Klebstoffapplikationen sicher automatisieren

Für automatisierte, hochpräzise Kleb- und Dichtprozesse: konzentrische Multifunktionssensorik arrangiert um die Applikationsspitze (Bild: Fraunhofer IFAM, Stade)

16.04.2020 Klebstoffapplikationen sicher automatisieren

Prozessintegration einer Multifunktionssensorik für qualitätsgesicherte 2K-Kleb- und Dichtanwendungen

von Dipl.-Ing. Urs Roemer (Fraunhofer IFAM Stade), B. Eng. Peter Pohl (Fraunhofer IFAM Stade)

Automatisierte Kleb- und Dichtprozesse sind in der heutigen Automobilproduktion bereits Stand der Technik. In der Luftfahrtproduktion hingegen – bedingt durch anders gelagerte Sicherheitsanforderungen und weitaus geringere Stückzahlen – gibt es bisher wenig nennenswerte Bestrebungen in diesem Kontext. Einen solchen Beitrag für den Flugzeugbau leistet das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte, im März 2019 abgeschlossene Forschungsprojekt »MultiBond«, das ein integrales System zur prozessgesicherten 2K-Dosierung mit echtzeitgebundener multifunktionaler Sensorik (Bild 1) verfügbar macht.

Kleben und Dichten toleranzbehafteter Bauteile flexibel automatisieren
Die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen ist mittlerweile für die Luftfahrtindustrie unverzichtbar. Neben der Steigerung der Lebensdauer der betreffenden Flugzeugbauteile ist vor allem die Reduktion von Gewicht und somit der verringerte Treibstoffbedarf im Betrieb ein zentrales Thema. Allerdings stellt die Verarbeitung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen eine besondere Herausforderung dar, da sie fertigungsbedingt große Toleranzen im Vergleich zu identischen Bauteilen in herkömmlicher Metallbauweise mitbringen. Hinsichtlich der automatisierten Verarbeitung von Kleb- und Dichtstoffen auf diesen Bauteilen gilt es demnach u.a., den Prozess so flexibel zu gestalten, dass die höchsten  Qualitätsanforderungen an die Kleb- und Dichtstoffnahttrotz abweichender Konturmaße stets erfülltsind.

Würde die Applikation allein mit einem Industrieroboter und einem Dosiergerät erfolgen, müsste aufgrund der variierenden Dimensionen der Bauteile die Bahn der Klebstoffraupen für jedes Bauteil neu programmiert werden – eine rentable Automatisierung wäre unmöglich. Zudem ließen sich Einflüsse während der Applikation nicht berücksichtigen und Aussagen über die Qualität sowie Positionierung der
Klebstoffnaht nur nachgelagert machen. Verbunden mit den bereits erwähnten Bauteiltoleranzen würde das zu hohen Ausschüssen und immensen Kosten führen. Aus diesen Gründen erfolgen in der Luftfahrtindustrie bis heute Klebstoffapplikationen manuell, verbunden mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand.

Um den Herausforderungen gerecht zu werden und Kosten zu reduzieren, wurde im Luftfahrtforschungsprojekt »MultiBond« ein klebtechnisches Robotiksystem aufgebaut.
Das Ziel:
• ein mit einem 2K-Dosiersystem ausgestatteter Standard-Industrieroboter sowie eine multifunktionale Sensorik, die sämtliche Prozesse absichert,
• ein neuartiges Sensorsystem, das die erforderlichen Daten nicht nur für die grobe Erkennung der Bauteilkontur im Vorfeld, für den feinen Toleranzausgleich innerhalb des Prozesses und die Überwachung der Klebstoffapplikation, sondern auch für die sonst nachgelagerte Qualitätssicherung liefert.