Lasergestütztes Fügeverfahren am Beispiel der Kantenanleimung

Zusammenfassung

Die Schmalflächenbeschichtung ist ein Hauptarbeitsgang in der maschinellen Möbelfertigung. Entsprechende Anlagen werden in der Industrie sowie im Handwerk eingesetzt und gehören dort zur Standardausrüstung. Überwiegend kommen Schmelzklebstoffe zur Anwendung, die im heißen Zustand mit einer Walze auf die Plattenschmalfläche bzw. auf das Beschichtungsmaterial aufgetragen werden, um diese anschließend miteinander zu verkleben.
Anliegen des Forschungsvorhabens war die Realisierung dieser Klebstofferwärmung durch einen Laser sowie die Integration der Lasertechnik in den Produktionsprozess.
Das Temperaturverhalten der Schmelzklebstoffe unter dem Einfluss des Lasers ergibt sich aus dem optischen Verhalten der Klebstoffe. Daher wurden zunächst Grundlagenuntersuchungen zur Erwärmung bzw. Erweichung von Schmelzklebstoffen mittels Laser durchgeführt. Für diese Untersuchungen wurden aus den für die Schmalflächenbeschichtung üblichen Klebstoffen Klebstofffilme hergestellt. Im Hinblick auf eine Verfahrensoptimierung wurden dabei verschiedene Laser verwendet und relevante Parameter variiert. Im Ergebnis dieser Versuche wurde die Möglichkeit der Erweichung von Schmelzklebstoffen mittels Laser prinzipiell nachgewiesen. Resultierend aus diesen grundlegenden Untersuchungen wurden der Laser sowie die Arbeitsparameter des Lasers für die weiterführenden Versuche spezifiziert.
Der zweite Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der Adaption der Lasertechnik auf die Kantenanleimmaschine und der Integration in den Prozess der Schmalflächenbeschichtung. Die Schmalflächenbeschichtung nach dem neuen Verfahren wurde auf einer Kantenanleimmaschine vom Typ Homag Optimat KL77 unter Produktionsbedingungen realisiert. Die Versuche haben gezeigt, dass sich alle Schmalflächenbeschichtungsmaterialien, Klebstoffarten und Trägermaterialien mit dem neuen Verfahren verarbeiten lassen. Dies lässt neben der Prozessoptimierung auch Gestaltungsspielraum bei der Materialauswahl. Es wurden Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 50 m/ min realisiert.
Zur Beurteilung der Qualität der Fuge wurden die Festigkeit sowie die Wasseraufnahmefähigkeit der Verbindung geprüft. Für die Evaluierung der Festigkeit wurde ein neues Prüfverfahren entwickelt, dass die Gebrauchsbeanspruchung besser widerspiegelt als die derzeit üblichen Rollschältests bzw. der Test zur Ermittlung der Abhebefestigkeit. Sowohl Festigkeit als auch Feuchtebeständigkeit der Schmalflächenverklebung werden gegenüber dem herkömmlichen Verfahren zur Schmalflächenbeschichtung wesentlich verbessert.
Abschließend wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Dabei wurde das herkömmliche mit dem lasergestützten Fügeverfahren verglichen. Für diese Beurteilung der Wirtschaftlichkeit wurden verschiedene Produktionsstrategien und Auslastungen einer Kantenanleimmaschine betrachtet. Der Vergleich ergab, dass das lasergestützte Fügeverfahren geringfügig teurer ist als das herkömmliche Verfahren, wobei hervorgehoben werden muss, dass gerade die qualitativen Vorteile nicht mit einem finanziellen Wert hinterlegt und somit nicht in die wirtschaftliche Betrachtung einfließen können.

Das Forschungsprojekt (Nr. 13970 BR) wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) finanziell gefördert.

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Christian Gottlöber
Letzte Änderung: 06.12.2016