Der große Klebe-Guide, Teil 1: Wirkweise von Klebstoffen und Einsatz im Yachtbau

​Die Inhalte in diesem Special

• ​Teil 1: Wirkweise von Klebstoffen und Einsatz im Yachtbau
• Teil 2: Grundlagen zum Wunderharz Epoxy
• Teil 3: Welches Harz für welchen Zweck?
• Teil 4: Beschichten, Hohlkehle, Löcher
• Teil 5: Rohre, Spachteln, Beams, Beschläge

Kleben hat kein gutes Image – zu groß die erlebten Enttäuschungen, zu gering das Vertrauen in die Verbindungen bei vielen Menschen. Das jedoch völlig zu Unrecht. In einem Auto waren vor 20 Jahren rund 3.000 Schrauben verbaut, heute sind es nur noch etwa 1.000. Der Rest wird geklebt. Auch Punktschweißungen, die stets Korro­sionsprobleme mit sich bringen, werden zusehends chemisch zusammengehalten. Rost gehört damit der Vergangenheit an, bei mindestens gleicher Steifigkeit der Fahrzeuge.

Auch große Flugzeuge wie der A 380 sind ohne Klebungen gar nicht zu realisieren, zu vielfältig die Materialien, die zusammengefügt werden müssen: Alu, Titan, Kohlefaser. Schweißen? Unmöglich! Leichtbau ist das Stichwort und Kleben das Gebot der Stunde. Immerhin wird pro Bundesbürger im Jahr im Schnitt etwa 6,5 Kilogramm Klebstoff verbraucht, Tendenz steigend. Kleben ist also auf dem Vormarsch.

Produkte für die Verwendung an Bord

Natürlich macht diese Entwicklung auch vor dem Yachtbau nicht Halt, unterstützt durch die Tatsache, dass der Umgang mit Harz und Härter in den meisten Werften ja ohnehin zum Tagesgeschäft gehört. So werden Strongbacks eingeklebt und nicht un­bedingt immer auch per Winkellaminat mit dem Rumpf verbunden. Das ist oft auch gar nicht erforderlich. Schotten werden mit MS-Polymeren befestigt. Laminieren? Unnötig! Und auch Rumpffenster werden eingeklebt. Keine Schrauben, keine mechanische Fixierung, nur der Kleber. Und weich ist nicht unbedingt das erste Stichwort, das einem bei modernen Schiffen in den Sinn kommt, im Gegenteil. Der Struktur und damit der Steifigkeit heutiger Entwürfe scheint das Kleben nicht zu schaden.

Wie wirkt Klebstoff?

Auch Deckenpaneele halten mittels der Wunderpaste, genauso wie die einzelnen Lagen von Laminatsegeln oder das Deck am Rumpf, was eine Extraportion Längssteifigkeit mit sich bringt. „Diese Verbindung ist geklebt so gut, da würden Schrauben nur stören“, kommentiert Dennis Hennevanger von der Saffier-Werft. Die Holländer kleben bei allen größeren Typen die Decks auf. „Ohne Probleme, immer dicht. Und wer mit einem unserer Schiffe bei viel Wind segelt, weiß, wie fest sie sind.“

Für die Werften ist der Prozess also Alltag. Doch was ist Kleben eigentlich genau, und wann ist es an Bord sinnvoll einsetzbar? Welche verschiedenen Arten Klebstoff gibt es und wofür? Und kann man als Eigner auch selbst sinnvoll mit Klebern arbeiten?

Adhäsion und Kohäsion

Kleber sind üblicherweise flüssig oder pas­tös und werden im Laufe der Verwendung fester oder gar hart. Die Verbindung der Bestandteile und die damit einhergehende Aushärtung ist die Kohäsion, also die Verbindung des Klebers mit sich selbst.

Die lässt sich ganz gut steuern. Einkomponentige Mittel reagieren mit ihrer Umwelt, etwa der Luftfeuchtigkeit. Daher sind die Verarbeitungsangaben der Hersteller so wichtig. Mehrkomponentige Kleber, wie etwa Harze, härten durch Reaktion der Bestandteile untereinander aus. Das lässt sich prima steuern, setzt aber zum einen das präzise Verhältnis der beiden Komponenten zueinander und zum anderen die korrekten Umgebungsbedingungen wie die richtige Temperatur voraus, damit die Reaktion vollständig abläuft. Epoxidharz etwa benötigt in der Regel mindestens 10 Grad Celsius, um zu reagieren. In jedem Fall ist es daher entscheidend, die Bearbeitungsvorgaben des Herstellers genau einzuhalten. Nur so wird der Kleber am Ende seine gewünschte Festigkeit erreichen.

​Der andere Teil einer guten Verbindung ist die Adhäsion, also die Haftung des Klebers an der Oberfläche, auf die geklebt wird. Die Vorbereitung beider Seiten ist ungemein wichtig. Klar: Auf einer staubigen oder fettigen Fläche haftet nichts. Ebenso ist eine besonders glatte Kontaktschicht ungünstig. Der Kleber benötigt, vereinfacht gesagt, die Möglichkeit, sich an seinem Gegenüber festzu­krallen. Benetzung ist dabei das Stichwort.

Die Schlüsselfrage ist: Würde die Oberfläche feucht bleiben, wenn man Wasser dar­über schüttet? Bei einem mit Topcoat bestrichenen Laminat wird es sofort abperlen. Ist die Farbe jedoch abgeschliffen, das Laminat rau und entfettet und frei von Staub, dann wird die Oberfläche zunächst feucht bleiben. Auch spezielle Primer können schwierige Oberflächen für Kleber vorbereiten. Fett auf einer Fläche verhindert ebenso wie Staub die Anhaftung von Wasser – und damit auch Klebern.

Hier helfen Lösungsmittel wie Aceton, die Oberflächen so gut wie möglich vorzubereiten. Auch müssen verschiedene Substrate unterschiedlich angeschliffen werden: Holz etwa mit 80er-Papier, Polyester mit 120er, Stahl braucht 100er und Aluminium gar 300er. Dies als grobe Richtwerte für die Vorbereitung.

Primär oder Sekundär?

Beim Kleben wird zwischen primären und sekundären Verbindungen unterschieden. Von ersteren spricht man, wenn der Untergrund noch chemisch aktiv ist, die Härtung also noch nicht vollständig abgeschlossen ist, wenn das zu klebende Element aufgebracht wird. Bei Epoxidharz sind das in der Regel 24 Stunden. Die nächste Lage würde sich dann nicht nur mechanisch mit der Oberfläche verbinden, sondern auch eine chemische Verbindung eingehen, da im Untergrund noch Reaktionspartner zur Ver­fügung stehen, die sich für eine Bindung anbieten – es entsteht Kohäsion. Diese ist zudem ungleich fester als die rein mechanische Anhaftung.

Nicht unwichtig, denn wenn die Verarbeitungsintervalle eingehalten werden, ist ein Zwischenschleifen, um mechanische Haftung zu ermöglichen, nicht erforderlich. Das kann etwa bei der Planung der verschiedenen Lagen beim Wiederaufbau der vielen Lagen auf den Rumpf nach einer Osmose­behandlung berücksichtigt werden. Denn wer will schon das Unterwasserschiff erneut anschleifen, wenn sich das durch Planung vermeiden lässt?

Sowohl im Yachtbau als auch für den Eigner, der in seinem Schiff etwas ankleben muss, wird es jedoch zumeist um sekundäre Klebungen gehen. Denn der Untergrund wird zumeist schon ausgehärtet sein, wenn etwas angebracht wird. So wird etwa das Deck einer Yacht erst viele Tage nach dem Aushärten des Rumpfes aufgeklebt. „Das geht ja gar nicht anders“, erklärt Hennevanger die Sicht der Werften. „Um den Rumpf aus der Form zu bekommen, muss er ausgehärtet sein. Und die Form wird ja für die nächste Baunummer benötigt. Der Ausbau erfolgt natürlich, bevor das Deck aufgesetzt wird, also muss die Hochzeit später erfolgen. Und dann wird geklebt.“

Das ist kein Nachteil oder eine Schwachstelle in der Konstruktion, da sind sich die Experten einig: „Eine gut berechnete und ausgeführte Klebung ist eine gute Sache“, weiß Uli Manigel. Er ist Strukturexperte beim Zertifizierungsbüro IMCI. Matthias Bröker von Judel/Vrolijk & Co stimmt zu: „Wenn die Kräfte bekannt sind, und die kann man heute gut ermitteln, können Kleber und Fläche darauf ausgelegt werden. Wenn die Werft dann ausreichend genau arbeitet, etwa die vom Hersteller des Klebers vorgegebene Spaltgrößen einhält und die Umweltbedingungen stimmen, dann spricht vieles für eine Klebung.“ Denn auch die Eigenschaften und Fähigkeiten der Materialien sind bekannt. Es ist also nur eine Rechenaufgabe und eine Herausforderung, präzise und sorgfältig zu arbeiten.

Gewusst, womit geklebt werden muss

Wer an Bord selbst kleben will, wird immer eine sekundäre Verbindung herstellen, denn sämtliche Klebungen einer Yacht sind bei Auslieferung ausgehärtet. Dabei ist es egal, ob ein neuer Borddurchlass mit MS-Polymer eingedichtet wird – auch das ist eine Klebestelle – oder ob eher aufwändig ein Podest für einen Autopilotantrieb verbaut werden muss. Auch für den Austausch der gealterten Plexiglasscheiben oder schlicht das Anbringen einer Halterung für einen Heizungsschlauch an der Rumpfinnenseite: Kleben ist stets das Mittel der Wahl.

Dabei stellt sich die Frage nach dem richtigen Produkt, denn nicht nur die Klebekraft macht den Unterschied, auch die Festigkeit im gehärteten Zustand. Nicht immer bedeutet gehärtet tatsächlich hart. Dauer­elastische Dichtstoffe, der Name sagt es, bleiben beweglich und können so erstens sehr gut dichten, zweitens etwaige Bewegungen ausgleichen. So haben Borddurchlässe aus Metall und der sie umgebende Rumpf signifikant unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten.

„Auch bei Plexiglasscheiben ist die thermische Ausdehnung ein großes Problem. Schon deswegen sind Schrauben da sehr ungünstig, sie stehen der Ausdehnung im Weg, das Plexiglas reißt. Aber auch Kleber kommen an ihre Grenzen. Besser, man verwendet Sicherheitsglas oder in Metallrahmen vorgefertigte Scheiben aus Plexi“, erläutert Bröker. Eine größere Schichtdicke sowie eine breite Klebenaht helfen, die Bewegungen durch thermische Ausdehnung zu kompensieren. Bei Aufbaufenstern also ruhig an die Maximalgrenzen der Herstellervorgaben gehen. Notfalls die Fensterflächen sinnvoll teilen, das reduziert die Ausdehnungsstrecke obendrein.

Einsatz von MS-Polymeren

Wenn das Dichtmaterial beim Borddurchlass zwischen minus 20 Grad im Winter und plus 30 Grad im Sommer nicht die entstehenden Bewegungen ausgleichen kann, wird der Verbund undicht. Ein hart­spröde angemischtes Epoxidharz ist hier völlig ungeeignet. Andersherum wäre ein dauerelastischer Kleber an strukturell zentralen Stellen Unsinn. Der Kiel etwa soll so fest wie möglich mit Rumpf und Strongback verbunden sein; Raum für flexible Nähte besteht nicht. Das Spiel, das durch die fortwährenden Lastwechsel, etwa im Seegang, entstünde, würde Verbunde und Bolzen ständig über die Maßen belasten, mit der Folge eines vorzeitigen Versagens. Hier ist ein sehr fester Kleber die erste Wahl: zum Beispiel ein Epoxidharz mit einer Füllung, die zugleich durch die Größe ihrer Bestandteile die optimale Nahtstärke von oft weniger als einem Millimeter garantiert. Wichtig besonders bei auf Druck belasteten Verbindungen.

Ebenso entscheidend ist die Frage, ob ein späterer Ersatz möglich sein soll. Seeventile etwa müssen regelmäßig getauscht werden. Auch deswegen bietet sich die eher einfach zu lösende Verbindung durch MS-Polymere an. Das Podest des Autopiloten kann hingegen an Ort und Stelle bleiben; die Lösung mit Harz und eventuell sogar Winkellaminaten bietet sich dann an. Diese sind, wenn ordentlich gemacht, nur noch mit roher Gewalt, sprich unter Einsatz einer Flex zu entfernen.

Winkellaminat für die richtige Verbindung

Ob ein Winkellaminat erforderlich ist, lässt sich leicht errechnen. Ein guter Epoxidharzkleber bietet eine Zugscherfestigkeit von 35 Newton pro Qua­dratmillimeter. Der Typ-1-Autopilotantrieb von Raymarine entwickelt laut Hersteller einen maximalen Schub von 295 Kilogramm. Die gilt es abzufangen. Näherungsweise sind 295 Kilogramm 3000 Newton, mit 15 Prozent Marge sind es rund 3500 Newton. Wenn die Klebefläche also größer als 100 Quadratmillimeter sein kann, und das wird sie, ist die Klebung mit Epoxid und ohne Winkellaminat bereits ausreichend. Mehr Fläche ist jedoch besser, denn der Hebel, mit dem die Kraft wirkt, ist im vorliegenden Beispiel nicht berücksichtigt. Das Beispiel zeigt jedoch, wie stark Klebungen sein können.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt sich Epoxidharz. Es hat im Sekundärklebebereich Vorteile gegenüber Poly­esterharz, da es besser benetzt und somit besser haftet. Zudem ist es bei der Verarbeitung weniger gesundheitsschädlich. Wichtig ist zudem, dass die Hohlkehlen des austretenden Klebers sauber ausgeführt werden: „Wenn sich dort Kerben bilden, ist das der Punkt, an dem die Rissbildung beginnt. Eine homogene Kehle ist daher enorm wichtig“, sagt Matthias Bröker.

Das gilt auch, wenn später doch noch ein Winkellaminat aufgebracht werden soll. Denn ohne Hohlkehle wäre die Ecke zu scharf für ein Glasfasergelege, es blieben im Radius immer Luftbläschen zurück, die den Verbund enorm schwächen würden.

Moderne Kleber sind sinn- und anspruchsvoll

Moderne Kleber sind von Yachten nicht mehr wegzudenken. Das müssen sie auch nicht, denn sie gewähren den Konstrukteuren mehr Freiheiten für ihre Entwürfe. Und sie sparen den Werften Zeit in der Fertigung. Man denke etwa an Rumpffenster, die ohne die Wundermittel in der gegenwärtigen Größe kaum möglich wären. Obwohl von der CE nicht vorgesehen, wäre es sogar denkbar, Fenster als strukturell wirksame Bauteile zu verkleben.

Im modernen Bootsbau ist es ohne Weiteres möglich, schon beim Entwurf gut zu produzierende und obendrein auf die Klebeverbindung hin optimierte Verbindungen zu konstruieren. Letztlich sind es die Werften, die sich an die Vorgaben der Konstrukteure bezüglich des zu verwendenden Klebers halten müssen. Obendrein sind die Verarbeitungshinweise der Produzenten fast schon sklavisch einzuhalten. Denn nur dann erreicht die Verbindung die gewünschte Festigkeit.

„Wir lassen daher regelmäßig Proben zerstörend untersuchen, um zu sehen, ob der Kleber in Ordnung ist und ob wir richtig arbeiten“, erzählt Hennevanger aus der Praxis. Auffälligkeiten, so der Werftchef, hätten sie bislang nicht gehabt.