Mit der Verfahrenskombination von Kleben und Ultraschallschweißen sinkt die Aushärtezeit, gemessen als Zeit vom Fügen der Rohteile bis zur Handlingfestigkeit, auf fünf bis zehn Sekunden. (Bild: ASS Maschinenbau)
Pro Schweißpunkt (links von der Bildmitte) benötigt die Anlage fünf Sekunden. Darin inbegriffen ist eine kurze Verweilzeit nach dem Zusammenfahren der Werkzeughälften, damit sich der Kleber (schwarze Bereiche) verteilen kann.(Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)
Infrarottechnik senkt Aushärtezeit von 300 auf 120 Sekunden
Dennoch war auch diese Aushärtezeit noch zu lang. Schließlich steigt der Kostendruck stetig an. Aus diesem Grund suchte das Unternehmen nach weiterem Optimierungspotenzial. „Dann sind wir auf Infrarottechnik gestoßen“, erklärt Breu. Damit ließ sich die Wärme noch gezielter an die Klebestellen leiten, was die Aushärtezeit glatt halbierte, auf 120 Sekunden. „Das heißt, wir brauchten für dieselbe Ausstoßleistung nicht mehr sechs Werkzeuge, sondern nur noch drei“, führt Breu aus. Die Produktivität stieg also massiv an, ohne die Kosten in ähnlichem Maß zu erhöhen.
Doch das genügte dem Kunden der 2K-Hybrid-Klebeanlage nicht. Er hatte all die oben genannten Anforderungen, wollte aber eine wesentlich höhere Stückzahl pro Werkzeug beziehungsweise dieselbe Stückzahl auf wesentlich weniger Hallenfläche – und zwar ohne die Kosten der Anlage zu erhöhen. „Da haben wir gesagt, ‚okay, wir sind dafür bekannt, dass wir uns an solche Sachen rantrauen. Wir machen das‘“, erzählt Breu. Daraufhin durchgeführte Vorversuche zeigten tatsächlich, dass sich die Anforderungen erfüllen ließen. Dies erreicht Knur in der 2K-Hybrid-Klebeanlage, indem ein Klebstoff zum Einsatz kommt, der sehr lange viskos bleibt. In diesem Fall mehrere Stunden, da keine zusätzliche Wärme zugeführt wird. Zudem war die Konstruktionsabteilung lange damit beschäftigt, die optimalen Positionen für die Schweißpunkte zu finden. Diese haben allein die Aufgabe, das Bauteil handlingfest zu machen, bis der Kleber ausgehärtet ist.
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Ultraschallschweißen macht Bauteil sofort handlingfest
Das Schweißen allerdings ist nicht so einfach, wie es klingt. Bei zu viel Energieeintrag erwärmt sich das Material am Schweißpunkt zu stark. Die Gefahr von Einfallstellen besteht. Doch Breu ist schnell beruhigt: „Wir haben den Vorteil, dass wir mit ganz geringer Energie reingehen können, weil die Schweißpunkte nachher keine Funktion mehr erfüllen müssen. Sie müssen nur so lange halten, bis der Kleber ausgehärtet ist.“
Mit dieser Verfahrenskombination von Kleben und Ultraschallschweißen sinkt die Aushärtezeit, gemessen als Zeit vom Fügen der Rohteile bis zur Handlingfestigkeit, auf fünf bis zehn Sekunden. Diese Zeitspanne hängt vom Ultraschall-Schweißprozess ab: Pro Schweißpunkt benötigt die Anlage fünf Sekunden. Darin inbegriffen ist eine kurze Verweilzeit nach dem Zusammenfahren der Werkzeughälften, damit der Kleber entsprechend verdrängt werden kann. Erst dann fahren die Sonotroden für den eigentlichen Schweißvorgang aus. „Ob das Ganze fünf oder zehn Sekunden dauert, hängt von der Anzahl der Sonotroden und der Schweißpunkte ab. Denn wir schweißen parallel mehrere Stellen“, erläutert Breu. Muss jede Sonotrode also nur einen Punkt schweißen, ist das Bauteil nach fünf Sekunden fertig geschweißt.
„Wir haben die Anlage jetzt bei gleicher Ausbringmenge von drei Werkzeugen auf eins reduziert“, sagt Breu. Allerdings lassen sich die Bauteile anschließend nicht sofort montieren. Dafür sind die auf das Bauteil wirkenden Kräfte zu hoch. Das gleichen auch die Schweißpunkte nicht aus. Stattdessen müssen die Teile noch ablagern, auf einem Montageständer beispielsweise. Falls das bei einem OEM nicht zum Herstellprozess passt, hat Breu eine Lösung parat: „Wir können zum Beispiel eine Infrarot-Station nachschalten, sodass die Anlage selbst die Taktzeit hält. Die Bauteile fahren dann nach dem Fügen mithilfe eines kleinen Rundtischs unter Infrarotlampen durch, die den Klebstoff schon mal aushärten.“ Anschließend lassen sich die Teile weiterverarbeiten.
Nicht mehr schneller, aber günstiger
Um eine Alternative zu dem relativ kostenintensiven Ultraschall-Schweißverfahren in petto zu haben, erprobt Knur derzeit den Einsatz von Klebebändern. „Ein Klebeband aufbringen und einen Liner abziehen, das ist bei weitem kostengünstiger als schweißen“, meint Breu. Kürzer würde die Taktzeit damit sicher nicht werden. Denn „130 Sekunden je Station ist eine enorm gute Zeit für die Produktion von so einem komplexen Bauteil inklusive aller Handlingschritte, Verfahrbewegung, Klebstoffapplikation und so weiter“, sagt Breu. Aber günstiger könnte die Produktion damit noch werden.
