Nieten, Schweißen, Kleben: Drei Verfahren für das Verbinden von Aluminiumprofilen

Der Werkstoff Aluminium wird auch von Heimwerkern häufig verwendet. Aluminiumprofile verbinden ist deshalb eine häufig vorkommende Arbeit bei Hobbyisten. Das beliebte Material findet aber auch in der Industrie vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Im Fahrzeug- oder im Flugzeugbau ist Aluminium häufig anzutreffen. Es ist unter anderem deshalb so weit verbreitet, weil das Material außerordentlich leicht ist.

Allerdings ist Aluminium auch besonders weich, vor allem im Vergleich mit seinem ärgsten Konkurrenten, dem Stahlblech. Deshalb werden ihm auch diverse Fremdstoffe zugesetzt. Was allgemein als Aluminium gilt, ist tatsächlich oft eine Aluminium-Legierung. Dabei werden dem Reinaluminium ( mit einem Anteil von 99,5 Prozent) andere Metalle wie Kupfer, Magnesium, Mangan, Zink oder Silicium beigefügt. Bei diesen Legierungen ergibt sich eine höhere Festigkeit, die erheblich steigerbar ist. Dennoch bleibt das geringe Gewicht erhalten. In vielen Fällen wird den Aluminiumlegierungen nachgesagt, sie haben eine Festigkeit, die mit Stahl verglichen werden kann. Andererseits sind sie nur halb so schwer wie der traditionelle Werkstoff.

Aluminiumprofile verbinden – verschiedene Verfahren

Als Konstruktionsbaustoff ist Aluminium weit verbreitet, weil es weich und damit gut verarbeitet und geformt werden kann. Es ist korrosionsbeständig und außerdem relativ sehr dehnbar. Von den Fügetechniken sind drei besonders häufig zu finden: Zunächst ist das Nieten zu nennen, das im Flugzeugbau überwiegend angewendet wird. Beim Schweißen von Aluminium sind die Schweißmethoden MIG, WIG und CMT zu nennen.

Unter Schutzgas (etwa Argon) brennt beim Metall-Inertgas-Schweißen oder MIG-Schweißen zwischen dem Werkstück und der abschmelzenden Elektrode ein Lichtbogen. Die Methode eignet sich für Verbindungen von Aluminium und seinen Legierungen sowie für andere Nichteisen-Metalle. Aber auch das Wolfram- Inert-Gas-Schweißen, kurz WIG-Schweißen, ist eine übliche Verbindungsart von Aluminium. Bei diesem Verfahren wird mit Wechselstrom geschweißt. Von der nicht abschmelzenden, temperaturbeständigen Wolframelektrode geht ein Lichtbogen aus, der das Aluminium erwärmt und in einen flüssigen Zustand versetzt. Inerte Schutzgase treten von einer Düse aus, welche die stumpfe Elektrode umgibt.

Eine sehr moderne Methode ist das CMT-Schweißen oder Cold-Metal-Transfer-Schweißen. Das Schweißgerät ist hierbei ein MIG-/MAG-System, das jedoch mit einem dynamischen Drahtantrieb ergänzt wird, der sich unmittelbar am Schweißbrenner befindet. Die Rückwärts- und Vorwärtsbewegung des Schweißdrahts erfolgt durch eine elektronische Steuerung. Es löst sich jeweils nur ein einziger Schmelztropfen, was die Bildung von Spritzern zuverlässig verhindert.

Das Kleben von Aluminium

Metall verfügt über eine hohe Oberflächenenergie. Damit gehört es zu den Materialien, die sich gut kleben lassen. Für Aluminium gilt Dasselbe. Eine sachgerechte Ausführung vorausgesetzt, sind Klebeverbindungen in vielen Fällen im Vergleich mit einer Schweißnaht sogar haltbarer. Darüber hinaus hat die Klebeverbindung einen entscheidenden Vorteil vor anderen Fügeverfahren. Weil eine starke Erwärmung hier nicht stattfindet, bleibt die ursprüngliche Festigkeit des Werkstoffs erhalten. Allerdings ist die schnelle und hohe Oxidation bei Aluminium kritisch zu sehen. Die Oxidschicht wirkt wie eine Trennschicht, ist porös und spröde, was auf die Dauer zum Ablösen des Klebstoffs führen kann. Sollen Festigkeitswerte oberhalb der Bruchgrenze des Aluminiumoxid erreicht werden (etwa 15 N/mm2), bedarf des deshalb einer gründlichen Vorbehandlung der Oberflächen. Auf diese Weise verbessert sich die Benetzung mit dem Klebstoff.

Verwendbare Klebstoffe

Aluminiumteile verklebt man üblicherweise mit den sogenannten Konstruktionsklebstoffen, also mit 1K- oder 2K-Epoxidharz, 2K-Acrylat oder 2K-Polyurethan. Mit Epoxidharz lässt sich Aluminium sehr gut kleben. Das gilt auch für die Acrylatklebstoffe, die bei der Festigkeit allerdings nicht mithalten können. Bei Epoxidharz entstehen Festigkeiten von bis zu 40 Megapascal (MPa), nur ist hier eine überaus gründliche Oberflächenvorbereitung unumgänglich. Epoxidharz-Kleber sind frei von Lösemitteln und härten unter Druck und Wärme ( in der 1K-Variante) aus oder bei normaler Raumtemperatur (2K). Die Zufuhr von Wärme beschleunigt die Aushärtung. 

Acrylatklebstoffe

Mit ihren 20 Mpa weisen Acrykatklebstoffe eine hohe Schlagfestigkeit sogar bei einer dynamischen Belastung auf. Meist sind sie zähelastisch, die Verarbeitungszeiten sind kurz, schnell erfolgt der Aufbau der Festigkeit. Der Klebstoff erzielt hohe Festigkeiten bei Aluminium und auch zu deiner Reihe von anderen Werkstoffen wie Elastomeren, Kunststoffen oder auch Stahl.

Polyurethanklebstoffe

Durch ihre lange Verarbeitungspanne eignen sich die reaktiven 2K-Klebstoffe auf Polyurethanbasis (PUR) besonders für das Fixieren größerer Flächen mit unterschiedlichen Materialien. So verwendet der Fahrzeugbau einen 2K-PUR-Metallklebstoff sogar, wenn Aluguss zu kleben ist. Wesentlich bei der Anwendung sind die Verarbeitungs- oder Topfzeit sowie die Härtezeit, nach der die Endfestigkeit erreicht wurde. Der Hersteller informiert auf seinen Produkten den Nutzer über diese Parameter des Klebers. Grundsätzlich empfehlen die Unternehmen, eine Klebeverbindung wenigstens einen Tag lang aushärten zu lassen. Erst dann können die verklebten Komponenten belastet werden.