dr. Melanie Schumann (Leiter der Forschungseinrichtung: Prof. Dr. Paul Ludwig Geiß) und der Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM (Wiener Str. 12, 28359 Bremen, Tel.:0421/2246-451) unter der Leitung von Dr. Thorsten Fladung (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr. Bernd Mayer).