Kleben oder Schweißen: Wann sollte man sich für welche Methode entscheiden?

Kleben oder Schweißen: Eine seit jeher bestehende Entscheidung

Eine häufig gestellte Frage, die uns in der Klebstoffbranche begegnet, lautet:„Warum sollte ich einen Klebstoff anstelle des Schweißens verwenden?“ Zwar sind beide Verfahren altbewährte Größen in der Welt der Fügetechniken – das Schweißen gibt es in der einen oder anderen Form bereits seit etwa 3000 v. Chr. als Verbindungsmethode, während Klebstoffe sogar noch älter sind –, doch genießen Schweißverfahren bei Ingenieuren und Herstellern in der Industrie mitunter mehr Vertrauen. Als Menschen neigen wir dazu, an Bewährtem festzuhalten – an dem, was wir kennen und dem wir vertrauen –, und das Schweißen ist auch heute noch eine sehr zuverlässige Fügeverfahren.

Dieser Artikel wird kein einfacher Beitrag nach dem Motto„Schweißen ist schlecht, Klebstoffe sind gut“sein, wie Sie ihn vielleicht von einem Hersteller von Klebstoffprodukten erwarten würden. Tatsächlich haben sowohl das Schweißen als auch Klebstoffe ihre jeweiligen Anwendungsbereiche, ihre Vor- und Nachteile sowie Bereiche, in denen die eine Methode der anderen vorzuziehen ist. Wir werden versuchen, die beiden Verfahren fair miteinander zu vergleichen, um Ihnen ein besseres Verständnis dafür zu vermitteln, wann welche Methode zum Einsatz kommen sollte.

Schweißen – eine uralte, sich ständig weiterentwickelnde Technik

Wie ich bereits erwähnt habe, gibt es das Schweißen schon seit Tausenden von Jahren. Bereits die alten Ägypter und Sumerer begannen, Metalle mithilfe von Hitze und Druck miteinander zu verbinden – ein Verfahren, das als Schmiedeschweißen bekannt ist. Dieses Verfahren verbreitete sich schließlich weit und war bis zum Ende des 19. Jahrhunderts die einzige angewandte Schweißmethode. Die meisten heutigen Schweißtechniken basieren jedoch auf dem Lichtbogenschweißen – der Nutzung von Elektrizität, um Metalle vor dem Verbinden zu erhitzen und zu schmelzen und sie anschließend abzukühlen.

Arten des modernen Schweißens

In der modernen Industrie kommen verschiedene Schweißverfahren zum Einsatz. Im Folgenden werden wir kurz auf diese eingehen:

MIG-Schweißen (Metal Inert Gas/GMAW)

So funktioniert es: Eine kontinuierlich zugeführte Drahtelektrode schmilzt und bildet die Schweißnaht, während ein inertes oder halb-inertes Schutzgas das geschmolzene Metall schützt.

Vorteile

• Hohe Schweißgeschwindigkeiten
• Leicht zu erlernen
• In hohem Maße automatisierbar
• Hervorragend geeignet für Produktionsumgebungen

Häufige Anwendungsbereiche

• Automobilbau
• Allgemeine Fertigung
• Baustahl
• Blech

WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas/GTAW)

So funktioniert es: Zur Erzeugung des Schweißlichtbogens wird eine nicht verbrauchbare Wolframelektrode verwendet. Bei Bedarf wird separat ein Schweißzusatzwerkstoff zugeführt.

Vorteile

• Äußerst sauber und präzise
• Hervorragendes Erscheinungsbild der Schnittkante
• Einfacher zu steuern
• Ideal für dünne Materialien

Häufige Anwendungsbereiche

• Luft- und Raumfahrt
• Medizinische Geräte
• Edelstahlverarbeitung
• Aluminiumkomponenten
• Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung

Laserschweißen

So funktioniert es: Ein fokussierter Laserstrahl schmilzt das Material, wodurch eine schmale, präzise Schweißnaht entsteht.

Vorteile

• Sehr hohe Präzision
• Minimale Verzerrung
• Hohe Geschwindigkeit
• Einfach zu automatisieren
• Geringe Wärmeeinflusszone

Häufige Anwendungsbereiche

• Elektronik
• Medizinische Geräte
• Automobilbau
• Luft- und Raumfahrt
• Batterieproduktion

Widerstandspunktschweißen

So funktioniert es: Elektrischer Strom fließt durch übereinanderliegende Bleche, während Elektroden Druck ausüben; dadurch entsteht Wärme, die einen Schweißkern bildet.

Vorteile

• Extrem schnell
• Hohe Wiederholgenauigkeit
• Einfach zu automatisieren
• Kein Füllmaterial

Häufige Anwendungsbereiche

• Karosseriebau
• Haushaltsgeräte
• Metallschränke
• Haushaltsgroßgeräte

Dies ist der Prozess, den Strukturklebstoffe im Karosseriebau am häufigsten ergänzen oder ersetzen.

Es gibt zwar noch viele weitere Schweißverfahren, doch diese vier werden in der Industrie heute am häufigsten eingesetzt.

Vorteile des Schweißens

Das Schweißen bietet zahlreiche Vorteile, weshalb es in der Industrie auch heute noch sehr beliebt ist. Zu seinen herausragenden Merkmalen zählen:

• Eine seit langem etablierte, bewährte Fügevorrichtung. Das Schweißen hat sich seit jeher bewährt. Es wird seit Jahrtausenden zum Verbinden von Metallen eingesetzt.
• Hohes Vertrauen und hohe Zuversicht. Ingenieure und die breite Öffentlichkeit vertrauen auf das Schweißen als zuverlässige Methode zur Verbindung von Bauteilen. Schweißverbindungen gelten als fest und dauerhaft.
• Funktioniert bei Stoßverbindungen und anderen einfachen Verbindungsgeometrien. Das Schweißen eignet sich ideal zum Verbinden von Metallen, die in einer Stoßverbindung (L-Form) liegen. Klebstoffe hingegen vertragen diese Art von Verbindung nicht gut.
• Erzeugt eine durchgehende Struktur. Durch das Schweißen werden zwei Metalle effektiv zu einer Einheit verbunden, ohne dass sich etwas zwischen ihnen befindet. Dies ist ideal, um die elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit zwischen den Bauteilen aufrechtzuerhalten.
• Bietet eine optimierte Temperaturbeständigkeit. Insbesondere wenn bei der Schweißnaht identische Werkstoffe miteinander verbunden wurden (z. B. Stahl mit Stahl), ist die Verbindung gut gerüstet, um extremen hohen oder niedrigen Temperaturen standzuhalten.

Nachteile des Schweißens

• Erfordert eine Schulung und Zertifizierung. Das Schweißen ist eine Tätigkeit, die eine angemessene Ausbildung und Zertifizierung erfordert, um sie professionell ausüben zu können. Das bedeutet: Wenn Sie Schweißarbeiten durchführen lassen müssen – insbesondere regelmäßig –, müssen Sie eine qualifizierte Fachkraft finden (und bezahlen), die diese Arbeiten ausführt.
• Hierfür ist eine entsprechende Ausrüstung erforderlich. Ebenso sind für das Schweißen ein Schweißgerät, Schutzausrüstung, ein Arbeitsplatz, Gas usw. erforderlich. All dies kostet Geld, und hochleistungsfähige industrielle Schweißausrüstung kann teuer sein.
• Birgt Gefahren. Das Schweißen birgt inhärente Risiken. Da dabei Funken, enorme Hitze und häufig Gas entstehen, stellt das Schweißen eine Brand- und Explosionsgefahr dar. Das bedeutet, dass es nicht in ATEX-Bereichen (europäische Rechtsvorschriften) oder an anderen Orten durchgeführt werden darf, an denen Brand- oder Explosionsgefahr besteht.
• Benötigt Platz. Schweißer benötigen Platz zum Arbeiten. Anders als beispielsweise bei einem Klebstoff lassen sich Sanitärrohre unter einem Waschbecken nicht ohne Weiteres miteinander verschweißen.
• Kann zu Anlaufen oder Verzerrungen führen. Bei einigen Metallen, insbesondere bei Edelstahl, kann das Schweißen zu optischen Beeinträchtigungen führen. Durch die Einwirkung der sehr hohen Hitze beim Schweißen kann die Oberfläche des Metalls oxidieren und sich verfärben, was zu einer unansehnlichen Optik Ihres Produkts führt.
• Eingeschränkte Substratverträglichkeit. Das Schweißen eignet sich im Allgemeinen nur für die Verbindung von Metallen mit Metallen oder von Kunststoffen mit Kunststoffen. Metalle lassen sich nicht mit Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen verschweißen. Selbst das Verschweißen unterschiedlicher Metalle (wie Aluminium mit Stahl) kann eine Herausforderung darstellen, da die einzelnen Metalle unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen. Beim direkten Verschweißen von Aluminium mit Stahl würde das Aluminium bereits schmelzen, bevor der Stahl überhaupt zu glühen beginnt.
• Es führt zu einer Spannungskonzentration im Schweißbereich. Beim Schweißen konzentrieren sich physikalische Belastungen, Kräfte und Schwingungen auf winzige, lokal begrenzte, starre Punkte, wie beispielsweise die Kanten einer Schweißnaht oder kleine Schweißkerne. Dies führt zu hohen Spannungskonzentrationsspitzen und Ermüdungsrisiken.
• Es ist schwierig, eine vollständige Abdichtung herzustellen. Durch winzige Löcher in Schweißverbindungen ist es schwierig, eine 100-prozentige Abdichtung gegen Flüssigkeiten und Gase zu gewährleisten. Möglicherweise sind weitere Bearbeitungsschritte erforderlich.

Klebstoffe – sogar noch älter als das Schweißen!

Das Schweißen blickt auf eine sehr lange Geschichte zurück, doch die Geschichte der Klebstoffe reicht noch weit weiter zurück – bereits vor 200.000 Jahren verwendeten die Neandertaler Birkenrindenteer als Klebstoff für Werkzeuge und Jagdausrüstung! Die erste kommerzielle Klebstofffabrik wurde Ende des 17. Jahrhunderts in den Niederlanden gegründet; moderne Klebstoffe setzten sich in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts durch und erlangten auch im 20. Jahrhundert weiter an Bedeutung.

Als Hersteller von Industrieklebstoffen mit über 60 Jahren Erfahrung produziert Permabond eine breite Palette an Klebstoffen, die sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrer Technologie und ihrer Substratverträglichkeit unterscheiden. Von Epoxidklebstoffen über strukturelle Acrylklebstoffe und Cyanacrylate (auch als Sekundenkleber bekannt) bis hin zu UV-härtenden Klebstoffen decken diese Produkte je nach Art der Anwendung und der zu verklebenden Teile ein breites Spektrum ab.

Klebstoffe können eine Vielzahl von Materialien miteinander verbinden, darunter Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Kautschuke, Keramiken und viele weitere. Sie eignen sich zudem hervorragend zum Verkleben unterschiedlicher Materialien, beispielsweise von Metallen mit Kunststoffen.

Vorteile von Klebstoffen gegenüber dem Schweißen

• Es ist keine umfangreiche Schulung erforderlich. Im Gegensatz zum Schweißen erfordert das Verkleben mit Klebstoffen nur ein Minimum an Schulung und Fachwissen. Für den Einsatz von Klebstoffen in der Industrie ist keine Zertifizierung oder berufliche Qualifikation erforderlich.
• Die Anwendung ist wesentlich sicherer. Zwar wird bei der Verwendung von Klebstoffen dringend empfohlen, grundlegende persönliche Schutzausrüstung zu tragen, doch stellen die meisten Klebstoffe kein Brand- oder Explosionsrisiko dar. Daher können sie sicher in ATEX-Bereichen eingesetzt werden. Eine gute Belüftung ist dennoch wichtig (wie auch beim Schweißen), um eventuelle Dämpfe abzuführen.
• Verteilen Sie die Belastung gleichmäßig. Klebstoffe verteilen die Belastung über die gesamte Klebefläche. Dies führt zu einer besseren Gesamtfestigkeit sowie zu einer höheren Schlag- und Schwingungsfestigkeit.
• Kann unterschiedliche Substrate miteinander verbinden. Klebstoffe können Metalle mit Kunststoffen, Kunststoffe mit Verbundwerkstoffen usw. verbinden. Sie eignen sich zudem hervorragend zum Verkleben unterschiedlicher, aber ähnlicher Materialien – beispielsweise Aluminium mit Stahl. Allerdings sind einige Klebstoffe hierfür besser geeignet als andere. Unterschiede in der thermischen Ausdehnung und Kontraktion zwischen den Substraten müssen berücksichtigt werden, wobei der richtige Klebstoff ausgewählt werden muss, der den daraus resultierenden Belastungen an der Klebestelle standhalten kann.
• Dies ist spontan und auf engstem Raum möglich. Für das Kleben sind nicht immer Arbeitsstationen oder viel Platz erforderlich, insbesondere bei kleinen Arbeiten.
• Sie sorgen oft für ein saubereres und ansprechenderes Erscheinungsbild. Eine fachgerecht durchgeführte Klebeverbindung hinterlässt oft keine sichtbaren Spuren. Im Gegensatz zum Schweißen wird die Oberfläche des Werkstücks dabei nicht beschädigt.
• Sorgen Sie für eine vollständige Abdichtung gegen Flüssigkeiten und Gase. Viele Klebstoffe bilden eine vollständige Abdichtung gegen Flüssigkeiten und Gase.

Nachteile von Klebstoffen im Vergleich zum Schweißen

• Möglicherweise ist eine Neukonstruktion des Gelenks erforderlich. Moderne Konstruktionsklebstoffe sind in der Lage, außergewöhnlich hohe Haftfestigkeiten zu erzielen. Der Ersatz einer Schweißverbindung durch eine Klebeverbindung ist jedoch nicht immer ein einfacher 1:1-Austausch. Wenn die Verbindung speziell für das Schweißen ausgelegt wurde, ist sie möglicherweise ohne entsprechende Anpassungen nicht für die Klebeverbindung geeignet. Durch die Berücksichtigung der Klebeverbindung bereits in der Konstruktionsphase und die Optimierung der Verbindungsgeometrie lässt sich oft eine vergleichbare – oder in vielen Fällen sogar eine höhere – Verbindungsfestigkeit erzielen.
• Klebstoffe benötigen Zeit, um vollständig auszuhärten. Beim Schweißen entsteht die Festigkeit mehr oder weniger sofort. Sobald die Metalle abgekühlt sind, kann das geschweißte Bauteil gehandhabt und für seinen endgültigen Verwendungszweck eingesetzt werden. Viele Klebstoffe benötigen hingegen mehrere Stunden, bis sie ihre volle Festigkeit erreichen. Oft sind hierfür auch Vorrichtungen oder Klemmen erforderlich. Cyanacrylate und UV-härtende Klebstoffe härten jedoch schnell aus und erreichen rasch ihre volle Festigkeit.
• Temperaturgrenzen. Die meisten Klebstoffe auf Basis organischer Chemie (wie beispielsweise die von Permabond und viele andere Hersteller) sind nicht gegen sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen beständig. Eine geschweißte Stahlverbindung weist hingegen kein solches Problem auf.
• Häufig ist eine Oberflächenvorbereitung erforderlich. Um eine feste und dauerhafte Verbindung zu erzielen, müssen die zu verklebenden Oberflächen vor dem Verkleben häufig gereinigt, aufgeraut und grundiert werden. Zu dieser Kategorie gehören Untergründe wie Stahl, Kupfer und Aluminium sowie viele Kunststoffe und Verbundwerkstoffe.
• Die Gestaltung der Fugen ist wichtiger. Klebstoffe entfalten ihre beste Wirkung, wenn sie Scher- oder Druckkräften ausgesetzt sind, und zeigen hingegen keine gute Leistung, wenn sie Abzieh- oder Spaltkräften ausgesetzt sind (siehe Abbildung unten). Beim Schweißen spielt die Auslegung der Verbindung eine weitaus geringere Rolle.

Kleben oder Schweißen – Welche Methode ist besser?

Wie Sie sehen, ist beim Vergleich von Kleben und Schweißen keine der beiden Optionen von Natur aus „besser“ als die andere. Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, und welche Methode Sie wählen, hängt stark von Ihrer Anwendung und den gestalterischen Möglichkeiten ab. Zwar bietet das Kleben erhebliche Vorteile beim Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe, bei der Lastverteilung und bei der Verringerung von Sicherheitsrisiken am Arbeitsplatz, doch müssen dabei auch Aspekte wie Aushärtungszeit, Oberflächenvorbereitung und die richtige Fugenauslegung berücksichtigt werden. Aus diesem Grund hängt Ihre Entscheidung letztendlich davon ab, welche Methode den mechanischen, fertigungstechnischen und umweltbezogenen Anforderungen Ihrer Anwendung am besten gerecht wird.

Häufig gestellte Fragen zum Thema „Kleben vs. Schweißen“

Im Folgenden finden Sie einige Fragen, die uns häufig zum Einsatz von Klebstoffen im Vergleich zum Schweißen gestellt werden.

• Kann Klebstoff wirklich genauso fest sein wie eine Schweißverbindung?

Ja, in vielen Fällen können Klebstoffe eine ebenso hohe Festigkeit wie Schweißverbindungen aufweisen. Moderne Industrieklebstoffe sind nicht mit den typischen Haushaltsklebern vergleichbar, die Sie vielleicht kennen. Sie sind darauf ausgelegt, eine sehr hohe strukturelle Festigkeit sowie eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Verbindung hinweg zu gewährleisten.

• Warum sollte man Kleben anstelle von Schweißen verwenden?

Einer der Hauptvorteile des Kleben im Vergleich zum Schweißen besteht darin, dass hierfür keine formelle Ausbildung oder Qualifikationen erforderlich sind – fast jeder kann diese Technik anwenden. Zudem sind keine speziellen Geräte erforderlich, es bestehen geringere Sicherheitsrisiken, die Technik eignet sich ideal zum Verkleben unterschiedlicher Werkstoffe und ermöglicht eine größere Gestaltungsflexibilität sowie eine größere Auswahl an Substraten.

• Ist die Klebeverbindung für tragende Anwendungen geeignet?

Das Kleben eignet sich für viele konstruktive Anwendungen. Klebstoffe wie Epoxidharze, strukturelle Acrylklebstoffe und Polyurethane weisen eine hohe Scherfestigkeit auf, verteilen die Belastung gleichmäßig über die Verbindung und eignen sich zum Verkleben von Verbundwerkstoffen, Kunststoffen und dünnen Metallen, ohne dass es zu thermischen Verformungen kommt.

• Was eignet sich besser für Aluminium: Schweißen oder Kleben?

Aluminium lässt sich sowohl schweißen als auch mit Klebstoffen verkleben, wobei Klebstoffe die einfachere Wahl darstellen. In beiden Fällen stellt die Oberflächenoxidschicht des Aluminiums ein Problem dar und muss zunächst entfernt werden. Zum Schweißen von Aluminium sollten spezielle Verfahren wie WIG- oder MIG-Schweißen angewendet werden, wobei ein sehr sorgfältiges Wärmemanagement erforderlich ist, um Löcher im Metall zu vermeiden. Das Schweißen von Aluminium mit anderen Metallen wie Stahl ist aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte der Metalle ebenfalls bekanntermaßen schwierig. Klebstoffe hingegen sind unkomplizierter – sobald die Aluminiumoberfläche vorbereitet ist, haften viele Klebstoffe sehr gut daran. Auch das Verkleben anderer Metalle mit Aluminium stellt kein Problem dar.

• Sind Klebstoffe hochtemperaturbeständig?

Die meisten organischen Klebstoffe sind nicht für Temperaturen über 120 °C (250 °F) geeignet. Permabond stellt jedoch zahlreiche Klebstoffe her, die Temperaturen von über 200 °C (390 °F) problemlos standhalten. Temperaturen über 300 °C (570 °F) führen jedoch bei den meisten Klebstoffen auf organischer Basis zu einer Zersetzung.

• Wie lange halten Verbindungen mit Konstruktionsklebstoff?

Bei korrekter Auswahl, Verarbeitung und Aushärtung halten Verklebungen mit Konstruktionsklebstoffen viele Jahre lang und erreichen oft die Lebensdauer der von ihnen verbundenen Werkstoffe oder übertreffen diese sogar.

• Kann das Kleben Korrosion verringern?

Ja, Klebstoffe können Korrosion verringern, indem sie als Dichtung wirken, die verhindert, dass Feuchtigkeit, Schmutz und Luft in die Fuge eindringen. Klebstoffe fungieren zudem als Leitfähigkeitsbarriere zwischen Metallen, was bei sachgemäßer Anwendung dazu beitragen kann, galvanische Korrosion zu verhindern.

Sollten Sie Fragen zur Wahl zwischen Kleben und Schweißen haben oder Ihre Anwendung mit uns besprechen möchten, wenden Sie sich bitte an uns!