Kleben

Stückverzinkte Komponenten kleben

| Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Thomas Pinger; Dipl.-Ing. Björn Abeln* / Dorothee Quitter

Prüfung des Klebverbunds mit stückverzinktem Substrat an einer bauteilähnlichen Laschenverbindung: Die Klebeeignung konnte bestätigt werden.
Prüfung des Klebverbunds mit stückverzinktem Substrat an einer bauteilähnlichen Laschenverbindung: Die Klebeeignung konnte bestätigt werden. (Bild: RWTH Aachen)

Damit neben bandverzinktem Material auch stückverzinkte Bauteile fundiert geklebt werden können, hat die RWTH Aachen zusammen mit der Firma Zinq Technologie in einem vom BMWI geförderten Projekt die Beanspruchbarkeit des Fügeverbundes Zinkschicht – Klebstoff – Zinkschicht untersucht.

Das Kleben als moderne Fügetechnologie hat sich in den letzten Jahren in industriellen Anwendungen, wie beispielsweise dem Automobil- und Nutzfahrzeugbau, etabliert und findet darüber hinaus Einzug in immer neue Bereiche, wie z.B. im Bauwesen im Rahmen des Fassadenbaus. Für stückverzinkte Bauteile, die bisher in der Weiterverarbeitung standardmäßig verschraubt werden müssen, würde die Nutzung der Klebtechnik neue Fertigungs- und Anwendungsmöglichkeiten bieten. Da sich der Erfahrungshorizont zur Verklebung verzinkter Komponenten jedoch ausschließlich auf bandverzinktes Material bezog, das sich hinsichtlich der Zinkschichtcharakteristik maßgeblich von stückverzinkten Schichten unterscheidet, fehlte für eine Umsetzung das Grundlagenwissen. Um diesen Zustand zu ändern, wurde ein Forschungsprojekt zur systematischen Untersuchung der Verklebung stückverzinkter Komponenten angestoßen und unter Federführung der RWTH Aachen durchgeführt.

Eine wesentliche Fragestellung bezog sich im Projekt auf die Übertragbarkeit der Bauteilbeanspruchungen über den Fügeverbund „Zinkschicht – Klebstoff – Zinkschicht“ unter Schubbelastung sowie auf die spezifische Tragfähigkeit unterschiedlicher Zinkphasen, deren Ausprägung im Stückverzinkungsprozess erheblich stärker ist und insbesondere von der Zusammensetzung des Stahls abhängt, im Vergleich zu Zinküberzügen, welche im kontinuierlichen Feuerverzinkungsprozess erzeugt werden. Die grundlegenden Untersuchungen wurden mittels modifizierten, dicken Scherzugproben durchgeführt (Bild1) – in Anlehnung an DIN EN 14869-2.

Untersuchung der Verklebung

Die Verzinkung der Proben erfolgte sowohl in den Verfahren gemäß DIN EN ISO 1461 (Normal- und Hochtemperaturverzinkung) wie auch mittels einer Zn5%Al-Dünnschicht-Stückverzinkung gemäß ASTM 1072 durch Zinq Technologie als Industriepartner und Mitglied des projektbegleitenden Ausschusses. Da sich klassische Zinkschichten bekanntermaßen in Abhängigkeit vom Silizium-Gehalt des Stahls unterschiedlich ausbilden können und entsprechend teils abweichende Eigenschaften aufweisen, wurde dieser Einfluss durch Variation der Stahlzusammensetzung evaluiert. Entsprechend wurden Proben aus verschiedenen, für die Praxis typischen Baustählen gefertigt. Nach der Herstellung der Probekörper und deren Verzinkung wurden die Klebflächen mittels Sweep-Strahlen vorbehandelt, wodurch ein geringfügiger Abtrag der Zinkschicht, insbesondere der natürlich gebildeten Zinkoxidschicht, sowie eine leichte Aufrauhung und klebtechnische Aktivierung der Oberfläche erzielt wird. Anschließend erfolgte die Verklebung jeweils zweier Probekörper, wofür als Klebstoff ein pastöser zweikomponentiger Epoxidharzklebstoff zur Anwendung kam.

Im Ergebnis zeigt sich, dass die Verklebung von stückverzinkten Komponenten prinzipiell sehr gut möglich ist, wobei die erreichbaren Bruchspannungen auf gutem bis sehr gutem Niveau, bis nahe an der Grenzbeanspruchbarkeit des Klebstoffs, liegen. Für die praxisrelevanten Verzinkungsverfahren und Stahlgüten, nämlich auf der einen Seite die Normaltemperaturverzinkung gemäß DIN EN ISO 1461 und die ZnAl-Dünnschichtverzinkung sowie auf der anderen Seite die Baustähle der Güte S235JR mit einem niedrigen Si-Gehalt < 0,03% und der Güte S355J2 mit einem Si-Gehalt im sogenannten Sebisty-Bereich (0,14% < Si < 0,25%) sind die im Scherzugversuch erzielten Ergebnisse in obiger Tabelle dargestellt.

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