Mit kleinen kurzwellige Infrarotstrahlern werden Handschuhkästen automatisiert entgratet. (Bildquelle: Hahn)

Mit kleinen kurzwellige Infrarotstrahlern werden Handschuhkästen automatisiert entgratet. (Bildquelle: Hahn)

Beim Herstellen eines Automobils werden in großem Umfang Spritzgussteile aus Kunststoff eingesetzt, die durch Lackieren, Kaschieren oder Beflocken weiter veredelt werden. Bei technischen Kunststoffteilen lässt sich eine Gratbildung aufgrund der Bauteilgeometrie nicht immer vermeiden. Grate zeichnen sich jedoch nach dem Kaschieren oder Lackieren auf der Oberfläche ab, an scharfen Kanten können diese sogar zu Klebstoffablösern führen.
Rainer Stück, Geschäftsführer der Firma Hahn, Sontra, hat das Entgraten von Autoinnenteilen aus schwarz eingefärbtem PC/ABS mit relativ scharfen Graten anhand verschiedener Methoden genauer untersucht: Mechanisch, durch Abschleifen oder Fräsen, thermisch mit einem Heißluftfön oder einem Bunsenbrenner. Alle diese Versuche erfolgten manuell und je nach Geschicklichkeit des Werkers fielen die Ergebnisse qualitativ sehr unterschiedlich aus. Eine Automatisierung beider Methoden war nicht zielführend. Denn die Automation der mechanischen Verfahren hätte ein anschließendes Reinigen der Oberfläche von den partikulären Verunreinigungen zur Folge. Ein Heißluftdüsensystem zu automatisieren erwies sich als zu kompliziert und zu träge in der Prozessregulierung.

Deshalb wurde mit Heraeus Noblelight, Hanau, ein Infrarotsystem erarbeitet, bei dem kleine kurzwellige Flächenstrahler eingesetzt werden. Diese Strahler lassen sich gut an den Kanten von dreidimensionalen Produkten anordnen, sie sind gut steuerbar und übertragen relativ viel Energie in kurzer Zeit auf begrenzte Flächen. Die Produkte werden innerhalb von 5 Sekunden entgratet, das Ergebnis ist reproduzierbar und der Prozess automatisierbar.

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung von Hahn wurde für einen Heißluftfön und einen Infrarotstrahler durchgeführt. Der Gesamtenergiebedarf pro Entgratungszyklus bei Heißluft betrug 42,5 Wattstunden und bei Infrarotstrahlern 8,7 Wattstunden. Außerdem wurde der gesamte Prozess intensiv analysiert. Rainer Stück ist besonders von der Energieeffizienz überzeugt: „Wir haben festgestellt, dass sich nach unseren Berechnungen das Infrarotsystem bei den untersuchten Stückzahlen bereits innerhalb eines halben Jahres amortisiert.“

Auf den Punkt

Punktlichtstrahler ermöglichen das Verbinden von Elektronikbauteilen. (Bildquelle: Kostal)

Punktlichtstrahler ermöglichen das Verbinden von Elektronikbauteilen. (Bildquelle: Kostal)

Kostal, ein weltweit tätiger Automobilzulieferer, fertigt in São Paulo, Brasilien, funktionale Teile für die Elektronik von Fahrzeugen. In einer Anlage werden Leiterplatten in einem Kunststoffgehäuse mit mehrere, schwer zugänglichen Kunststoffnieten fixiert. Die räumliche Enge, kombiniert mit den hitzeempfindlichen Komponenten und der Schutzbeschichtung, waren bei der Umsetzung herausfordernd. Anspruchsvoll war außerdem, dass der Vernietungsprozess weltweit standardisiert funktionieren sollte. Angedacht war eine Kontakterwärmung durch einen heißen Pin, erhitzt durch eine Widerstandsheizung mit Temperaturkontrolle. Allerdings verursachte die Kontaktwärme Qualitätsprobleme, da der Kunststoff an heißen Kontaktflächen festschmelzen kann. Infrarotstrahlung wirkt berührungsfrei und ist einfach über die Zeitschaltung zu kontrollieren. Das steigert die Energieeffizienz, denn die Strahler werden nur dann angeschaltet, wenn ein Wärmezyklus benötigt wird. Zudem brauchen sie deutlich weniger Platz als die bisher genutzten heißen Kontaktpins.

Die Vernietung erfolgt heute automatisiert, punktuell an mehreren Stellen gleichzeitig mit speziellen Infrarotstrahlern. Diese übertragen in wenigen Sekunden die erforderliche Wärme direkt auf die Kunststoffniete, die anschließend mit einem Stempel zusammengepresst wird. Das Herzstück der Anlage bilden drei neu entwickelte Punktlicht Infrarotstrahler, die die Wärme genau und gezielt auf kleinste Flächen, ohne komplizierte Reflektorsysteme oder aufwendige Sicherheitsvorkehrungen, übertragen.

Bessere Qualität und weniger Energie

Infrarotstrahler verbessern die Klebstoffaktivierung beim Vakuumkaschieren von Innenverkleidungsteilen. (Bildquelle: Heraeus)

Infrarotstrahler verbessern die Klebstoffaktivierung beim Vakuumkaschieren von Innenverkleidungsteilen. (Bildquelle: Heraeus)

Die JSK Ultrasonic, Milton Keynes, Großbritannien, stellt eine ganze Palette von Automobil-Innenteilen her, deren gekrümmte oder abgewinkelte Oberflächen laminiert oder kaschiert werden. Im Fertigungsprozess wird die vorgeschnittene Dekorverkleidung mit Klebstoff besprüht, umgeschlagen und mit einer Falzkante versehen. Anschließend wird sie in einer Vakuumpresse vom Folienrahmen umschlossen. Durch das Anlegen des Vakuums passt sich die Dekorschicht genau an die Form der Armlehne oder Mittelkonsole an. Schließlich wird durch Infrarotstrahlung Wärme im Inneren der Folie erzeugt, um den Hochleistungsklebstoff zu aktivieren. Dieser vernetzt sofort und bleibt auch bei extremen Umgebungsbedingungen unbeschädigt.

In dem früher verwendeten Heißluftofen dauerte dieser Prozess bis zu 16 Minuten. Das von dem Hanauer Unternehmen gelieferte System mit schneller mittelwelliger Strahlung kann den Klebstoff dagegen in weniger als 60 Sekunden trocknen. „Die Aktivierung des Klebstoffs verläuft durch das Infrarotwärmesystem viel schneller und effizienter“, sagt Steve Hinds, technischer Leiter bei JSK. „Die schnelle Reaktion des Systems führt dazu, dass wir erheblich Energie sparen, da nur dann Hitze erzeugt wird, wenn sie auch benötigt wird. Außerdem ist das Infrarotsystem wesentlich kompakter als ein Heißluftofen.“

Einfachere Montage

Durch das Erwärmen mit Infrarotstrahlern wird die Montage von Kraftstoffschläuchen erleichtert. (Bildquelle: Heraeus)

Durch das Erwärmen mit Infrarotstrahlern wird die Montage von Kraftstoffschläuchen erleichtert. (Bildquelle: Heraeus)

Bereits wenige Grad Erwärmung machen den Unterschied beim Verarbeiten von Elastomerteilen aus, besonders dann, wenn diese passgenau durch eine Engstelle geführt werden müssen. Ein spezialangefertigter Infrarotofen hilft bei Jaguar Land Rover, Castle Bromwich, Großbritannien, den manuellen Einbau von Kraftstoffschläuchen in den Jaguar XJ zu erleichtern. Die Kraftstoffleitungen aus Gummi werden direkt in der Fertigungsstraße eingebaut. Das Personal in der Linie hatte wegen der Härte des Gummis und der engen Passform Schwierigkeiten, die Leitungen zu befestigen. Deshalb wurden im Anwendungszentrum von Heraeus Noblelight in Neston Versuche mit Probeschläuchen durchgeführt, um ein Infrarotsystem zu entwickeln, das auf die Ziele des Autobauers abgestimmt ist. Das System wurde schließlich am Ort der Schlauchmontur in die Fertigungslinie installiert. Die Heizzone ist mit einer herausziehbaren Schublade ausgestattet. Sobald die Schublade manuell geschlossen, wird beginnt der Heizzyklus. Kurzwellige Infrarotstrahlung erhitzt und erweicht 80 bis 100 mm des Schlauchs. Der Zyklus stoppt, sobald die Schublade geöffnet und der Schlauch, der nun für die Montage ins Fahrzeug ausreichend weich ist, herausgenommen wird.

Über den Autor

Dr. Marie-Luise Bopp

ist Projektmanager Marketing bei Heraeus Noblelight in Kleinostheim.