In der Technik unterscheidet man Verbindungen nach ihrer Schlussart in kraft-, form- und stoffschlüssige Verbindungen. Eine Verkeilung in der Holzverarbeitung wäre demnach dem Kraftschluss, eine Zinkung oder Gratung dem Formschluss und eine Verklebung (Verleimung) dem Stoffschluss zuzurechnen.

Verbindungen lassen sich außerdem nach ihren translatorischen und rotatorischen Freiheitsgraden gliedern. Betrachten man ein kartesisches Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Achse, so würden sich zwei Bauteile einer „Verbindung“ mit sechs Freiheitsgraden frei aneinander vorbeischieben und genauso frei drehen, also gar nicht berühren. Eine Verbindung ohne Freiheitsgrade wäre absolut starr. Die Realität liegt – wie so häufig – irgendwo dazwischen, denn in der Regel besteht eine Fuge aus mehr als einem Verbindungspunkt und ein Erzeugnis aus mehr als zwei Bauteilen.

 
Legt man den Betrachtungsfokus auf den Prozess des Fügens von Bauteilen, so lassen sich die entsprechenden Fertigungsverfahren wie in der Hauptgruppe 4 „Fügen“ der DIN 8580 gliedern. Und obgleich sich die vorgenannten Unterscheidungskriterien über alle Technikbereiche hinweg bestens bewährt haben, folgt die Gliederung der Verbindungsprinzipien einer vollkommen anderen Idee.

Die ressourcenschonende wie energiesparende Leichtbaukonstruktion muss im Möbel- und Innausbau das Paradigma der Schraubfestigkeit eines althergebrachten, homogenen Plattenwerkstoffs überwinden, was allerdings nicht bedeutet, dass Festigkeitseinbußen hingenommen werden sollen. Ganz im Gegenteil! Bei der Herstellung von Verbindungspunkten in leichten Sandwichwerkstoffen mit dünnen Deckschichten und weitestgehend materialfreier Kernschicht ist immer genau abzuwägen, welche Sandwichschichten an der Verbindung beteiligt werden sollen. In eine 8 mm starke Deckschicht lässt sich ein Beschlag konventionell verschrauben, sofern eine belastungsgerechte Querzugfestigkeit des Verbundes sichergestellt ist. Die maximale Festigkeit aber wird immer dann erreicht, wenn selbst bei vergleichsweise dünnen Deckschichten von 4, 3 oder weniger als 3 mm beide Deckschichten, oder gar beide Deckschichten und der Kern beteiligt werden.

Demnach sind die nachfolgend dargestellten, sechs Verbindungsprinzipien nach den Kontaktflächen-Paarungen zwischen dem Leichtbau-Sandwichwerkstoff und dem Verbindungsmittel gegliedert. Die Verbindungsrichtung von Seiten der Werkstoff-Breitfläche lässt sich dabei gedanklich auch auf die Richtung von Seiten der Werkstoff-Schmalfläche übertragen, denn auch bei dieser Eingriffsrichtung eines Verbindungsmittels gilt es immer, möglichst beide Sandwichdeckschichten im Angriffspunkt zu beteiligen.

Verbindungsprinzip 6 – im Bild dargestellt an einem in den Sandwichaufbau intergierten Rahmenholz – steht sinnbildlich ebenso für weitestgehend homogene Leichtbauwerkstoffe wie Sperrholz, Stabsperrholz, Blähglas u. dgl. Verbindungsprinzip 1 setzt grundsätzlich eine hohe Abhebefestigkeit der Sandwichdeckschichten voraus, Verbindungsprinzip 2 immer eine sehr hohe Querzugfestigkeit des Plattenverbundes. Die konkrete Eignung eines speziellen Verbindungsmittels für einen speziellen Leichtbauwerkstoff ist im jeweiligen Einzelfall der Datenbank und den dort angefügten technischen Dokumenten zu entnehmen.

Bei Leichtbau denken viele oft an das Offensichtlichste: an eine Reduzierung des Gewichts. Doch Leichtbau ist mehr als das. Neben der Gewichtsreduzierung zielt das Konzept des nachhaltigen Leichtbaus auch auf eine Verbesserung von Leistungsfähigkeit, Funktionsintegration sowie Ressourceneffizienz ab – alles wichtige Faktoren, wenn es um das Erreichen der Nachhaltigkeits- und Klimaziele des „Green Deals“ der EU-Kommission geht. Ebenso deutlich wird die Relevanz der Thematik durch die Initiative Leichtbau des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Durch sie sollen künftig Prozesse, Projekte und Förderprogramme im Zukunftsbereich Leichtbau gebündelt und gefördert werden. Eine Technologie kann dabei nicht außer Acht gelassen werden: die Klebtechnik. Sie geht mit der Leichtbauweise Hand in Hand.

Ob Kunststoffe, Faserverstärkte Verbundwerkstoffe, Aluminium, Glas oder Holz: mithilfe der Klebtechnik können nahezu alle Materialkombinationen – sowohl aus identischen als auch unterschiedlichen Werkstoffen – miteinander verbunden werden. Die Materialeigenschaften und die damit verbundenen Vorteile, wie beispielsweise die Gewichtseinsparung, können so erhalten bleiben. Ein Pluspunkt, den andere Fügetechniken wie das Schweißen, Löten, Nageln oder Schrauben oft nicht mit sich bringen. Mithilfe der Klebtechnik können daher bei steigender Leistung leichtere, kleinere und effizientere Produkte entwickelt werden, die sowohl mit ökonomischen als auch ökologischen Vorteilen einhergehen.

Der feste Verbund macht den Unterschied! Die Festigkeit eines Werkstoffs oder Werkstoffverbundes beschreibt den mechanischen Widerstand, mit dem er sich einer Trennung oder einer dauerhaften, plastischen Verformung entgegensetzt. Die Festigkeitswerte hängen dabei von Art des Werkstoffs, dem Zustand, der Temperatur, der Größe der Belastung und der Belastungsgeschwindigkeit ab. Die statische Festigkeit als werkstoffspezifischer Widerstand gegen eine irreversible Verformung entspricht der maximalen Spannung σ [N/mm²], also dem Verhältnis von Kraft F [N] zur Fläche A [mm²], die der Verformung aufgrund einer angreifenden Kraft im Inneren des Werkstoffs entgegenwirkt.

Im Möbel- und Innenausbau werden insbesondere horizontal angeordnete Bauteile häufig kritisch belastet. Die unerwünschte Durchbiegung adressiert die Steifigkeit des Bauteils – und die hängt einerseits von der Elastizität des verwendeten Werkstoffs oder Werkstoffverbundes ab. Ausgedrückt wird dies durch den Elastizitätsmodul E [N/mm²], also das Verhältnis von der sich aus der aufgebrachten Kraft ergebenden Spannung σ [N/mm²] zur dadurch erwirkten elastischen – also reversiblen – Dehnung ε_el [mm/mm].

Auf der anderen Seite hängt die Steifigkeit des Bauteils aber insbesondere auch von der vollkommen materialunabhängigen Geometrie des Bauteils ab, also von seinem wirksamen Querschnittsprofil entgegen der Belastungsrichtung, ausgedrückt im Flächenträgheitsmoment I [mm⁴]. Dabei geht die Bauteilhöhe mit dritter Potenz in die Berechnung ein: Bauteilbreite b [mm] x Bauteilhöhe h³ [mm³] / 12. Und die Höhe eines Sandwichbauteils lässt sich natürlich nur dann vorteilhaft nutzen, wenn bei der Grundfertigung eine ausreichend hohe Verbundfestigkeit realisiert wird. Dies geschieht nahezu ausnahmslos durch einen Stoffschluss zwischen Kern- und Deckschichten, in den überwiegenden Fällen durch Kleben. Die vorstehende Grafik visualisiert am Beispiel von zwei aufeinander geschichteten Balken modellhaft die Zusammenhänge.  Unabhängig vom eigesetzten Material beträgt die Durchbiegung Δ [mm] der miteinander verleimten Balken bei identischer Krafteinwirkung und Auflagerung nur ein Viertel der ausschließlich aufeinander geschichteten, aber nicht verbundenen, gleich großen Balken.

Die folgende Grafik (Gliederung 1) gliedert den Klebstoffeinsatz in der Leichtbaukonstruktion von Möbeln und Innenausbauten entlang der drei grundsätzlichen Prozessphasen (Kopfzeile, orange unterlegt), von der Grundfertigung der Leichtbauwerkstoffe und -halbzeuge, über die Verarbeitung zu Leichtbauteilen und -produkten bis zu Reparaturverklebungen, welche im Sinne der C0₂-Reduktion die Phase der Produktbenutzung erheblich verlängern können. Hieraus ergeben sich in der zweiten Zeile (mittelblau unterlegt) insgesamt sechs verschiedene Einsatzbereiche von Klebstoffen, welche Ihnen einen direkten, anwendungsorientierten Einstieg in die Datenbank ermöglichen (Links zu den Datenbankeinträgen unterhalb der Grafik). Die hellblau unterlegten Felder illustrieren die einzelnen Einsatzbereiche mit entsprechenden Beispielen. Konkrete Produkte und deren Leistungsdaten sind den jeweiligen Datenbankeinträgen der Klebstoffhersteller zu entnehmen.

Stehen bei der Produktsuche bereits wichtige Klebstoffeigenschaften und Merkmale der Verarbeitungsprozesse im Vordergrund, so eignet sich die tabellenartige Grafik (Gliederung 2). Anhand der Auswahl zwischen Heiß- oder Kaltklebstoffen und der Wahl zwischen industriellen oder handwerklichen Klebstoffanwendungen lassen sich reaktive und nicht reaktive Klebstoffsysteme sowie schnell- und normalhärtende Klebstoffe identifizieren. Die Verlinkung mit den Datenbankeinträgen erfolgt über die Tabelle gleich unterhalb der Grafik.

Jede erfolgreiche Klebverbindung setzt die geeignete Klebstoffverarbeitung in robusten Fertigungsprozessen voraus. Und hier werden seitens der Anlagen-, Maschinen- und Aggregatehersteller auch zahlreiche Schritte des Vorbereitens, des Förderns und Dosierens sowie des Applizierens von Klebstoffen automatisiert und verkettet angeboten. Die Grafik verweist auf relevante Aspekte der Klebstoffverarbeitung im Kontext der industriellen Fertigung von Leichtbauprodukten.

Dabei zielen die dargestellten Verfahrensschritte der Klebstoffvorbereitung (Mischen der Klebstoffe, Viskositätseinstellung, Homogenisierung und Klimatisierung) im Kern auf die Herstellung der Klebschichtfestigkeit, also die Kohäsionsfestigkeit (Zusammenhangskraft) der Klebstoffe. Eine wirksame Verklebung wird darüber hinaus durch zahlreiche Verfahrensschritte zur Oberflächenbehandlung (Oberflächenvorbereitung: säubern, passend machen, entfetten; Oberflächenvorbehandlung: mechanische, chemische, physikalische Vorbehandlung; Oberflächennachbehandlung: klimatisieren, auftragen von Primern) bestimmt, welche die Ausbildung der Adhäsionskräfte (Anhangskräfte) zwischen Fügeteiloberflächen und Klebschicht verfolgen. Diese Verfahrensschritte werden in der Datenbankrubrik zu „Maschinen- und Anlagen“ entsprechende Berücksichtigung finden.