Software stellt exakte Dosierung an jedem Punkt sicher

Kleben, dichten und dämmen

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Mit Klebesystemen von SCA werden Motorhauben crashfest gemacht, Backofenscheiben in die Türrahmen eingesetzt oder umgebördelte Bleche sicher miteinander verbunden. Dafür ist ein perfekter Datenaustausch mit dem Roboter erforderlich – etwa um Kleberaupen auch in Kurven und Ecken in der gleichen Qualität aufzubringen wie auf der Geraden.

Der Autor: Thomas Preuß, Fachjournalist in Königswinter

„Ein modernes Fahrzeug läuft heute in der Fertigung an 60 bis 80 Klebesystemen vorbei“, erklärt Olaf Leonhardt, Geschäftsbereichsleiter Fahrzeugindustrie bei der SCA Schucker GmbH & Co. KG in Bretten, „wobei ‚Kleben’ auch Dichten oder Dämmen heißen kann.“ Etwa 80 % der Systeme stünden im Rohbau, 15 % entfielen auf die Lackierstraße und etwa 5 % auf die Endmontage, überschlägt Leonhardt. Während im Rohbau vorwiegend geklebt werde, seien in der Lackiererei eher Dicht- und Dämmungsanwendungen zu finden.
SCA stellt Systeme und Anlagen her, mit denen die Industrie Kleb-, Dicht- und Dämmstoffe manuell oder automatisiert an Bauteilen aufbringen kann. Zu den von dem Brettener Unternehmen umgesetzten Anwendungen im Automobilbau zählen hauptsächlich Stütz- und Festigkeitsverklebungen, Abdichtungen und spritzbare Dämmungsmassen für den Karosseriebau und Lackierstraßen, aber auch Dichtungslösungen für den Motoren- und Getriebebau oder das Verkleben von Scheiben und Cockpitelementen.
Sechsachsige Industrieroboter sind Mittel der Wahl
Praktisch alle genannten Applikationen werden heute von Robotern übernommen. „Grundsätzlich kommen Portal- und Sechs-Achs-Industrieroboter infrage“, sagt Olaf Leonhardt. Letztere seien extrem schnell und im dreidimensionalen Raum äußerst flexibel und zuverlässig und wiesen eine hohe Tragkraft auf, sodass sie in der Regel den Vorzug erhielten. Außerdem sei am Markt spezielle Software verfügbar, die die Klebesteuerungen auf die jeweilige Anwendung hin optimal ansteuere. Für Portalroboter, die meist nur in drei Achsen verfahren können, existieren derartige Programme nicht.
Die Herausforderungen für einen automatisierten Klebstoffauftrag liegen einerseits in der Zugänglichkeit der Bauteile, zweitens in der Geschwindigkeit. Dabei bedeutet „Geschwindigkeit“ nicht nur, dass der Roboter sehr schnell arbeiten muss, sondern vielmehr, dass man die Bahngeschwindigkeit exakt berechnen kann. „Denn in Kurven oder Ecken muss die Maschine zwangsweise etwas langsamer fahren“, führt Leonhardt aus. „Trotzdem darf an den Stellen nicht mehr Klebstoff aufgetragen werden als vor und hinter der Kurve.“
Exakte Klebstoffdosierung für jeden Punkt der Bahn
Die Systeme von SCA, die aus der Fasspumpe für das jeweilige Material, der Dosiereinheit und der Auftragsdüse sowie der Steuerungssoftware für alle Komponenten bestehen, stellen immer die genaue Förderung des Klebstoffs und dessen geregelten Auftrag auf dem Bauteil sicher. Dazu ist ein perfekter Datenaustausch mit dem Roboter erforderlich: „Der Roboter – beziehungsweise seine Steuerung – rechnet seine Geschwindigkeit aus und gibt unserem System die Werte an“, erklärt Leonhardt. „Daraus können wir dann für jeden Punkt der Bahn die exakte Dosierung berechnen.“ Die wichtigsten Applikationen im Automobil-Rohbau erstrecken sich auf konstruktive Verklebungen, gefolgt vom Bördelrand- und Stützkleben. Mithilfe des konstruktiven Klebens werden zwei Bleche miteinander verbunden, vor allem um Kontaktkorrosion zu vermeiden und die Crashfestigkeit der Komponenten zu erhöhen. Der Klebstoff wird per Roboter vor dem Verschweißen der Bauteile aufgetragen und härtet dann im Lackofen aus. Verwendet werden hierfür Epoxi- oder Heißepoxi-Klebstoffe, die zwischen den Blechen eine Struktur erzeugen sollen, weshalb man auch vom „strukturellen Kleben“ spricht.
Kreiselbewegung verteilt Klebstoff in Bördelrändern
An den Türen, der Motorhaube und der Heckklappe sind die sogenannten Bördelrand- und Stützverklebungen zu finden sowie flächige Dämmungen (speziell in den Türen). Beim Bördelrandkleben werden Außen- und Innenblech der Tür verbördelt, also ineinander geschachtelt. Dazu wird das Blech so gebogen, dass eine etwa 10 mm breite Kante mit Rand entsteht, in die das Innenblech eingelegt wird. „Der Klebstoff muss so fein verteilt werden, dass er beim Bördelprozess nicht aus dem Blech herausgedrückt wird und trotzdem den Bördelflansch vollständig ausfüllt.“ Dafür eignet sich insbesondere das sogenannte Wirbelsprüh- oder Swirl-Verfahren: Der Klebstoff wird flach und breit aufgetragen und in einer Kreiselbewegung gut verteilt, was die Schachtelung der Bauteile erleichtert. „Die Kleberaupe kann sich dadurch beim Einlegen des einen Bleches in die Bördelung des anderen nicht verschieben und bietet eine große Adhäsionsfläche“, erläutert Olaf Leonhardt. Dies sei angesichts der üblichen Beölung der Bleche von Vorteil.
In den Lackierstraßen werden solche Bördel- und Schnittkanten sowie andere Nähte nach dem gleichen Dosierprinzip wie beim Kleben abgedichtet, nur dass das Material ein anderes ist und eine passende Düse gewählt werden muss. „Da sich diese Korrosionsschutzapplikationen beim Öffnen der Autotür im Sichtbereich des Kunden befinden, nennt man diese Anwendungen auch Cosmetic Sealing“, sagt der SCA-Manager.
Das Stützkleben wiederum wird unter anderem an der Motorhaube eingesetzt, um das Gerippe der Hauben- Innenseite mit der Außenhaube zu verbinden. „Es soll ja nicht klappern“, weiß Leonhardt. „Die beiden Teile müssen bei Temperatureinwirkung noch gegeneinander arbeiten können, sollen aber nicht reißen. Mit dem Stützkleben wird genau dies erreicht.“
Spritzbare Akustikmassen dämmen den Fußraum
Eine weitere Anwendung ist die „spritzbare Dämmung“. Per Roboter wird Dämmmaterial beispielsweise in den Fußraum eines Automobils eingebracht, wo früher in Handarbeit Dämmmatten eingelegt wurden. Solche spritzbaren Akustikmassen werden im sogenannten Flatstream-Verfahren aufgebracht, wodurch recht breite Oberflächen erzeugt werden. Auch der Unterbodenschutz zählt zu den sogenannten Dickstoff-Applikationen. Er wird heute fast ausschließlich mit PVC-basiertem Material im Airless-Verfahren in Schichtdicken von 500 bis 800 µm aufgetragen. „Mit einem Multifunktionskopf können wir inzwischen Dämmapplikationen, Nahtabdichtungen und Unterbodenschutz in einer Roboterstation realisieren“, sagt der Klebe-Experte.
Zukunftstraum: Qualität programmieren
Optimierungspotenzial sieht Leonhardt noch bei der Offline-Programmierung der Roboter. „Heute wird sehr viel über Roboter-CAD-Programme simuliert, wir können die Klebetechnologie und die Bauteile am Rechner bearbeiten und offline programmieren“, umreißt der SCA-Mann. „Was man aber nicht kann, ist, die Applikationsqualität schon im Voraus mithilfe des Computers zu beurteilen.“ Dafür sei umfassendes Prozessverständnis erforderlich.
Was heute geschehe, sei eine reine Positionsprogrammierung: „Wir können dem Roboter nur die Koordinaten mitgeben, nicht aber die rheologischen Eigenschaften des Klebstoffs oder die Strömungseigenschaften einer Düse. Und damit können wir nicht auf Qualität programmieren.“ Das werde sich auch mindestens in den kommenden fünf Jahren kaum ändern. „Trotzdem wäre eine solche Möglichkeit wünschenswert, weil wir damit die Inbetriebnahmezeiten und den Aufwand für Prozessoptimierungen beim Kunden deutlich reduzieren könnten.“ Mit einer praxisnahen Darstellung der Applikationsqualität in einem Simulationsprogramm ließen sich Temperatureinflüsse, Einflüsse von Chargenschwankungen und andere Parameter präventiv untersuchen. „Die daraus gewonnenen Grenzwerte“, betont Leonhardt, „würden die Qualität und Produktivität unserer Kunden um ein Vielfaches erhöhen“. I

Info & Kontakt
SCA Schucker Olaf Leonhardt Geschäftsbereichsleiter Fahrzeugindustrie Tel.: 07252 5560-0 olaf.leonhardt@sca-schucker.com www.sca-schucker.com
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