Klebeverbindungen auslegen oder schweißen nach Temperatur und Stückzahl

Das Wichtigste auf einen Blick

Die Betriebstemperatur setzt die erste GrenzePolyurethan bis etwa 80 Grad Celsius, Epoxid bis rund 120 Grad, Hochtemperaturklebstoffe bis 200 Grad.
Betriebstemperatur über 150 Grad oder Lacktrocknung bei 180 Grad: Schweißen, sonst Klebstoff mit 200-Grad-Eignung.
Wechselnde Bauteile in kleiner Serie sprechen für das Kleben, gleichbleibende lange Nähte in hoher Stückzahl für die Schweißanlage.
Bleibt die Wahl offen, fixieren Punktschweißen, Nieten oder Clinchen die Fügeteile, und der Klebstoff verteilt die Last.
DIN 2304-1 regelt Klebprozesse, DIN EN 1090-2 und DIN EN ISO 3834 regeln Schweißbetriebe.

Temperatur: bis wohin der Klebstoff trägt

Die Einsatztemperatur trennt beide Verfahren. Schweißnähte folgen dem Grundwerkstoff, ein Klebstoff endet an seiner Temperaturgrenze. Welche Grenze gilt, steht im Datenblatt, und Dauer- und Spitzenwerte sind getrennt zu prüfen.

Verbindung	Dauerhaft belastbar bis	Anmerkung
Polyurethan	etwa 80 Grad Celsius	meist die Obergrenze für Dauerlast
Epoxid	rund 120 Grad Celsius	Datenblatt entscheidet
Hochtemperaturklebstoff	200 Grad Celsius	Spitzenwerte getrennt prüfen
Schweißnaht	folgt dem Grundwerkstoff	Verzug und Eigenspannung einplanen

Für Anwendungen unter Dauerbelastung bei hohen Temperaturen wurden nach der Forschungsdatenbank CORDIS der Europäischen Kommission Konstruktionskleber entwickelt, weil sie verarbeitungstechnische Vorteile gegenüber Schweißverbindungen aufweisen.

Eine Betriebstemperatur über 150 Grad Celsius verschiebt die Wahl zum Schweißen. Dasselbe gilt für eine Lacktrocknung bei 180 Grad, solange kein Klebstoff mit 200-Grad-Eignung vorgesehen ist. Ein Klebstoff, dessen Grenze unter der Prozesstemperatur liegt, scheidet aus, bevor die Festigkeit zählt.

Fügefolge: vor oder nach dem Lackieren

Die Fügefolge entscheidet, ob ein Klebstoff den Ofen sieht. Im Automobilbau läuft die kathodische Tauchlackierung bei 150 bis 200 Grad Celsius. Dort greift nur ein hitzebeständiger Klebstoff oder eine Fügefolge, bei der die Klebung nach dem Lackieren entsteht.

Kritisch bleiben Schälkräfte, deshalb vermeidet die Auslegung Lasten senkrecht zur Fuge. Nach der Europäischen Kommission können dünnwandige Bauteile auf breiter Fläche verbunden werden, was Spannungsspitzen vermeidet. Beim Schweißen bleiben dagegen Kerben am Nahtübergang und Eigenspannungen, Verzug und Schrumpfung sind konstruktiv einzuplanen.

Lässt sich weder Temperatur noch Schälbelastung sicher einordnen, hilft die Hybridverbindung. Nach dem Fraunhofer IFAM nutzt eine hybride Verbindung die Vorteile der beteiligten Fügetechnologien und gleicht deren Nachteile aus. Die mechanische Fügemethode bewirkt häufig eine sofortige Anfangsfestigkeit, eine höhere Schälfestigkeit und einen erweiterten Einsatztemperaturbereich.

Die übrigen Kriterien neben der Temperatur

Sechs Kriterien gehen in die Verfahrenswahl ein: Blechdicke, Fügefläche, Werkstoffe, Dauerlast, Nachweis und Kosten. Die Temperaturgrenze steckt in der Zeile zur Dauerlast. Blech unter 3 mm und Fügeflächen über 100 Quadratzentimeter sprechen für das Kleben, lange Nähte an dickem Stahl für das Schweißen.

Kleben oder Schweißen: Kriterien

Kleben

Blechdicke: 0,5–3 mm
Fügefläche: ab 100 cm² flächig
Werkstoffe: Mischbau, CFK, Al/Stahl
Dauerlast: 80/120/200 °C
Nachweis: DIN 2304-1
Kosten netto: 0,10–0,50 €/cm²

Schweißen

Blechdicke: ab 3 mm
Fügefläche: kurze/lange Naht
Werkstoffe: artgleiche Metalle
Dauerlast: Grundwerkstoff
Nachweis: DIN EN 1090-2
Kosten netto: 0,20–0,80 €/cm²

Bei Mischbau wie CFK oder Aluminium auf Stahl gewinnt das Kleben, bei artgleichem Baustahl mit Nahtlängen über 100 mm das Schweißen. Die Oberflächenvorbehandlung und der Primer gehören bei der Klebung von Anfang an in die Planung.

Reihenfolge der Prüfung im Entwurf

Wer die Verfahrenswahl begründen muss, geht die Punkte in fester Reihenfolge durch. Die Temperatur steht vorn, weil sie Klebstoffe ausschließt, bevor Kosten oder Stückzahl eine Rolle spielen.

Betriebstemperatur und Prozesstemperatur gegen die Grenze der Klebstoffklasse legen.
Fügefolge festlegenKlebung vor oder nach dem Lackieren.
Lastrichtung prüfen und Schälkräfte senkrecht zur Fuge vermeiden.
Werkstoffpaarung, Blechdicke, Fügefläche und Nahtlänge einordnen.
Stückzahl gegen den Aufwand für Vorrichtungen und Schweißanlage halten.

Bleibt ein Schritt unentschieden, führt die Hybridverbindung weiter, etwa mit Nieten oder Schrauben im Leichtbau. Das Ergebnis gehört mit Datenblatt und Begründung in die Entwurfsunterlagen, damit die Verfahrenswahl später nachvollziehbar bleibt.

Zwei Fälle durchgespielt

Ein Blech unter 3 mm aus Aluminium wird auf Stahl gefügt. Die Fügefläche liegt über 100 Quadratzentimetern, die Betriebstemperatur unter 80 Grad Celsius. Mischbau, Fläche und Temperatur sprechen für das Kleben, ein Polyurethanklebstoff liegt im zulässigen Bereich.

Ein Bauteil aus artgleichem Baustahl hat Nähte über 100 mm Länge, wird nach dem Fügen bei 180 Grad lackiert und in hoher Stückzahl gefertigt. Hier sprechen Werkstoff, Prozesstemperatur und Stückzahl für das Schweißen mit automatisierter Anlage. Die Naht folgt dem Grundwerkstoff, ein Temperaturnachweis für den Klebstoff entfällt.

Stückzahl und Vorrichtungen

Die Stückzahl kippt die Rechnung. Kleine Serien mit wechselnden Bauteilen bevorzugen das Kleben, weil Vorrichtungen günstiger sind als eine Schweißzelle. Bei gleichbleibender langer Naht in hoher Stückzahl rechnet sich die automatisierte Schweißanlage.

Beim Schweißen zählen Nahtlänge, Zeit, Nacharbeit und Prüfung, beim Kleben Fläche, Dosierung und Aushärtung. Klebstoffe und Auslegungssoftware schlagen zusätzlich zu Buche. Netto liegen die Richtwerte bei 0,10 bis 0,50 Euro je Quadratzentimeter für das Kleben und 0,20 bis 0,80 Euro für das Schweißen.

Für 100 Quadratzentimeter Fügefläche ergibt das 10 bis 50 Euro beim Kleben und 20 bis 80 Euro beim Schweißen. Kleine Serien belasten das Kleben durch Vorrichtungen und Prüfaufbau, große Flächen mit kurzer Naht bleiben dennoch ein Fall für den Klebstoff.

Nachweis nach der Entscheidung

Wer klebt, muss den Prozess nachweisen. DIN 2304-1 fordert ein Qualitätsmanagementsystem für Klebprozesse, stuft Verbindungen nach Sicherheitsanforderungen ein und legt Prüfumfang, Personalqualifikation und Dokumentation fest. Die Norm ist nach dem Fraunhofer IFAM auf die allgemeine Industrie ausgerichtet, DIN 6701 explizit auf den Schienenfahrzeugbau.

Für Schweißbetriebe gelten DIN EN 1090-2 für Stahltragwerke und DIN EN ISO 3834 für die Qualitätssicherung, Schweißer benötigen Prüfungen nach DIN EN ISO 9606-1. Der DVS veröffentlicht Richtlinien zu beiden Verfahren.

Festigkeitskennwerte und Kosten je Nahtlänge stehen im Vergleich Schweißen oder Kleben für Metallkonstruktionen, der die Normen mit eigenen Zahlen unterlegt.

Häufige Fragen

Wie heiß darf eine Klebeverbindung werden?

Das Datenblatt entscheidet. Polyurethan trägt dauerhaft meist bis 80 Grad Celsius, Epoxid bis etwa 120 Grad, Hochtemperaturklebstoffe bis 200 Grad. Dauer- und Spitzenwerte sind getrennt zu prüfen.

Was ändert die Lackierung an der Wahl?

Wird vor dem Lackieren gefügt und bei 180 Grad getrocknet, spricht die Fügefolge für das Schweißen, sonst muss der Klebstoff für 200 Grad geeignet sein. Entsteht die Klebung erst nach dem Lackieren, sieht sie den Ofen nicht.

Wann lohnt die Hybridverbindung?

Wenn die Prüfung von Temperatur, Werkstoffpaarung oder Stückzahl unentschieden bleibt, etwa bei Schälbelastung und Wärme zugleich. Punktschweißen, Nieten oder Clinchen fixieren die Fügeteile, der Klebstoff verteilt die Last.

Wie wirkt sich die Stückzahl aus?

Bei wechselnden Bauteilen und kleinen Losen liegt der Vorteil beim Kleben. Gleichbleibende lange Nähte in hoher Stückzahl kippen die Rechnung zur automatisierten Schweißanlage.