Automatisiert verbinden Mit Robotern kleben, dichten und dämmen

Redakteur: Luca Meister

>> 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.

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Das Wirbelsprüh- oder «Swirl»-Verfahren eignet sich für Bördelrandverklebungen: Der Klebstoff wird flach und breit aufgetragen und gut verteilt, was die Schachtelung zweier Bauteile erleichtert. Die Kleberaupe kann sich beim Einlegen eines Bauteils in die Bördelung eines anderen nicht verschieben und bietet eine grosse Adhäsionsfläche.
Das Wirbelsprüh- oder «Swirl»-Verfahren eignet sich für Bördelrandverklebungen: Der Klebstoff wird flach und breit aufgetragen und gut verteilt, was die Schachtelung zweier Bauteile erleichtert. Die Kleberaupe kann sich beim Einlegen eines Bauteils in die Bördelung eines anderen nicht verschieben und bietet eine grosse Adhäsionsfläche.
(Bild: SCA Schucker)

mei. «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 im deutschen Bretten in der Nähe von Karlsruhe, «wobei ‹Kleben› auch Dichten oder Dämmen heissen kann.» Etwa 80 Prozent der Systeme stünden im Rohbau, 15 Prozent entfielen auf die Lackierstrasse und etwa 5 Prozent 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 SCA 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 Cockpit-Elementen. In der allgemeinen Industrie werden z. B. Backofenscheiben in die Türrahmen und die Türen auf den Gestellen verklebt oder bei Geschirrspülern und Gefrierschränken geräuschdämmende Spritzmassen eingebracht.

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Sechsachsige Industrieroboter sind Mittel der Wahl

Praktisch alle genannten Applikationen werden heute von Robotern übernommen. «Grundsätzlich kommen Portal- und Sechs-Achs-Industrieroboter in Frage», sagt O. Leonhardt. Letztere seien extrem schnell und im dreidimensionalen Raum äussert flexibel und zuverlässig und wiesen eine hohe Tragkraft auf, so dass sie in der Regel den Vorzug erhielten. Ausserdem sei am Markt spezielle Klebe-Software verfügbar, welche die Klebesteuerungen auf die jeweilige Anwendung hin optimal ansteuert. Für Portalroboter, die meist nur in drei Achsen verfahren können, existieren derartige Programme nicht. Ein weiterer Grund, weshalb solche Automaten im Karosseriebau nicht eingesetzt werden können.

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 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 O. 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 Steuerungs-Software 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 – bzw. seine Steuerung – rechnet seine Geschwindigkeit aus und gibt unserem System die Werte an», erklärt O. 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 Crash-Festigkeit 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 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 O. 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. Gleiches gilt z. B. für die Blechübergänge vom Dach zur Seitenwand oder vom Kofferraum zur Seitenwand. Neben diesen sogenannten Feinnahtabdichtungen gibt es noch Grobnahtabdichtungen für Stellen am Boden oder an der Stirnwand, damit keine Feuchtigkeit ins Fahrzeuginnere eindringen kann oder Schnittkanten korrodieren.

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 O. Leonhardt. «Die beiden Teile müssen bei Temperatureinwirkung noch gegeneinander arbeiten können, sollen aber nicht reissen. Mit dem Stützkleben wird genau dies erreicht, und zudem werden die Geräusche deutlich reduziert.» Das Verfahren werde auch beim Dach oder am Tankdeckel eingesetzt – überall, wo eine flexible Verbindung im Aussenhautbereich benötigt wird.

Spritzbare Akustikmassen dämmen den Fussraum

Eine weitere Anwendung ist die «spritzbare Dämmung». Per Roboter wird Dämmmaterial z. B. 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 (unter diesem Begriff lassen sich Dicht- und Dämmanwendungen zusammenfassen). Er wird heute fast ausschliesslich mit PVC-basiertem Material im Airless-Verfahren in Schichtdicken von 500 bis 800 Mikrometer aufgetragen. «Mit einem Multifunktionskopf können wir inzwischen Dämmapplikationen, Nahtabdichtungen und Unterbodenschutz in einer Roboterstation realisieren», sagt der Klebe-Experte. Der Unterbodenschutz wird in der Lackiererei aufgesprüht, wenn die Karosserie schon grundiert ist. «Auf KTL-beschichteten Teilen kann man hervorragend dämmen, da dann keine Korrosion mehr auftreten kann.»

Optimierungspotenzial in der Automatisierung sieht O. 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 mit Hilfe des Computers zu beurteilen.» Dafür sei umfassendes Prozessverständnis erforderlich.

Zukunftstraum: 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 O. Leonhardt, der selbst inzwischen auf fast zwanzig Jahre Erfahrung in der Branche zurückblicken kann. «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 Chargen-Schwankungen und andere Parameter präventiv untersucht werden. «Die daraus gewonnenen Grenzwerte könnten die Qualität und Produktivität unserer Kunden um ein Vielfaches erhöhen», ist sich Olaf Leonhardt sicher. <<

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