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Aluminium kleben

Was genau ist eine Aluminium-Legierung?

Gerade die Leichtigkeit, die Aluminium aufweist, ist die Eigenschaft des Metalls, die am meisten geschätzt wird. Auf der anderen Seite ist Aluminium extrem weich. Es weist also eine sehr geringe Festigkeit auf. Genau deshalb ist das, was zumeist als Aluminium bezeichnet wird, nur eine Aluminium-Legierung. Handelt es sich nicht um reines Aluminium, sondern um eine Aluminium-Legierung, dann liegt eine Verbindung verschiedener Metalle vor: Reinaluminium (mit 99,5 % Aluminiumanteil) plus Zink, Silicium, Kupfer, Mangan oder Magnesium.

Derartige Legierungen machen es möglich, die Metallfestigkeit in großem Maße zu erhöhen und trotzdem das Gewicht gering zu halten.

Um es in einfache Worte zu fassen: Aluminiumlegierungen, die heute zur Anwendung kommen, haben eine Festigkeit, die mit Stahl verglichen werden kann, sind dabei aber nur halb so schwer.

Aluminium kleben: worin liegen die Vorteile?Eckwinkel Metall kleben

Metall verfügt generell über eine hohe Oberflächenenergie, aufgrund dessen zählt es zu den Materialien, die extrem gut zu kleben sind, das trifft auch auf Aluminium zu. Wird das Kleben fachgerecht durchgeführt, kann man durchaus sagen, dass die Klebeverbindung besser hält als eine Schweißnaht.

Aluminium kleben hat gegenüber anderen Fügeverfahren diverse Vorteile. Da beim Alu kleben keine außerordentliche Erwärmung vorgenommen wird, bleibt die Festigkeit, über die das Material ursprünglich verfügt, erhalten.

Allerdings sollte eine Eigenschaft von Alu, die gerade beim Aluminium verkleben von großer Relevanz ist, nicht übersehen werden: Aluminium hat die Eigenschaft, schnell und stark zu oxidieren. Dies kann auf längere Sicht zu einem Ablösen des Aluminium Klebers führen, denn die Oxidschicht, die als Trennschicht wirkt, ist in sich spröde und porös. Gerade wenn die Festigkeitswerte größer als ca. 15 N/mm2 sind – hierbei handelt es sich um die Bruchgrenze von Aluminiumoxid – muss die Oberfläche unbedingt vor dem Kleben ausgiebig vorbehandelt werden. Eine Vorbehandlung der Oberfläche sorgt für eine optimale Benetzung mit dem Aluminium Kleber.

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Aluminium kleben - das sollte unbedingt beachtet werden2K Klebstoffe vorbereitungen Material

Sobald Aluminium Wasser und Luft ausgesetzt ist, reagiert es zu Aluminiumoxid. Vor allem beim Aluminium kleben muss diese Eigenschaft des Metalls beachtet werden, denn das Aluminiumoxid lässt eine fest haftende, dünne Schicht im Oberflächenbereich von Bauteilen aus Aluminium entstehen. Die Schicht, die bei der Oxidation entstanden ist, ist nicht durchlässig für Wasser und Luft. Sie schützt das Metall auf diese nicht nur vor weiteren Umwelteinflüssen, sondern hat auch einen Einfluss auf das Haftungsverhalten von Alu Klebern. Genau aus diesem Grund muss die Schicht vor dem Alu kleben abgeschliffen werden.

Die Oberfläche von Aluminium richtig vorbehandeln

In einem ersten Schritt gilt es, die Oberfläche des Alus von Schmutzpartikeln, Ölen und Fetten zu befreien. Am besten verwendet man hierzu Reiniger, die fettlösend sind, wie z.B. Isopropanol, Acton, (Wasch-)primer oder Nitroverdünnung. Hat man eine Oberflächenreinigung durchgeführt, sollten die Bleche keinesfalls mit ungeschützten Händen berührt werden. Es wird vielmehr das Tragen von Handschuhen empfohlen.

Im zweiten Schritt folgt eine mechanische Vorbehandlung der Oberfläche: es wird empfohlen, die Oberfläche entweder zu bürsten oder zu schleifen. Möchte man die Oberfläche schleifen, ist eine Körnung zwischen P120 bis zu 600 angeraten. Auch mit Sandstrahlen ist eine mechanische Oberflächenvorbehandlung möglich.

Durch die mechanische Vorbehandlung wird eine optimale Voraussetzung geschaffen, so dass sich der Kleber für Aluminium optimal „verkrallen“ kann. Denn durch die Abrasion (Abschabung) hat sich eine frische Oberfläche gebildet, die chemisch aktiver ist.

Wichtig ist, dass das Kleben schnellstmöglich erfolgt. Das Aluminium kleben sollte spätestens 10 Minuten nach dem Schleifen erfolgen. Wartet man länger, besteht die Gefahr, dass sich eine neue Oxidationsschicht bildet.

Hinweis: Das Metall sollte unbedingt in einem ersten Schritt entfettet beziehungsweise gereinigt werden. Erst im Anschluss schleifen oder strahlen. Erfolgt keine Reinigung bzw. Entfettung, läuft man Gefahr, dass beim Schleifen / Strahlen Verschmutzungen tief in das Metall eindringen. Ist dies der Fall, dann können genau diese Partikel der Grund sein, weshalb der Aluminium Kleber nicht richtig haftet.

Zu den genannten Punkten gibt es weitere Möglichkeiten, Aluminium optimal auf das Kleben vorzubereiten. So kann z.B. eine leichte Oxidschicht aufgebracht werden (Eloxierung). Weitere Varianten sind Phosphatieren oder die sogenannte Titanzirkon-Dickschichtpassivierung. Die genannten Beschichtungen lassen sich sehr gut sowohl mit elastischen Polyurethanklebstoffen als auch mit Epoxid-Klebstoff kleben.

Optimale Alu Verbindungen dank des richtigen KlebstoffsMetalle kleben

Werden Aluminiumteile geklebt, dann finden in der Regel sogenannte „Konstruktionsklebstoffe“ Verwendung. Üblich sind beim Aluminium verkleben vor allem 3 Aluminium Kleber:

Zum Alu kleben eigenen sich sehr gut Acrylatklebstoffe. Noch besser sind jedoch PU Klebstoffe, die im Vergleich zu Acrylatklebstoffen höhere Festigkeitswerte aufweisen.

Über die höchsten Festigkeitswerte verfügt jedoch Epoxidharz mit Werten von ca. 30 bis 40 MPa. Ein Nachteil von Epoxidharz ist allerdings, dass dieser Aluminium Kleber sehr hohe Ansprüche an eine gründlich gesäuberte Oberfläche stellt.

Epoxidharzformulierungen sind frei von Lösungsmitteln. Sie härten unter Druck und Wärme (1-komponentig) oder bei Raumtemperatur (2-komponentig). Die Härtung kann außerdem durch die Zufuhr von Wärme beschleunigt werden. Dazu gehören z.B. die Konstruktionsklebstoffe auf Epoxidharzbasis (2-komponentig). Sie sind optimal geeignet für das Zusammenfügen von Metallen mit Kunststoffen, Glas oder auch untereinander etc. Die zusammengefügten Bauteile halten auch hohen mechanischen Belastungen bis zu 400 kg/cm² stand.

Ein weiterer Vorteil: Das thixotrope Klebstoff-Material verläuft nicht. Selbst auf vertikalen Flächen kann ohne ein Verlaufen gearbeitet werden.

Die Vorteile von Acrylatklebstoffe

Acrylatklebstoffe zeichnen sich vor allem durch ihre enorme Robustheit aus. Acrylatklebstoffe sind zumeist zähelastisch. Sie verfügen daher mit etwa ca. 20 MPa über eine hohe Schlagfestigkeit. Dies gilt auch bei dynamischen Belastungen. Sie zeichnen sich des Weiteren durch einen schnellen Festigkeitsaufbau aus und lassen sich schnell und ohne großen Aufwand verarbeiten. Acrylat-Klebstoffe bieten hohe Festigkeiten von Aluminium auch zu vielen anderen Stoffen wie Elastomeren, Kunststoffen und Stahl.

Die Vorteile von Polyurethan-Klebstoffen

Gilt es, größere Flächen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, zu fixieren, dann eigenen sich reaktive Zweikomponentenklebstoffe auf Polyurethanbasis (PUR), die über eine lange Verarbeitungsspanne verfügen, besonders. Als Beispiel anzuführen ist hier der PUR-Klebstoff. Dieser eignet sich optimal zum Verkleben von Zierblenden oder Zierleisten, die aus Kunststoff, Alu oder Stahl bestehen. Soll Aluguss geklebt werden, was vor allem im Fahrzeugbau oft der Fall ist, dann kommt hier häufig 2K PUR-Metallklebstoff zum Einsatz.

Sollen 2K-Produkte eingesetzt werden, dann gibt es zwei wichtige Kriterien, die es zu beachten gilt: die Härtezeit, also die Zeitspanne, bis der Kleber seine endgültige Festigkeit erreicht hat, und die Verarbeitungszeit (Topfzeit). Im Normallfall finden sich diese zwei Werte bei den Herstellerangaben.

Was versteht man unter „Topfzeit“?

Die Topfzeit gibt an, wie lange chemisch reaktive Klebstoffmaterialien verarbeitet werden können. Gemeint ist also die Zeitspanne, in welcher sich ein Stoff, nachdem eine mehrkomponentige Substanz angemischt wurde, noch sozusagen aus dem Topf verarbeitet werden kann. Die „Topfzeit“ wird auch als „Gebrauchsdauer“ oder „offene Zeit“ bezeichnet.

Wird die Topfzeit überschritten, dann wird dies oftmals dadurch ersichtlich, dass die Viskosität eindeutig ansteigt. Eine weitere Verarbeitung wird dann unmöglich.

Hinweis: Bevor eine Klebeverbindung belastet wird, sollte sie auf jeden Fall mind. 24 Stunden aushärten!

 

Alu mit Alu verklebenAluminium Fenster kleben

Wollte man Aluminiumbauteile verbinden, dann bedeutete dies früher, dass man diese schweißen, löten oder nieten musste. Doch heute wird Aluminium immer öfter geklebt. Leitbaukomponenten, die aus Alu bestehen, werden in heutiger Zeit vor allem im Flugzeug- und Automobilbau immer öfter geklebt, denn das ist einfacher und schneller als löten, nieten oder schweißen. Zudem kann man von einer eindeutig höheren Festigkeit profitieren. Möchte man Aluminium kleben, dann müssen jedoch ein paar Besonderheiten und spezielle Regeln berücksichtigt werden.

Das Alu verkleben fällt vorrangig in den Bereich der Zweikomponenten Klebstoffe. Es werden dabei primär PUK-Klebstoffe mit Primer verwendet. Zu nennen sind hier MS-Polymere, Epoxidharz-Kleber und Metacrylat-Klebstoffe. Bei der Verwendung von PUR-Klebern mit Primer wird das Kontaktklebeverfahren angewandt. Dies bedeutet, man nimmt die Bauteile, die zusammengefügt werden sollen, und benetzt dieselben an den Klebestellen mit dem Kleber für Aluminium. Sie werden dann, nach Einhaltung einer gewissen Ablüftzeit, fest aneinandergedrückt. Wichtig ist es dabei, die Ablüftzeit genauestens zu beachten. Nur so kann sich das Lösungsmittel, das im Klebstoff enthalten ist, verflüchtigen.

Um maximale Ergebnisse zu erzielen, sollte man genau nach Anweisung des Herstellers arbeiten! Von enormer Wichtigkeit ist es auch, die Topfzeit genau zu beachten, sprich die Zeitspanne, in der es gilt, den Kleber zu verarbeiten (siehe Angaben des Herstellers). Zudem muss unbedingt beachtet werden, dass die Klebeverbindung nicht zu früh belastet wird. Erst wenn die angegebene Härtezeit verstrichen ist, darf eine Belastung erfolgen.

Auch ist es beim Kleben von Aluminium extrem wichtig, dass die Bauteiloberflächen vor Beginn des Klebevorgangs sorgfältig vorbereitet werden. Diese müssen absolut fettfrei und sauber sein. Warum? Schmutz und Fett hindern den Klebstoff daran, optimal zu haften, denn Sie wirken als Trennmittel. Hinzukommt der Umstand, dass Aluminium unweigerlich oxidiert, sobald es Luft ausgesetzt ist. Eine sehr dünne Oxidationsschicht, welche sich auf die Haftung des Klebstoffes auswirkt, ist zwar immer gegeben, doch mit einer gründlichen Reinigung und einer mechanischen Oberflächenbehandlung kann diese temporär entfernt werden.

Hinweis: die Vorbereitung der Oberfläche und der Klebevorgang sollten unbedingt nach ca. 10 Minuten durchgeführt sein. Ansonsten läuft man Gefahr, dass sich aufs Neue eine Oxidationsschicht bildet.

Man sollte in 2 Schritten vorgehen:

  1. Die zu verklebenden Oberflächen müssen geschliffen werden, um das Material aufzurauen. Dazu eignet sich ein Schleifpapier mit 100er oder 80er Körnung. Bei dem Vorgang entstehen unweigerlich Schleifpartikel. Diese müssen sorgfältig entfernt werden.
  2. Nach dem Schleifen folgt die Reinigung der Oberflächen. Hier sollte Silikon oder Fettreiniger verwendet werden. Diese Reiniger gewährleisten, dass die Oberfläche zu 100% von Fettablagerungen befreit wird.

Für Fachpersonen ist das Kleben von Aliminium genau geregelt. Hier muss die VDI-Richtlinie 2229 befolgt werden. In der VDI-Richtlinie 2229 ist angegeben, dass Klebefugen bei Bauteilen aus Aluminium nur parallel zur Fügefläche und auf Schub beansprucht werden dürfen.

Hinweis: Diese Regel hat nur für Fachpersonen Gültigkeit. Sie muss von Heimwerkern im Wesentlichen nicht beachtet werden.

 

Aluminium verkleben - das gilt bei der Verwendung von anderen Werkstoffen

Aluminium kann mit den verschiedensten Materialen verklebt werden. Hierzu zählen im konstruktiven Bereich z.B. Beton, Holz oder auch Stein. Soll Aluminium mit diesen Materialien verklebt werden, dann eigenen sich hierfür hauptsächlich pastöse Konstruktions- oder Montagekleber, die auf Silikon basieren, wie beispielsweide Epoxidharz, PUR, PU. Werden große Flächen mit Aluminium geklebt, dann sind primär Epoxidharz-Klebstoffe zu empfehlen. Sollen hingegen nur kleinere Flächen geklebt werden, dann sind Epoxidharz-Kleber, PUR oder PU Klebstoffe die ideale Wahl.

Selbstverständlich müssen auch beim Aluminium kleben mit anderen Materialien die Klebeflächen sorgfältig vorbereitet werden. Nur so gelingt das Kleben erfolgreich. Es gilt immer, dass sämtliche Oberflächen absolut gereinigt sind von Staub und losen Verschmutzungen. Nur wenn dies beachtet wird, kann eine 100%ige Haftung des Klebstoffes gewährleistet werden. Arbeitet man mit Holz, dann sollte dieses aufgeraut sein. Möchte man Beton- oder Steinoberflächen mit Alu verkleben, müssen lose Stellen entfernt und ausgespachtelt werden. Hier ist natürlich ein geeigneter Füller zu verwenden.

Auch beim Aluminium kleben mit den genannten Materialien ist es wichtig, dass die Oberfläche des Aluminiums komplett frei von Fett und absolut sauber ist. Nur so kann der Klebstoff einwandfrei haften. Von großer Wichtigkeit ist auch, dass die unweigerlich gegebene Oxidationsschicht danach entfernt wird. Auch diese ist dafür verantwortlich, wie gut der Klebstoff letztendlich haftet und muss aus diesem Grund so gut als möglich entfernt werden.

Die genaue Vorgehensweise für das Alu kleben ist für Fachpersonen in der VDI-Richtlinie 2229 geregelt. Hier ist u.a. angegeben, dass Klebefugen, die an Bauteilen für Aluminium entstehen, lediglich auf Schub und parallel zur Fügefläche beansprucht werden dürfen. Für Heimwerker gilt diese Regelung nicht. Sie können sich vielmehr an folgende Faustregel halten.

Wird die Oberflächenoxidation entfernt, bildet sich diese bereits nach kürzester Zeit aufs Neue. Man sollte daher für die Oberflächenvorbehandlung und das Kleben nicht mehr als 10 Minuten brauchen.

Am sinnvollsten ist es, in 2 Schritten vorzugehen:

  1. Um die Oxidationsschicht zu entfernen und um die Oberfläche aufzurauen sollte die Stelle, die geklebt werden soll, mit Schleifpapier behandelt werden. Hier bietet sich eine Körnung von 100 bzw. 80 an. Die Schleifpartikel, die bei diesem Vorgang entstehen, müssen unbedingt sauber entfernt werden.
  2. Im Anschluss sollte ein Silikon- oder Fettreiniger zum Einsatz kommen. Auf diese Weise werden nicht nur verbliebener Schmutz, sondern auch etwaige Fettablagerungen gründlich entfernt.

 

Was bringt uns die Zukunft im Bereich Klebstoff?

Moderne High-Tech Kleber – sie lösen Schrauben, Nieten, Schweißen ab

Auch im industriellen Bereich wird immer häufiger Aluminium geklebt.  Häufig handelt es sich dabei um Anwendungen beim Flugzeugbau, Verbundplatten, Gehäuse für Elektronik-Bauteile, Fügen von Teilen beim Eisenbahnbau, Versteifungsprofile, Zierleisten oder auch Rahmen.

Aber auch in der Automobilindustrie kommt das Leichtbaumaterial immer öfter zum Einsatz, denn der Benzinverbrauch von Fahrzeugen lässt sich durch eine leichte Bauweise senken. Aus diesem Grund werden hier nicht nur High-Tech Stahlsorten, sondern auch moderne Verbundstoffe wie extrem leichte Kunststoffe, GFK/ CFK sowie Aluminium, Magnesium oder Aluminium verwendet.

Eine besondere Herausforderung bei der Verarbeitung stellt der Umstand dar, dass diese Materialien nicht miteinander zu verschweißen sind. Und genau hier kann die Klebetechnik punkten: Hat man es mit einem Materialmix zu tun, der zu verkleben ist, dann lässt sich dieser mit Klebern fügen. Ein weiterer Vorteil: es kommt nicht zu einer Korrosion.

Will man schlagfeste Bodenplatten, die aus GFK bestehen, mit Karosserien aus Aluminium verkleben, dann sind zum Beispiel 2-Komponenten-Klebstoffe zu empfehlen. Damit kann im Vergleich zu traditionellen Fügeverfahren das Gewicht um gute 10% gesenkt werden.