Ist es möglich, ein Auto mit Klebstoff zusammenzubauen?

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Viele Autohersteller, einschließlich BMW, haben anstelle von Schrauben oder Schweißnähten Autokonstruktionsklebstoffe verwendet, um Kunststoffverkleidungen an Fahrzeugen anzubringen. Sehen Sie sich unsere Bildergalerie für Automotoren an. Johannes Simon / Getty Images

Wenn Sie sich das Fließband in einem Au-to-Werk vorstellen, stellen Sie sich wahrscheinlich Schweißmaschinen, Nieten, Bolzen und Schrauben vor, die alle Teile eines Autos miteinander verbinden. Es könnte Sie überraschen, dass viele Autohersteller Klebstoff verwenden, um einige Teile moderner Fahrzeuge miteinander zu verbinden. Dies ist nicht die Art von Kleber, die Sie im Rucksack eines Schulkindes finden, oder die Art von Autokleber, die Sie zum Zusammenbau eines Kunststoffmodells verwenden könnten - Autokonstruktionsklebstoffe sind fortschrittliche Materialien, sogenannte Epoxide, die zum Verkleben angepasst werden können fast jede Oberfläche und ertragen eine Vielzahl von Temperaturextremen.

Die Verwendung von Klebstoff in der Autoherstellung ist keine Möglichkeit, Ecken zu schneiden oder ein minderwertiges Auto herzustellen. Moderne Klebstoffe bieten gegenüber herkömmlichen Methoden zur Befestigung zweier Teile viele technische Vorteile. Tatsächlich bilden Klebstoffe normalerweise eine stärkere Bindung als die Materialien, die sie miteinander verbinden. Klebstoffe könnten der Schlüssel zum Bau leichterer und effizienterer Autos sein. Wenn neue Materialien wie Carbon-Verbundwerkstoffe verwendet werden, könnten Klebstoffe die einzige Möglichkeit sein, sie zu verkleben, da Kohlefaserplatten nicht miteinander verschweißt werden können.

Natürlich sind Autoklebstoffe nicht perfekt - es gibt einige Umweltprobleme und einige Anwendungen, für die sie einfach nicht sehr gut funktionieren. Welche Klebstoffe eignen sich am besten für die vielen verschiedenen Teile eines Autos? Und wie wird der Einsatz von Klebstoffen die Autoindustrie verändern? Werden wir infolgedessen weniger teure Autos sehen? Wenn ja, sind sie sicher? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Diese Heckscheibe wird vor dem Aufsetzen auf ein Dodge Calibre mit Klebstoff beschichtet. Mary Knox Merrill / Der Christian Science Monitor / Getty Images

Das Auftragen von Klebstoff in der Autoherstellung ist ein etwas komplizierterer Prozess als nur auf etwas Kleber aufzutragen und die beiden Teile zusammenzuhalten. Zum einen werden Automobil-Strukturklebstoffe aus sogenannten Chemikalien hergestellt Epoxide. Ein Epoxid besteht aus zwei Teilen, einem Harz und einem Katalysator. Wenn die beiden Komponenten kombiniert werden, startet der Katalysator eine chemische Reaktion im Harz und das Harz entwickelt seine Bindungseigenschaften, wenn das Gemisch aushärtet. Die Aushärtezeiten für das Epoxid können von wenigen Minuten bis zu einem Tag oder sogar länger reichen. In einigen Fällen kann das Aushärten durch Backen oder eine andere Form der angewendeten Wärme unterstützt werden. Einige Epoxide härten sogar mit ultraviolettem Licht aus.

Es gibt zwei Arten von Epoxiden, die üblicherweise verwendet werden: Polyurethan-Epoxide und Glasmatrix-Epoxide. Glasmatrix-Epoxide sind extrem stark und steif und widerstehen Scheren -- seitliche Trennung der Verbundteile - bei sehr hohen Kräften. Polyurethan-Epoxide sind flexibler, brechen jedoch unter Scherkräften bei viel geringeren Kräften als Glasmatrix-Epoxide. Ein neueres zweistufiges Bewerbungsverfahren wird aufgerufen synergistische Gummihärtung Verleiht hochfesten Epoxiden eine größere Flexibilität, sodass sie unter Belastung weniger leicht brechen [Quelle: Smock].

Eine weitere Komplikation des Klebstoffauftragsprozesses sind die besonderen Anforderungen einer Automobilproduktionslinie. In einigen Fällen müssen Klebstoffe in einer einzigen Charge auf einen ganzen Abschnitt des Fahrzeugs aufgetragen werden. Nachdem einige zusätzliche Teile angebracht und verklebt wurden, muss der Abschnitt möglicherweise gereinigt und lackiert werden, bevor die endgültigen Teile angebracht werden. Der Klebstoff muss an Ort und Stelle bleiben können, wenn er flüssigen Sprays, galvanischer Abscheidung und anderen Montageprozessen ausgesetzt wird. Um die Verwendung teurer Vorhärtungsöfen zu vermeiden, kann diese Härtungsfähigkeit in den Klebstoff eingebaut werden, erfordert jedoch viele Tests und eine beeindruckende Chemie.

Der beste Ort für die Verwendung eines Strukturklebstoffs ist ein Ort, an dem entweder die Hauptkräfte sind Kompression, wo die verbundenen Teile zusammengeschoben werden, oder scheren, wo die Kraft versucht, die verbundenen Flächen gegeneinander zu schieben, wie wenn Sie Ihre Hände zusammenpressen und versuchen, sie auseinander zu schieben.

Strukturklebstoffe sind normalerweise nicht gut zu verwenden, wenn die auf die Verbindung wirkende Kraft die beiden Teile auseinander ziehen würde, da die meisten Klebstoffe schlecht sind Schälfestigkeit. Ein anderer schlechter Ort für einen Strukturklebstoff wäre ein Ort, an dem Kräfte auftreten, die die Verbindung biegen würden, wodurch die Verbindung gespalten und dann abgezogen werden könnte [Quelle: Gilles]..

Zusätzlich zu den Epoxiden werden in bestimmten Bereichen eines Autos auch Urethanschäume verwendet. Diese Schäume haben zwar adhäsive Eigenschaften, werden jedoch eher wegen ihrer Eigenschaften als Dichtungsmittel als als strukturelle Verbindungselemente verwendet.

Autokleber

Für viele Menschen mag der Autokleber auf den Karosserieteilen eines Fahrzeugs nicht in Frage kommen, aber was ist mit dem Verkleben des Motors? Kann ein Autokleber der Hitze und dem Druck standhalten, die Motoren erzeugen können? Ja, Klebstoffe können und werden derzeit in Motoren verwendet. Tatsächlich werden Ventildeckel, Ansaugkrümmer und Ölwannen üblicherweise mit nur wenigen Schrauben und einem Klebematerial befestigt, das eine flüssigkeits- oder luftdichte Dichtung bildet.

Der Tata Nano verwendet Autoklebstoffe, um Karosserieteile zu befestigen - und um das Gewicht zu reduzieren. FABRICE COFFRINI / AFP / Getty Images

Die Verwendung von Klebstoffen hat einige wesentliche Vorteile gegenüber anderen Befestigungsmethoden. Ein Klebstoff verteilt Lasten besser als eine Punktschweißung oder ein Niet. Stellen Sie sich zwei Karosserieteile vor, die mit wenigen Schweißpunkten befestigt sind. Jedes Mal, wenn das Auto auf eine Unebenheit trifft, bewegt sich die Kraft der Unebenheit durch das Auto. Wenn es über diese beiden Karosserieteile läuft, tragen die Punktschweißnähte die gesamte Kraft. Dies führt zu Spannungsbrüchen im Bereich in der Nähe der Schweißnähte. Ein Klebstoff würde es ermöglichen, die Platten über eine größere Oberfläche zu befestigen, wodurch die Kraft effizienter verteilt wird. Eine gute Nahtschweißung würde dasselbe bewirken, außer dass die Schweißnähte so steif sind, dass sie die Kraft nicht sehr gut übertragen. Klebstoffe, insbesondere Polyurethan-Epoxide, können einen Teil der Kraft biegen, absorbieren und den Rest gleichmäßig über die Oberfläche übertragen. Dies ist einer der Gründe, warum Flugzeughersteller seit Jahren Klebstoffe verwenden.

Klebstoffe ermöglichen auch die Verwendung leichterer Strukturmaterialien. Schweißnähte und Bolzen erfordern dicke, schwere Stahlteile, um sie zu verankern. Mit einem Klebstoff kann dünnerer Stahl verwendet werden, oder der Hersteller kann auf alternative Materialien wie Aluminium- oder Kohlenstoffverbundwerkstoffe umsteigen. Diese Materialien können nicht wie Stahl geschweißt werden, daher sind Klebstoffe häufig die beste Option. Der indische Autohersteller Tata reduzierte das Gewicht seines ultrakompakten Nano teilweise durch die Verwendung von Klebstoffen zur Befestigung bestimmter Karosserieteile.

Die Temperatur wirkt sich zwar auf Klebstoffe aus, aber die Epoxidharze, mit denen Autos zusammengebaut werden, schmelzen erst, wenn sie auf 204,4 Grad Celsius oder mehr erhitzt wurden, und sie reißen nicht, bis sie auf minus 40 Grad Fahrenheit abgekühlt sind Grad Celsius). Offensichtlich sind dies extreme Temperaturschwankungen, denen die meisten Menschen in ihrem Leben niemals begegnen würden. Für den durchschnittlichen Fahrer ist die Temperatur keine Sorge.

Das heißt nicht, dass Klebstoffe fehlerfrei sind. Die Autoindustrie verfügt nicht über viele Langzeitdaten zur Verwendung von Klebstoffen, und einige stellen ihre Fähigkeit in Frage, einer Nutzungsdauer von 10 oder 20 Jahren standzuhalten. Strukturklebstoffe werden seit mehreren Jahren von europäischen Herstellern verwendet, daher wächst das Vertrauen in die Langlebigkeit von Klebstoffen.

Es gibt einen möglichen negativen Nebeneffekt bei der Verwendung von Klebstoffen - teurere Reparaturen. Wenn ein klebstoffgebundenes Bauteil bricht, verfügen die meisten Reparaturwerkstätten nicht über die erforderlichen Einrichtungen, um den Klebstoff wieder zu binden. Stattdessen müssten sie eine vom Hersteller gesendete vorgebundene Komponente verwenden, was den Fahrzeughalter möglicherweise dazu zwingen würde, mehr als nur das defekte Teil zu bezahlen. Ein guter Karosseriebau kann eine kosmetische Reparatur durchführen, indem er den beschädigten Abschnitt abschneidet und ein neues Teil mit speziell für diesen Zweck entwickelten Klebstoffen ausbessert.

Während Klebstoffe heutzutage immer häufiger eingesetzt werden, ist ihre Verwendung bei der automatischen Montage nicht wirklich neu. Auto-Windschutzscheiben werden seit Jahrzehnten von Polyurethan-Epoxiden gehalten, und in den letzten zehn Jahren haben Hersteller wie Saturn und sogar BMW Kunststoffverkleidungen mit Klebstoffen anstelle von Schrauben oder Schweißnähten an ihren Autos befestigt. Während Autodesigner neue Technologien und Materialien erforschen, wird die Verwendung von Klebstoffen in den nächsten Jahren möglicherweise in die Höhe schnellen. Trotzdem wird es wahrscheinlich immer einen Platz für einen Schweißer am Fließband geben.

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Weitere großartige Links

  • Industrie für Kleb- und Dichtstoffe
  • Schweißmagazin
  • Dow Automotive

Quellen

  • Kleb- und Dichtstoffindustrie. "Strukturklebstoffe für den fortschrittlichen Automobilbau." 1. September 2007. (7. August 2008) http://www.adhesivesmag.com/Articles/Cover_Story/BNP_GUID_ 9-5-2006_A_10000000000000161632
  • Gilles, Kimberley. "Fugen mit Strukturklebstoffen herstellen." Schweißmagazin. (7. August 2008) http://weldingmag.com/processes/news/wdf_38771/
  • Sabatini, Jeff. "Können Sie ein Auto zusammenkleben?" Automotive Design und Produktion. August 1999. (8. August 2008) http://www.autofieldguide.com/articles/089903.html
  • Kittel, Doug. "GM wird in großem Umfang neue Strukturklebstoffe verwenden." Design News. 24. März 2008. (8. August 2008) http://www.designnews.com/blog/Engineering_Materials/858-GM_Will_Use_ -New_Structural_Adhesives_Extensively.php



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