Aktuelles von hotset

Neue High-End-Lösung zum Härten von Klebstoff

hotset realisiert mit thyssenkrupp Temperiersystem zum vollautomatisierten 2K-Kleben von CFK-Blechen

Die Sub­sti­tu­ti­on von Stahl­blech durch leich­te Fa­ser­ver­bund-Kunst­stof­fe schrei­tet im Au­to­mo­bil- und Fahr­zeug­bau mit gro­ßen Schrit­ten vor­an. Vie­ler­orts be­schleu­nigt sich da­mit auch die pro­zess­tech­ni­sche Wach­ab­lö­sung im Be­reich der Ver­bin­dungs- und Fü­ge­tech­nik. Mo­der­ne Kleb­stoff-Tech­no­lo­gie hält Ein­zug, wo bis­lang ge­schweißt wur­de. War­um maß­ge­schnei­der­te High-End-Tem­pe­rier­sys­te­me hier­bei ei­ne tra­gen­de Rol­le spie­len, ver­an­schau­licht der Ein­satz ei­nes in­no­va­ti­ven Mehr­seg­ment-Heiz­spie­gels von hotset beim ro­bo­ter­ge­stütz­ten Ver­kle­ben gro­ßer Ka­ros­se­rie­tei­le aus CFK in ei­ner neu­en Pro­duk­ti­ons­zel­le der Ka­ros­se­rie­bau­s­par­te von thyssenkrupp.

Der Trend scheint un­um­kehr­bar. Wo im Fahr­zeug­bau noch in jüngs­ter Ver­gan­gen­heit me­tal­li­sche Ble­che mit­ein­an­der ver­schweißt wur­den, be­stimmt in­zwi­schen das 2K-Kle­ben von Form­tei­len aus Fa­ser­ver­bund-Kunst­stof­fen das Ge­sche­hen. Mit wel­chen In­no­va­ti­ons­sprün­gen die Ent­wick­lung hier vor­an­schrei­tet, do­ku­men­tiert ein ak­tu­el­les Pro­jekt von thys­sen­krupp Au­to­mo­ti­ve Bo­dy So­lu­ti­ons: Die Rea­li­sie­rung ei­ner voll­au­to­ma­ti­sier­ten, ro­bo­ter­ge­stütz­ten Mon­ta­ge­an­la­ge zum kon­ti­nu­ier­li­chen Hoch­prä­zi­si­ons­kle­ben der in­ne­ren und äu­ße­ren CFK-Form­tei­le von Fahr­zeug­tü­ren. Dass das Vor­ha­ben trotz sei­ner Kom­ple­xi­tät nach knapp ein­jäh­ri­ger Lauf­zeit nun be­reits vor dem Trans­fer in die Se­ri­en­pro­duk­ti­on ei­nes nam­haf­ten Sport­wa­gen-Her­stel­lers steht, ist nicht zu­letzt das Er­geb­nis ei­ner ge­lun­ge­nen Pro­jekt­ko­or­di­na­ti­on. Ei­ne zen­tra­le Rol­le über­nahm hier­bei der deut­sche Ther­mo­dy­na­mik-Spe­zia­list hotset. Denn in en­ger Ab­stim­mung mit den In­ge­nieu­ren von thys­sen­krupp fer­tig­te das Lü­den­schei­der Un­ter­neh­men ei­nes der funk­tio­nel­len Herz­stü­cke der neu­en Fer­ti­gungs­zel­le: Ein se­ri­en­rei­fes Tem­pe­rier­sys­tem, das bei­de Tür­hälf­ten schnell, ge­nau, zu­ver­läs­sig und gleich­zei­tig nur an je­nen Rand­flä­chen auf bis zu 90° C er­hitzt, auf de­nen sich die zu­vor ap­pli­zier­ten Kleb­stoff­rau­pen be­fin­den, so dass eben­die­se wäh­rend des Pres­sens schnellst­mög­lich aus­här­ten – und sich schon nach we­ni­gen Mi­nu­ten an die nächs­ten Be­ar­bei­tungs­stu­fen wei­ter­füh­ren lassen. 

Robotergestütztes Verkleben großer CFK-Karosserieteile: Der Mehrsegment-Heizspiegel (hier braun) von hotset in der Vorrichtung der neuen Produktionszelle der Karosseriebausparte von thyssenkrupp. (Bild: thyssenkrupp)

Ro­bo­ter­ge­stütz­tes Ver­kle­ben gro­ßer CFK-Ka­ros­se­rie­tei­le: Der Mehr­seg­ment-Heiz­spie­gel (hier braun) von hotset in der Vor­rich­tung der neu­en Pro­duk­ti­ons­zel­le der Ka­ros­se­rie­bau­s­par­te von thys­sen­krupp. (Bild: thys­sen­krupp)

Ein Spiegel mit 17 Segmenten

„Die tech­no­lo­gi­sche Mess­lat­te lag bei die­sem Pro­jekt von Be­ginn an sehr hoch. Zu­dem be­ding­te der in­no­va­ti­ve Cha­rak­ter des Vor­ha­bens ei­ne ge­wis­se Fle­xi­bi­li­tät, da sich in des­sen Ver­lauf häu­fig neue Fra­gen auf­ta­ten“, er­in­nert sich An­dre­as Fil­ler, seit vie­len Jah­ren Pro­jekt­ma­na­ger bei hotset. Die un­ter sei­ner Ver­ant­wor­tung rea­li­sier­te Lö­sung ist al­ler­dings ein ver­fah­rens­tech­ni­sches High­light mo­der­ner Tem­pe­rier­tech­nik und könn­te weg­wei­send für die wei­te­re Eta­blie­rung des CFK-Kle­bens in an­de­ren Bran­chen sein. Es han­delt sich da­bei um ein Sys­tem aus zwei gro­ßen Heiz­rah­men, de­ren Geo­me­trien und Di­men­sio­nen dem De­sign der Fahr­zeug­tü­ren (1.290 x 636 mm) fol­gen. „Wäh­rend aber sol­che Rahmen – im Fach­jar­gon auch Heiz­spie­gel ge­nannt – bis­lang meist aus ei­nem Stück ge­fer­tigt wur­den, sa­hen die kon­struk­ti­ven Vor­ga­ben von thys­sen­krupp in die­sem Fall vor, dass das neue Tem­pe­rier­sys­tem aus ins­ge­samt 17 fest mit­ein­an­der ver­bun­de­nen Heiz­seg­men­ten be­steht, de­ren Auf­la­ge­flä­chen kon­tur­ge­nau den ver­schie­de­nen To­po­lo­gien der zu ver­kle­ben­den Tür­be­rei­che an­ge­passt sind“, er­klärt An­dre­as Fil­ler. In sei­ner Form­ge­bung ist da­her je­des die­ser Seg­men­te ein drei­di­men­sio­na­les Uni­kat, mit ho­her Ge­nau­ig­keit ge­fräst aus ei­ner spe­zi­el­len Alu­mi­ni­um­le­gie­rung, ver­edelt mit fein­ge­schlich­te­ten Kon­takt­flä­chen und aus­ge­stat­tet mit ei­ner In­nen­ar­chi­tek­tur aus Heiz­ele­men­ten. Da je­des Seg­ment zu­dem über meh­re­re, ein­zeln an­steu­er­ba­re Re­gel­zo­nen ver­fügt, lässt sich die Heiz­ener­gie des kom­plet­ten Tem­pe­rier­sys­tems über ins­ge­samt 19 Re­gel­zo­nen ziel­ge­nau, ef­fi­zi­ent und be­darfs­ge­recht be­reit­stel­len. Pa­trick Hof­som­mer, Pro­ject Ma­na­ger von thys­sen­krupp Au­to­mo­ti­ve Bo­dy So­lu­ti­ons, er­läu­tert, was das in der Pra­xis be­deu­tet: „Auf­grund sei­ner ein­zig­ar­ti­gen Re­gel­tech­nik und den pass­ge­nau­en Seg­men­ten mit ih­ren per­fekt auf­lie­gen­den Kon­takt­flä­chen ist der neue Heiz­spie­gel ei­ne ech­te In­no­va­ti­on. Sie ga­ran­tiert ei­ne op­ti­ma­le, hoch­gra­dig gleich­mä­ßi­ge und gleich­zei­tig auch fle­xi­ble Tem­pe­ra­tur­füh­rung zu al­len Kle­benäh­ten der bei­den Tür­hälf­ten. In der hoch­prä­zi­sen Aus­füh­rung von hotset leis­tet sie ei­nen ent­schei­den­den Bei­trag zur Pro­zess­ef­fi­zi­enz un­se­rer neu­en CFK-Klebeanlage.“

Zielgenaue Hitzeführung durch Segment-Design: Das neue Temperiersystem von hotset besteht aus 17 miteinander verbundenen Heizsegmenten, deren Auflageflächen konturgenau den verschiedenen Topologien der zu verklebenden Bereiche der Carbontür (im Bild schwarz) angepasst sind. (Bild: thyssenkrupp)

Ziel­ge­naue Hit­ze­füh­rung durch Seg­ment-De­sign: Das neue Tem­pe­rier­sys­tem von hotset be­steht aus 17 mit­ein­an­der ver­bun­de­nen Heiz­seg­men­ten, de­ren Auf­la­ge­flä­chen kon­tur­ge­nau den ver­schie­de­nen To­po­lo­gien der zu ver­kle­ben­den Be­rei­che der Car­bon­tür (im Bild schwarz) an­ge­passt sind. (Bild: thyssenkrupp)

Minutenschnell ausgehärtet

Als tem­pe­rier­tech­ni­sche Leis­tungs­kom­po­nen­ten agie­ren zwei sol­cher Mehr­seg­ment-Heiz­spie­gel als in­te­grier­te Be­stand­tei­le der neu­en Mon­ta­ge­zel­le von thys­sen­krupp. Funk­tio­nell sind sie ein­ge­bun­den in das kom­ple­xe hand­ha­bungs­tech­ni­sche und steue­rungs­tech­ni­sche Ge­sche­hen der 11 x 9 Me­ter gro­ßen An­la­ge, die in ei­nem ge­tak­te­ten und syn­chro­ni­sier­ten Wech­sel­spiel von fünf Ro­bo­tern vier CFK-Form­tei­le zu zwei Fahr­zeug­tü­ren – ei­ne lin­ke und ei­ne rech­te – ver­klebt. Aus be­reit­ge­stell­ten La­dungs­trä­gern wird je­weils ei­ne Tür-In­nen­scha­le (In­ner as­sy) ent­nom­men und in die un­te­re Auf­nah­me ei­ner Spann­vor­rich­tung, in der sich auch der un­te­re Rahmen des Heiz­spie­gels be­fin­det, ein­ge­legt. Kurz dar­auf er­folgt die Ap­pli­ka­ti­on der Kle­ber­rau­pen aus ei­nem Zwei-Kom­po­nen­ten-Kleb­stoff auf die de­fi­nier­ten Rand­zo­nen. Wenn un­mit­tel­bar an­schlie­ßend die Tür-Au­ßen­scha­le (Outer pa­nel) und der obe­re Rahmen des Heiz­spie­gels auf­ge­setzt und ein­ge­spannt sind, fährt das Tem­pe­rier­sys­tem hoch und er­hitzt von bei­den Sei­ten – al­so durch die CFK-Halb­scha­len hin­durch – die Kleb­stoff­rau­pen gleich­mä­ßig auf bis zu 90° C. Die Aus­här­tung des Kle­bers ist dann nach et­wa 4,5 Mi­nu­ten ab­ge­schlos­sen. Ins­ge­samt be­trägt die Pro­zess­takt­zeit elf Mi­nu­ten für je zwei Fahr­zeug­tü­ren. Bei­de CFK-Tür­hälf­ten in­klu­si­ve Kle­ber­rau­pe sind zwi­schen 6,0 und 7,0 mm dick.

Pa­trick Hof­som­mer: „Auf­grund sei­ner ein­zig­ar­ti­gen Re­gel­tech­nik und den pass­ge­nau­en Seg­men­ten mit ih­ren per­fekt auf­lie­gen­den Kon­takt­flä­chen ist der neue Heiz­spie­gel von hotset ei­ne ech­te In­no­va­ti­on.“ (Bild: thys­sen­krupp)

Patrick Hofsommer, Project Manager von thyssenkrupp Automotive Body Solutions

Temperaturkompensierte Konstruktion

Als Pro­jekt­part­ner in die Ent­wick­lung der neu­en CFK-Kle­be­an­la­ge von thys­sen­krupp ein­ge­bun­den, be­glei­te­te hotset das Vor­ha­ben über meh­re­re Mo­na­te, und stell­te sein in­no­va­ti­ves Tem­pe­rier­sys­tem schließ­lich als Kom­plett­lö­sung be­reit. Das be­deu­tet kon­kret: Der An­la­gen­bau­er er­hielt meh­re­re maß­ge­schnei­der­te, ein­satz­fer­ti­ge Heiz­spie­gel in­klu­si­ve Iso­lier­tech­nik, Sen­sor­tech­nik und de­zen­tra­ler Re­gel­tech­nik zur In­te­gra­ti­on in sei­ne hand­ha­bungs- und steue­rungs­tech­ni­sche (Sie­mens S7/ CAN-Bus) In­fra­struk­tur. Dass hier­bei al­ler­lei be­son­de­re Aspek­te zu be­rück­sich­ti­gen wa­ren, liegt auf der Hand. Da­zu ge­hör­te es bei­spiels­wei­se, dass das En­gi­nee­ring des Tem­pe­rier­sys­tems wie­der­holt den ver­schie­de­nen Ite­ra­ti­ons­stu­fen des Pro­jekts an­zu­pas­sen war und dass die Kon­struk­ti­on des Heiz­spie­gels und sei­ner Seg­men­te un­ter der Vor­ga­be den Tem­pe­ra­tur­kom­pen­sa­ti­on zu er­fol­gen hat­te. „In sol­chen Fäl­len müs­sen al­le ent­schei­den­den Kom­po­nen­ten ei­ni­ge Pro­zent­punk­te klei­ner kon­stru­iert und ge­fer­tigt wer­den, weil sich das Sys­tem im prak­ti­schen Ein­satz durch den Tem­per­ur­ein­fluss ja aus­dehnt“, er­läu­tert An­dre­as Fil­ler. Wei­te­re wich­ti­ge An­for­de­run­gen wa­ren un­ter an­de­rem, dass der ge­sam­te Heiz­spie­gel de­fi­nier­te Ge­wichts­gren­zen ein­hal­ten muss­te, da die Ro­bo­ter der Mon­ta­ge­an­la­ge ma­xi­mal 300 kg he­ben und po­si­tio­nie­ren kön­nen, und dass Si­li­kon als Werk­stoff für die Ver­kle­bung von Be­ginn an aus­ge­schlos­sen war.

An­dre­as Fil­ler: „Un­ser neu­er Heiz­spie­gel mit sei­nem Seg­ment-De­sign und den dar­aus re­sul­tie­ren­den Vor­tei­len für die Re­gel­ge­nau­ig­keit und die kon­tur­ge­naue Hit­ze­füh­rung re­prä­sen­tiert ei­ne neue Ge­nera­ti­on von Hoch­prä­zi­si­ons-Heiz­ele­men­ten für den Ein­satz in der mo­der­nen Kle­be­tech­nik.“ (Bild: Hotset GmbH)

Andreas Filler, Projektmanager bei hotset

Wegweisende Systemlösung

Ein­mal mehr konn­te hotset im Rahmen der Rea­li­sie­rung des neu­en Heiz­spie­gels für die CFK-Kle­be­an­la­ge von thys­sen­krupp sei­ne Leis­tungs­fä­hig­keit als kom­pe­ten­ter En­gi­nee­ring- und Sys­tem­part­ner un­ter Be­weis stel­len. Und wie üb­lich bei Pro­jek­ten die­ser Kom­ple­xi­tät und Grö­ßen­ord­nung, hat das Lü­den­schei­der Un­ter­neh­men da­mit auch sein prak­tisch nutz­ba­res Know­how auf dem Ge­biet der pro­duk­ti­ons­in­te­grier­ten Tem­pe­rier­sys­te­me für den in­dus­tri­el­len An­la­gen­bau er­heb­lich aus­ge­baut. An­dre­as Fil­ler be­tont in die­sem Zu­sam­men­hang ins­be­son­de­re, dass „der neue Heiz­spie­gel mit sei­nem Seg­ment-De­sign und den dar­aus re­sul­tie­ren­den Vor­tei­len für die Re­gel­ge­nau­ig­keit und die kon­tur­ge­naue Hit­ze­füh­rung ei­ne neue Ge­nera­ti­on von Hoch­prä­zi­si­ons-Heiz­ele­men­ten für den Ein­satz in der mo­der­nen Kle­be­tech­nik ver­kör­pert.“ Gut denk­bar al­so, dass die­se zu­nächst für die Sport­wa­gen-In­dus­trie ent­wi­ckel­te High-End-Lö­sung auch zu­kunfts­wei­sen­de Im­pul­se für die wei­te­re Eta­blie­rung des 2K-Kle­bens von CFK-Ble­chen in vie­len an­de­ren Be­rei­chen des se­ri­en­ori­en­tier­ten Leicht­baus ge­ben kann. Die Ther­mo­dy­na­mik-Spe­zia­lis­ten von hotset ha­ben da­bei un­ter an­de­rem zahl­rei­che An­wen­dun­gen in der Elek­tro­mo­bi­li­tät im Blick.

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