Software stellt exakte Dosierung an jedem Punkt sicher

Kreiselnder Klebstoff

Mit Klebesystemen werden Motorhauben crashfest gemacht 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.

Das Wirbelsprüh- oder "Swir"“-Verfahren eignet sich für Bördelrandverklebungen: Der Klebstoff wird flach und breit aufgetragen und gut verteilt, was die Schachtelung zweier Bauteile erleichtert. (Foto: SCA)

"Ein modernes Fahrzeug läuft heute in der Fertigung an 60 bis 80 Klebesystemen vorbei", erklärt Olaf Leonhardt, Geschäftsbereichsleiter Fahrzeugindustrie bei der SCA Schucker in Bretten, "wobei 'Kleben' auch Dichten oder Dämmen heißen kann." Etwa 80 Prozent der Systeme stünden im Rohbau, 15 Prozent entfallen auf die Lackierstraße und etwa fünf Prozent auf die Endmontage. 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 SCA umgesetzten Anwendungen im Automobilbau zählen hauptsächlich Stütz- und Festigkeitsverklebungen, Abdichtungen und spritzbare Dämmungsmassen für den Karosseriebau und Lackierstraßen, aber auch Dichtungs-Lösungen für den Motoren- und Getriebebau oder das Verkleben von Scheiben und Cockpitelementen. Praktisch alle genannten Applikationen werden heute von Robotern übernommen. "Grundsätzlich kommen Portal- und Sechs-Achs-Industrieroboter in Frage", sagt Olaf Leonhardt. Letztere seien extrem schnell und im dreidimensionalen Raum flexibel und zuverlässig und wiesen eine hohe Tragkraft auf, so dass 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 - also ein weiterer Grund, weshalb solche Automaten im Karosseriebau nicht eingesetzt werden können.

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Die Herausforderungen für einen automatisierten Klebstoffauftrag liegen einerseits in der Zugänglichkeit der Bauteile, zweitens in der Geschwindigkeit, die in der Automobilindustrie eines der höchsten Güter ist. Dabei bedeutet "Geschwindigkeit" nicht nur, dass der Roboter 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. 2Trotzdem darf an den Stellen nicht mehr Klebstoff aufgetragen werden als vor und hinter der Kurve."

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 die genaue Förderung des Klebstoffs und dessen geregelten Auftrag auf dem Bauteil sicher. Dazu ist ein 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. Mit Hilfe 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.

Ausfüllen - aber nicht ausfallen

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 zehn Millimeter breite Kante mit Rand entsteht, in die das Innenblech eingelegt wird. "Der Klebstoff muss dabei 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 beiden 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.

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. Optimierungspotenzial in der Automatisierung 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.

Qualität programmieren

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," sagt Olaf Leonhardt. "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 könnten nicht nur Leute geschult werden, es könnten sogar Temperatureinflüsse, Einflüsse von Chargenschwankungen und andere Parameter präventiv untersucht werden. "Die daraus gewonnenen Grenzwerte würden die Qualität und Produktivität unserer Kunden um ein Vielfaches erhöhen", ist sich Leonhardt sicher.    bw

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