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Fester Halt im flauschigen Stahl

Verbindungstechnik: Klett-Prinzip auch für große Kräfte
Fester Halt im flauschigen Stahl

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Klettverschlüsse aus Federstahl haben Mitarbeiter des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München entwickelt. Die Verbindungen sind gegen Chemikalien beständig und halten auch bei 800 °C noch einem Zug von bis zu 35 t/m² stand.

Klettverschlüsse sind aus Industrie und Haushalt kaum noch wegzudenken. Sie werden nicht nur als Alternative zu Schnürsenkeln eingesetzt oder zum Befestigen medizinischer Bandagen und Prothesen, sondern auch als Kabelschutzmanschetten für die Elektronik in Automobilen und Flugzeugen. Für das Haken-Ösen-Prinzip gibt es aber trotz der vielfältigen Einsätze einen Haken: Für manche Anwendungen sind die gängigen Verbindungen aus Kunststoff zu schwach, und sie sind auch nicht sehr beständig gegenüber Hitze und aggressiven Chemikalien.

„Beispielsweise im Automobilbereich kann es sehr heiß werden. Schon ein in der prallen Sonne abgestelltes Fahrzeug erreicht Temperaturen von 80 Grad Celsius,“ erläutert Josef Mair, Mitarbeiter am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen (UTG) der TU München. In der Nähe des Abgaskrümmers entstünden Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius, und in Krankenhäusern würden zur Reinigung aggressive Desinfektionsmittel eingesetzt.
Den Vorteil einer Klettverbindung – das einfache Schließen und Öffnen – wollten die Münchner aber auch für solch schwierige Anwendungen verfügbar machen. Unter der Leitung von Prof. Hartmut Hoffmann entstand am UTG im Rahmen eines 2005 gestarteten Verbundprojektes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) die stählerne Klettverbindung Metaklett, die in enger Kooperation mit Partnern aus der Industrie entwickelt wurde.
Temperaturen über 800 °C oder aggressive Lösungsmittel übersteht sie problemlos – und das bei einer Haltekraft von bis zu 35 t/m² bei Zug parallel zur Klettfläche. Senkrecht zur Klettfläche hält sie immer noch einer Zugkraft von 7 t/m² stand. Dennoch kann sie jedermann rasch und ohne jegliches Werkzeug lösen und wiederverschließen, wie einen Klettverschluss am Kinderschuh.
Als Werkstoff wählten die Forscher einen Federstahl, der hohe elastische Verformbarkeit mit hoher Festigkeit vereint. Am Computer entwarfen sie dreidimensionale Modelle für das optimale Ineinandergreifen der Elemente. Vielversprechende Kandidaten bauten sie als Prototypen nach und testeten sie. Allein von der Geometrie, die die Forscher auf den Namen „Flamingo“ tauften, wurden rund 40 Variationen am Computer verglichen. Dabei studierten die Wissenschaftler die Bindungsstärke und das Verhalten bei extremen Temperaturen, um die Grenzen der Belastbarkeit auszuloten.
Zwei der geprüften Modelle machten schließlich das Rennen: ein Schnappverschluss, nämlich der Flamingo, und ein Haken-Ösen-System mit dem Namen Entenkopf. „Die tierischen Namen sind entstanden, um die vielfältigen Modelle zu unterscheiden. Die Hakenformen erinnern entfernt an einen Entenkopf und einen Flamingo auf einem Bein,“ erläutert Mair die kreative Nomenklatur. Beide bestehen aus einem 0,2 mm dicken Hakenband und einem ebenso dicken Ösen- oder Lochband.
Das Entenkopfmodell ist dem etablierten Kunststoff-Klettband nachempfunden. Zahlreiche filigrane Stahlhaken können in jedem beliebigen Winkel in die Ösen eines Stanzflauschbandes greifen. Noch stabiler ist die zweite Variante, der Flamingo. Er besteht aus breiteren Hakenelementen, die in die Durchbrüche eines Lochbandes einschnappen. Sie sind so gekrümmt, dass sie sich auf leichten Druck hin elastisch verformen und in die Löcher gleiten, ähnlich der Kunststoff-Steckschnallen an Rucksackriemen. Sie kehren sofort zu ihrer Ausgangsform zurück und halten durch die federnd spreizenden Arme wie ein Spreizniet einem Gegenzug stand.
Damit die Haken einschnappen können, müssen sie allerdings im richtigen Winkel, nämlich parallel oder senkrecht zum Lochband, positioniert werden. Je nach Richtung der anliegenden Kraft hält diese Verbindung einer Belastung von 7 bis 35 N/cm² stand. Nach einem anfänglichen Verlust von etwa 20 % während der ersten zehn Versuche blieb die Bindungsstärke über zahlreiche Wiederholungen hinweg konstant.
Als dritte Alternative zu Entenkopf und Flamingo konzipierten die Wissenschaftler das Modell „Hybrid“, das ein Hakenband aus Stahl mit einem Flauschband aus Kunststoff kombiniert und so Textilien auf stabile, reversible Art befestigen kann.
Einsatzfelder für Metaklett sind alle Bereiche, die auf leicht wieder lösbare, aber stabile Verbindungen angewiesen sind. Mit dem Stahl-Innovationspreis wurde das Forscherteam bereits 2009 ausgezeichnet. op
Weitere Informationen Zum stählernen Klettband: www.metaklett.de Zum Forscherteam: www.utg.de
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