Saubere Schnittkanten

Technik

Leichtbau ist ein wichtiger Trend in der Automobilindustrie. Neben der Gewichtseinsparung sind dadurch auch signifikante Kosteneinsparungen möglich. Konventionelle Trennverfahren stoßen allerdings in der Automobilindustrie bei der Forderung nach hochwertig lackierten Class-A-Oberflächen an ihre Grenzen. Weitaus besser geeignet ist das Schneiden oder Stanzen mit Ultraschall.

02. Oktober 2018
© Telsonic / Lamborghini
Bild 1: Saubere Schnittkanten (© Telsonic / Lamborghini)

Mitte 2018 brachte Lamborghini den Urus auf den Markt, der die Eigenschaften eines Supersportwagens mit der Funktionsvielfalt eines SUVs vereinen soll. Fahrdynamik, Leistung und Design machen das Fahrzeug zu einem echten Super-Sports-Utility-Vehicle, das im oberen Marktsegment neue Maßstäbe setzt. 

In einer neuen Produktionsanlage und Lackiererei im norditalienischen Sant’Agata Bolognese werden pro Jahr voraussichtlich ungefähr 3.500 Stück dieses aktuell schnellsten SUVs der Welt gefertigt werden. Der knapp 480 Kilowatt starke Bolide, der fürs Beschleunigen von 0 auf 100 km/h lediglich 3,6 Sekunden braucht, überzeugt nicht nur technisch, sondern will auch ästhetisch höchste Maßstäbe erfüllen. Neben der Funktion spielt deshalb die Optik – also Formgebung und Lackierung – eine entscheidende Rolle.

Hohe Ansprüche an die Optik

Um den hohen ästhetischen Ansprüchen zu genügen, gilt es, bei der Produktion selbst kleinste Details zu berücksichtigen. Bei den Ausschnitten für die Parksensoren in den lackierten vorderen und hinteren Stoßfängern und den Öffnungen für die Scheibenwischerreinigungsanlagen kommt es auf extrem saubere Schnittkanten mit definierter Radiusanprägung an, damit das Kunststoffmaterial der Stoßfänger nicht an den Kanten unter dem Lack zu sehen ist.

Beim Stanzen sauberer Durchbrüche in die lackierten Stoßfänger des neuen SUVs vertrauen die italienischen Autobauer deshalb auf die Ultraschalltechnologie, für die die Turiner F.T. Famat Srl und die Schweizerische Telsonic AG eine Partnerschaft eingegangen sind. Unter Verwendung einer hochwertigen und hochpräzisen Mechanik, insbesondere mit bewährten Sonotroden, wird das Stanzen komplexer Formen in der geforderten Qualität mit vergleichbar geringem Kraftaufwand ermöglicht, ohne Spuren an der hochempfindlichen Sichtseite der bereits lackierten und für die Sensormontage bereiten Kunststoffstoßfänger zu hinterlassen.

Ebenso macht die von F.T. Famat Srl eingebrachte Technologie, bei der die Hülse des Sensorhalters im selben Stanzpunkt direkt eingeklebt wird, einen nachfolgenden Arbeitsschritt überflüssig. Die äußere Sichtseite bleibt davon also völlig unbeeinträchtigt. Darüber hinaus wird der definierte Radius mit der Lackschicht sauber eingeprägt; das heißt, der Lack wird sanft und ohne sicht- oder spürbare Spuren in die Durchbrüche eingezogen, und zwar so, dass keine Beschädigungen oder Flusen entstehen und der Parksensor direkt und präzise eingesetzt oder die Pumpe der Scheinwerferwaschanlage montiert werden kann.

Stanzen von sauberen Durchbrüchen

Wie das Verfahren funktioniert, ist einfach zu verstehen: Die von einem Piezokonverter erzeugten Ultraschallschwingungen versetzen eine Sonotrode in eine hochfrequente Schwingung, was durch deren Resonanz besonders wirkungsvoll ist und dabei gleichzeitig wenig Leistung benötigt. Aufgrund der hochpräzisen und fein regelbaren Mechanik können die Ultraschallschwingungen den Kunststoff in der Schneidzone nicht erwärmen und Verformungen am lackierten Teil verursachen, wodurch der Schnitt sauber bleibt und eine geringere Kraft (im Vergleich zum mechanischen Stanzen) erforderlich ist. Dies ermöglicht eine hohe ästhetische Qualität und Prozesssicherheit.

Darüber hinaus bietet das Verfahren aber noch weitere Vorteile, aufgrund derer es sich besonders zum Schneiden der Aussparungen in den lackierten Leichtbau-Stoßfängern eignet. Durch diese Verfahrenskombination entstehen beim Schneiden mit Ultraschall im Gegensatz zum mechanischen Fräsen keine Materialverluste oder Beschädigungen des lackierten Teils. Es gibt keine Späne; und die Schnittkanten sind glatt und sauber, wodurch eine aufwendige Nachbearbeitung unnötig wird.

Ein Schneidmedium, zum Beispiel ein Wasserstrahl, ist nicht erforderlich. Das Schneidgut bleibt somit auch trocken und sauber. Die Schnitttiefe ist beliebig und präzise einstellbar (Scoring); zudem ist Ultraschallschneiden auch noch leise, es sind also keine Lärmschutzmaßnahmen erforderlich.

Darüber hinaus muss die Oberfläche des Schneidguts im Gegensatz zum Laserstrahlschneiden keine besonderen Gütekriterien erfüllen. Es entstehen keine Verbrennungsgase und die Schnittkanten sehen nicht verbrannt, sondern abgerundet aus. Auch die Anschaffungs- und Betriebskosten sind im Vergleich zu anderen Verfahren ausgesprochen gering, weshalb sich diese Kombination nicht nur für das Ausschneiden der Öffnungen in den Urus-Stoßfängern, sondern auch für viele andere Leichtbauanwendungen als praxisgerechtes Verfahren empfiehlt.

Abgestimmt auf die Anwendungsanforderungen

Um die Aussparungen in den Stoßfängern zu stanzen, haben die italienische F.T. Famat Srl, spezialisiert auf den Bau spezieller Automationsmaschinen, und die auf die Herstellung von Ultraschallsystemen spezialisierte Telsonic AG eine Stanzanlage mit verschiedenen Ultraschallsystemen entwickelt, die verschiedene Stoßfänger durch den direkten Einsatz der Sensorhülse in derselben Arbeitsphase fertigt und bearbeitet.

Die Teile der vorderen und hinteren Stoßfänger, die Aussparungen für die Scheinwerferwaschanlage und die Diversität der einzelnen Komponenten der Stoßfänger in den Urus-Versionen haben dem Zulieferer der Endkomponente ermöglicht, Platz und Geld zu sparen. Da die Produktionsstückzahlen mit etwa 25 pro Tag relativ niedrig sind, werden die Werkstücke manuell eingelegt und am Ende der automatischen Stanz- und Klebevorgänge ebenfalls entnommen, entsprechend den im Leitsystem hinterlegten Auftragsdaten.

Die Generatoren, die den Ultraschall erzeugen, sind für den Schaltschrankeinbau konzipiert und übernehmen die Kommunikation mit der Steuerung einer jeden Anlage. Die Generatorausführung MAG, die zur Lösung komplexer Schneidaufgaben in Sonderanlagen und Produktionslinien prädestiniert ist, unterstützt nahezu alle gängigen Feldbusschnittstellen (Ethernet/IP, Ethercat, Profinet, Profibus, Sercos III, Powerlink und Modbus RTU). Sämtliche von F.T. Famat Srl gebauten Anlagen sind mit der automatischen Verwaltung der Produkt- und Phasenauswahl vernetzt, mit dem automatischen Herunterladen des Lagerbestandes und der Bestellung.

Auch die Ultraschallanlagen sind integraler Bestandteil des automatischen Systems. Das gesamte System wurde schließlich in den größeren Kontext der Industrieautomatisierung 4.0 einbezogen. Für die Steuerungsprogrammierung gibt es zudem ein Software-Development-Kit mit Funktionsmodulen und Programmierbeispielen, um auch anspruchsvolle Aufgaben schnell umsetzen zu können.

Die italienisch-schweizerische Partnerschaft hat sich in der Produktion des Sport-SUVs mittlerweile bewährt. Da sich das Verfahren für Wandstärken zwischen 2,5 und 4 Millimetern eignet, wird es sicher viele weitere Anwendungsbereiche im boomenden Leichtbau erschließen.

Hintergrund

Die Telsonic-Gruppe mit Hauptsitz in Bronschhofen (Schweiz) ist seit 1966 mit technologischen Ultraschall-Lösungen in Europa, Amerika und Asien vertreten. Ständige Innovationen tragen dazu bei, dass sich das Unternehmen in vielen Anwendungen einen Vorsprung erarbeitet hat, der den Anwendern Mehrwert bietet.

Das inhabergeführte Familienunternehmen mit über 250 hoch qualifizierten Mitarbeitern hat sich auf das Kunststoff- und Metallschweißen sowie das Reinigen, Sieben und Schneiden mit Ultraschall spezialisiert. Diese Kompetenzen sind bei aktuellen Trendthemen stark gefragt, zum Beispiel im Leichtbau, in der Elektromobilität, Akkumulatorherstellung, Verpackungsindustrie, Medizintechnik und im 3D-Druck.

Erschienen in Ausgabe: 06/2018

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