Kleben statt Schrauben, Nieten oder Schweißen: Wann strukturelles Kleben die bessere Fügetechnik ist

Wann ist Kleben die bessere Fügetechnik?

Strukturelles Kleben ist dann im Vorteil, wenn Kräfte gleichmäßig über eine Fläche verteilt werden sollen, wenn unterschiedliche Werkstoffe wie Metall, Kunststoff und Glas verbunden werden, wenn dünnwandige oder empfindliche Bauteile ohne thermische Verformung gefügt werden müssen oder wenn die Verbindung zugleich abdichten und Korrosion vermeiden soll. Schrauben und Nieten bleiben vorteilhaft, wenn eine lösbare Verbindung, eine sofortige Belastbarkeit ohne Aushärtezeit oder eine einfache Prüfbarkeit gefragt ist. Schweißen behält seine Stärke bei hochbelasteten Stahlkonstruktionen mit gleichem Grundwerkstoff. In der Praxis entscheidet die Beanspruchungsart, die Werkstoffkombination und die geforderte Nutzungsdauer darüber, welches Verfahren oder welche Kombination geeignet ist.

Warum die Wahl der Fügetechnik eine strategische Entscheidung ist

Die Fügetechnik wird in vielen Betrieben als Detailfrage der Fertigung behandelt, obwohl sie über zentrale Produkteigenschaften entscheidet. Wie ein Bauteil verbunden wird, beeinflusst seine Festigkeit, sein Gewicht, sein Korrosionsverhalten, seine Optik und die Kosten der Montage. Eine früh getroffene, wenig hinterfragte Entscheidung für das gewohnte Verfahren kann sich über die gesamte Produktlebensdauer auswirken.

Mechanische Verbindungen wie Schrauben und Nieten sind seit Jahrzehnten die bekannteste Lösung in der Metallverarbeitung. Sie sind vertraut, gut prüfbar und lösbar. Ihre Bekanntheit bedeutet jedoch nicht, dass sie für jede Anwendung die beste Wahl sind. Jede Bohrung schwächt das Bauteil an der höchstbelasteten Stelle und schafft einen Angriffspunkt für Korrosion. Genau an diesem Punkt setzt das strukturelle Kleben an, das die Last nicht punktuell, sondern flächig überträgt.

Für Konstrukteure und technische Einkäufer ergibt sich daraus eine klare Aufgabe. Die Fügetechnik gehört bereits in der Konstruktionsphase bewusst bewertet, nicht erst in der Fertigung nachträglich festgelegt. Der Vergleich der Verfahren anhand technischer Kriterien ist die Grundlage dieser Bewertung.

Warum Kleben Kräfte anders überträgt

Der grundlegende Unterschied zwischen Kleben und mechanischem Fügen liegt in der Art der Krafteinleitung. Eine Schraube oder ein Niet überträgt die Last über wenige Punkte, an denen sich die Spannung konzentriert. Eine Klebeverbindung verteilt dieselbe Last über die gesamte Klebefläche, wodurch Spannungsspitzen vermieden werden und die Belastbarkeit der Fügestelle steigt.

Entscheidend für die Haftung ist die Oberflächenenergie der zu verbindenden Werkstoffe. Je nach Werkstoff lässt sich die Benetzbarkeit durch Reinigen, Anrauen, Beflammen oder eine Plasma- beziehungsweise Corona-Vorbehandlung gezielt verbessern. Sie ist ein Maß dafür, wie gut ein Klebstoff eine Oberfläche benetzt. Metalle besitzen mit Werten zwischen etwa 1.000 und 5.000 mN/m eine hohe Oberflächenenergie und lassen sich daher gut benetzen. Kunststoffe liegen deutlich niedriger, Polytetrafluorethylen erreicht mit rund 18 mN/m einen Extremwert, weshalb solche Werkstoffe ohne Vorbehandlung kaum verklebbar sind. Diese physikalische Grundlage erklärt, warum die Oberflächenvorbereitung über den Erfolg einer Klebung entscheidet.

Auch die erreichbaren Festigkeiten unterscheiden sich je nach Klebstoffsystem. Reaktive Konstruktionsklebstoffe auf Acrylatbasis erreichen Zugscherfestigkeiten von etwa 20 MPa, während Epoxidharzklebstoffe mit 30 bis 40 MPa die höchsten Werte liefern, dafür aber eine besonders sorgfältige, fett- und staubfreie Oberflächenvorbereitung verlangen. Viskoelastische Acrylatschaum-Klebebänder wiederum gleichen Unebenheiten aus und nehmen durch ihre Dehnbarkeit Schwingungen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf.

Fügeverfahren im direkten Vergleich

Die folgende Tabelle stellt die vier gängigen Fügeverfahren anhand der für die Konstruktion wesentlichen Kriterien gegenüber. Sie ersetzt keine Einzelfallbewertung, ordnet die Verfahren aber in ihren typischen Eigenschaften ein.

Die Übersicht zeigt, dass kein Verfahren in allen Kriterien überlegen ist. Kleben punktet bei Lastverteilung, Werkstoffvielfalt und Korrosionsschutz, während Schrauben bei Lösbarkeit und sofortiger Belastbarkeit im Vorteil bleiben. Die Entscheidung ist daher immer anwendungsbezogen zu treffen.

Die Vorteile des Klebens im Detail

Über die reine Lastverteilung hinaus bietet das strukturelle Kleben mehrere Eigenschaften, die in der Konstruktion zunehmend genutzt werden. Da keine Bohrungen erforderlich sind, bleibt der Oberflächenschutz aus Zink oder Lack intakt, und das Bauteil wird nicht geschwächt. Beim Verbinden ungleicher Metalle isoliert der Klebstoff die Werkstoffe voneinander und verringert so das Risiko galvanischer Korrosion.

Ein weiterer Vorteil betrifft das Gewicht. Weil die Last gleichmäßig verteilt wird, können Werkstoffe dünner ausgelegt werden, ohne an Festigkeit zu verlieren. Diese Eigenschaft ist ein zentraler Grund für die Verbreitung des Klebens im Leichtbau. Da das Kleben bei Raumtemperatur erfolgen kann, entfällt zudem die thermische Verformung, die beim Schweißen dünner Bleche auftritt, und die Optik der Bauteile bleibt unverändert.

Wie stark diese Effekte wirken, zeigen dokumentierte Anwendungsfälle aus der Fertigung. Ein Hersteller von Medizinschränken stellte die Fertigung vom Punktschweißen auf ein Hochleistungsklebeband um und reduzierte nach eigenen Angaben die Herstellungskosten um etwa 20 Prozent, bei gleichzeitig verbesserter Optik ohne Verzug. Ein Schilderhersteller beschleunigte durch den Wechsel auf ein Klebeband die Montage erheblich und senkte die Arbeitszeit für bestimmte Anwendungen deutlich. Solche Beispiele verdeutlichen, dass der wirtschaftliche Vorteil oft weniger im Materialpreis als in der schnelleren, einfacheren Verarbeitung liegt.

Wirtschaftlichkeit: Der Klebstoff ist selten der größte Kostenfaktor

Hochwertige Strukturklebstoffe oder Hochleistungsklebebänder sind in der Anschaffung häufig teurer als Schrauben oder Nieten. Ihr Anteil an den Gesamtkosten einer Verbindung ist jedoch meist gering. Wesentlich stärker wirken sich Prozesskosten aus, etwa für Bohren, Entgraten, Korrosionsschutz, Nacharbeit oder das Ausrichten der Bauteile.

Wer die Wirtschaftlichkeit einer Fügetechnik bewertet, sollte deshalb nicht allein den Materialpreis vergleichen, sondern den gesamten Fertigungsprozess betrachten. In vielen Anwendungen entstehen die größten Einsparungen durch kürzere Montagezeiten, weniger Nacharbeit und den Wegfall zusätzlicher Bearbeitungsschritte. Erst diese Gesamtkostenbetrachtung zeigt, ob eine Klebeverbindung wirtschaftlicher ist als eine mechanische Lösung.

Die Grenzen des Klebens ehrlich benannt

Kleben ist kein Verfahren, das mechanisches Fügen in jedem Fall ersetzt. Seine Vorteile lassen sich nur unter bestimmten Bedingungen realisieren, und mehrere Einschränkungen sind bei der Auswahl zu beachten. Je nach Klebstoffsystem können hohe Dauertemperaturen oder intensive UV-Belastung die Eigenschaften beeinflussen und müssen bereits bei der Werkstoffauswahl berücksichtigt werden.

Die Verbindung ist in der Regel nicht zerstörungsfrei lösbar, was Reparatur und Demontage erschwert. Für Wartungs- oder Reparaturverbindungen ist deshalb häufig eine Kombination aus Kleben und lösbaren mechanischen Verbindungselementen sinnvoll. Sie ist nicht sofort voll belastbar, da der Klebstoff erst aushärten muss. Klebeverbindungen sind zudem empfindlich gegenüber Schäl- und Spaltbeanspruchung, während sie Scher- und Zugkräfte gut aufnehmen. Die Konstruktion muss daher so ausgelegt sein, dass die Fügestelle möglichst auf Scherung und nicht auf Schälung belastet wird.

Die größte Einschränkung liegt in der Prozessabhängigkeit. Eine Klebung lässt sich nach dem Fügen nicht vollständig zerstörungsfrei prüfen, weshalb die Qualität allein über den beherrschten Prozess sichergestellt werden kann. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung weist darauf hin, dass Klebfehler im industriellen Einsatz zum größten Teil durch Anwendungsfehler entstehen, nicht durch den Klebstoff selbst. Wer klebt, muss den Prozess von der Oberflächenvorbereitung bis zur Aushärtung sicher beherrschen.

Regulatorischer Rahmen: DIN 2304 und der Übergang zur ISO 21368

Für lastübertragende, also kraftschlüssige Klebverbindungen gibt es einen verbindlichen normativen Rahmen. Die DIN 2304 legt die Qualitätsanforderungen an Klebprozesse in der allgemeinen Industrie fest. Die DIN 2304 ist keine Produktnorm, sondern eine Prozessnorm. Sie verlangt drei Kernelemente: die Klassifizierung der Klebungen nach Sicherheitsanforderungen, den Einsatz von qualifiziertem Klebaufsichtspersonal und den Nachweis, dass die Beanspruchung kleiner bleibt als die Beanspruchbarkeit. Das Kleben gilt nach DIN EN ISO 9001 als spezieller Prozess, dessen Ergebnis nicht umfassend zerstörungsfrei geprüft werden kann, weshalb die Prozesskette dokumentiert und überwacht werden muss.

Der regulatorische Rahmen befindet sich derzeit im Wandel. Nach Angaben des Fraunhofer IFAM wird die DIN 2304-1:2020 Ende 2026 zurückgezogen und durch die DIN EN ISO 21368 als maßgebende Norm für die allgemeine Industrie ersetzt. Für den Schienenfahrzeugbau gelten mit der DIN 6701 und der EN 17460 eigene, vergleichbar strukturierte Regelwerke. Unternehmen sollten den bevorstehenden Normenwechsel frühzeitig in ihre Qualitäts- und Klebprozesse einbeziehen.

Aus der Kombination der beiden Perspektiven, der technischen Vorteile des Klebens und der normativen Anforderungen, ergibt sich der eigentliche Kern der Entscheidung. Kleben ist nicht deshalb anspruchsvoll, weil die Klebstoffe unzuverlässig wären, sondern weil ihr Vorteil nur bei diszipliniertem Prozess zum Tragen kommt. Die Wahl zwischen Kleben und mechanischem Fügen ist damit nicht allein eine technische, sondern auch eine organisatorische Entscheidung.

Klebstoffsysteme und Anbieter im Überblick

Für die strukturelle Verbindung stehen im Wesentlichen zwei Produktgruppen zur Verfügung: flüssige Konstruktionsklebstoffe und doppelseitige Hochleistungsklebebänder. Flüssige Zweikomponenten-Klebstoffe auf Epoxid-, Acrylat- oder Polyurethanbasis eignen sich für hochbelastete Verbindungen und lassen sich in der Festigkeit gezielt auslegen. Hochleistungsklebebänder aus viskoelastischem Acrylatschaum sind einfacher und sauberer zu verarbeiten und eignen sich für flächige, spannungsfreie Verklebungen.

Im Bereich der Acrylatschaum-Klebebänder ist 3M mit dem VHB Klebeband-Sortiment seit über 30 Jahren einer der etablierten Marktstandards. Die Bänder bestehen vollständig aus geschlossenzelligem Acrylatklebstoff und bauen eine flächige, temperatur-, witterungs- und UV-beständige Verbindung auf. Der Markt umfasst jedoch mehrere leistungsfähige Anbieter. Tesa bietet mit der ACXplus-Reihe vergleichbare Acrylatschaum-Systeme, Lohmann mit den DuploCOLL-Produkten und Nitto mit eigenen Hochleistungsbändern. Im Bereich der flüssigen Konstruktionsklebstoffe sind neben 3M vor allem Henkel mit der Marke Loctite sowie Sika etabliert. Da die Systeme unterschiedlicher Anbieter für ähnliche Anwendungen konzipiert sind, lohnt der Vergleich anhand der geforderten Festigkeit, der Temperaturbeständigkeit, der Verarbeitung und der technischen Beratung.

Wann eignen sich Klebebänder und wann flüssige Klebstoffe?

Die Wahl hängt vor allem von der Anwendung und den Anforderungen an die Verbindung ab. Hochleistungsklebebänder eignen sich besonders für großflächige, gleichmäßige Verklebungen sowie für Anwendungen, bei denen eine saubere Optik, Dichtheit und Vibrationsdämpfung im Vordergrund stehen. Sie lassen sich einfach verarbeiten und erreichen ihre Endfestigkeit ohne aufwendiges Dosieren.

Flüssige Strukturklebstoffe kommen dagegen zum Einsatz, wenn Spalte ausgeglichen werden müssen, sehr hohe Festigkeiten gefordert sind oder komplexe Geometrien miteinander verbunden werden. Sie bieten größere konstruktive Freiheiten, erfordern jedoch eine sorgfältige Oberflächenvorbereitung sowie die Einhaltung der jeweiligen Aushärtebedingungen.

Ein Blick in die Fahrzeugindustrie

Wie weit das strukturelle Kleben tragen kann, zeigt der Fahrzeugbau. Im modernen Automobilbau werden Karosserien längst nicht mehr allein geschweißt, sondern in großem Umfang geklebt. Ein Grund dafür ist der Leichtbau, denn geklebte Verbindungen erlauben den Einsatz dünnerer Bleche und die Kombination von Stahl mit Aluminium und Faserverbundwerkstoffen, die sich nicht sinnvoll miteinander verschweißen lassen. Über die Länge einer Fahrzeugkarosserie summieren sich mehrere Hundert Meter struktureller Klebnähte.

Für die allgemeine Industrie ist daraus eine übertragbare Erkenntnis abzuleiten. Wenn eine sicherheitskritische Anwendung wie der Fahrzeugbau seit Jahren auf strukturelles Kleben setzt und dies über eigene Normen wie die DIN 6701 im Schienenfahrzeugbau absichert, dann ist die Technik ausgereift. Die Voraussetzung ist in allen Fällen dieselbe, nämlich ein beherrschter, dokumentierter Klebprozess mit qualifiziertem Personal.

Checkliste: Fügetechnik richtig auswählen

Die folgende Checkliste unterstützt die Bewertung der Fügetechnik in der Konstruktions- und Beschaffungsphase und eignet sich als Grundlage für die Abstimmung zwischen Konstruktion, Fertigung und Einkauf.

Prüfpunkte zur Wahl der Fügetechnik

☐ Beanspruchungsart bestimmt (Zug, Scherung, Schälung, dynamisch, statisch)
☐ Werkstoffkombination geprüft (gleiche oder ungleiche Werkstoffe, Oberflächenenergie)
☐ Anforderung an Lösbarkeit und Reparierbarkeit geklärt
☐ Bedarf an Dichtfunktion und Korrosionsschutz berücksichtigt
☐ Gewichtsziele und Leichtbaupotenzial bewertet
☐ Aushärtezeit und Taktzeit der Fertigung abgeglichen
☐ Oberflächenvorbereitung und erforderliche Primer festgelegt
☐ Sicherheitsklasse der Klebung nach DIN 2304 eingestuft
☐ Qualifiziertes Klebaufsichtspersonal und dokumentierter Prozess vorhanden
☐ Übergang von DIN 2304 zu DIN EN ISO 21368 (ab Ende 2026) berücksichtigt
☐ Mehrere Klebstoff- oder Klebebandanbieter nach Festigkeit und Beratung verglichen
☐ Gegebenenfalls Kombination mehrerer Fügeverfahren geprüft

Fazit: Fügetechnik gehört in die Konstruktionsentscheidung

Strukturelles Kleben ist in vielen Anwendungen eine leistungsfähige Alternative zu Schrauben, Nieten und Schweißen, insbesondere bei flächiger Lastverteilung, bei ungleichen Werkstoffen und im Leichtbau. Es ersetzt die mechanischen Verfahren jedoch nicht pauschal, sondern ergänzt sie. Wo Lösbarkeit, sofortige Belastbarkeit oder einfache Prüfbarkeit im Vordergrund stehen, bleiben Schrauben und Nieten die richtige Wahl. Häufig ist die Kombination mehrerer Verfahren die beste Lösung.

Für Konstruktion und Einkauf empfiehlt es sich, die Fügetechnik nicht als nachgelagerte Fertigungsfrage, sondern als Teil der Konstruktionsentscheidung zu behandeln. Wer die Beanspruchung, die Werkstoffe und die normativen Anforderungen früh bewertet und den Klebprozess bei kraftübertragenden Verbindungen sauber aufsetzt, nutzt die Vorteile des Klebens und vermeidet die typischen Anwendungsfehler.