Ultraschallstanzen für saubere Schnittkanten

Ästhetik im Leichtbau

Die Ultraschall-Sonotrode stanzt mit vergleichbar geringem Kraftaufwand die komplexen Formen in der geforderten Qualität und ohne Spuren an der hochempfindlichen Sichtseite der einbaufertig lackierten Kunststoffstossfänger zu hinterlassen. Bild: Telsonic / F.T. Famat Srl
Jochen Branscheid / Ellen-Christine Reiff /

Leichtbau ist ein wichtiger Trend in der Automobilindustrie. Bei der Forderung nach hochwertig lackierten Class-A-Oberflächen stossen bei diesem jedoch konventionelle Trennverfahren an ihre Grenzen. Weitaus besser geeignet ist das Schneiden oder Stanzen mit Ultraschall, das hochwertige optische Öffnungen ermöglicht.

Mitte 2018 brachte Lamborghini den Urus auf den Markt, der die Eigenschaften eines Sportwagens mit der Funktionsvielfalt eines SUV vereinen soll. Fahrdynamik, Leistung und Design machen das Fahrzeug zu einem echten Super-Sports-Utility-Vehicle, das im oberen Marktsegment Massstäbe setzt. In einer neuen Produktionsanlage und Lackiererei im italienischen Sant’Agata Bolognese werden pro Jahr circa 3500 Stück dieses aktuell schnellsten SUV der Welt gefertigt. Dabei überzeugt der 650 PS starke Bolide, der fürs Beschleunigen von 0 auf 100 km/h lediglich 3,6 s braucht, nicht nur technisch, sondern erfüllt auch ästhetisch höchste Massstäbe. 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 von sauberen Durchbrüchen in die lackierten Stossfänger des SUV vertrauen die italienischen Autobauer deshalb auf die Ultraschalltechnologie, bezüglich der die Turiner F.T. Famat Srl und die Schweizerische Telsonic AG eine Partnerschaft eingegangen sind. Unter Verwendung einer 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 sauberer Durchbrüche

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 im Vergleich zum mechanischen Stanzen eine relativ geringe Kraft erforderlich ist. Dies ermöglicht eine hohe ästhetische Qualität und Prozesssicherheit.

Darüber hinaus bietet das Verfahren weitere Vorteile, aufgrund derer es sich zum Schneiden der Aussparungen in den lackierten Leichtbau-Stossfängern eignet. Durch diese Kombination entstehen beim Schneiden mit Ultraschall im Gegensatz zum mechanischen Fräsen keine Materialverluste oder Beschädigungen des lackierten Teils. Es gibt keine Späne; die Schnittkanten sind glatt und sauber, wodurch eine aufwendige Nachbearbeitung entfällt. Ein Schneidmedium, wie zum Beispiel ein Wasserstrahl, ist ebenfalls nicht erforderlich. Das Schneidgut bleibt somit trocken und sauber. Die Schnitttiefe ist beliebig und präzise einstellbar (Scoring), zudem ist Ultraschallschneiden leise, weshalb es keiner Lärmschutzmassnahmen bedarf. 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 diese Kombination das Ultraschallschneiden nicht nur für das Ausschneiden der Öffnungen in den Urus-Stossfängern, sondern für viele andere Leichtbauanwendungen als praxisgerechtes Verfahren prädestiniert.

Abgestimmt auf 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, ein Stanzsystem mit verschiedenen Ultraschallsystemen entwickelt, das 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 rund 25 pro Tag relativ niedrig sind, werden die Werkstücke manuell eingelegt und am Ende der automatischen Stanz- und Klebevorgänge ebenfalls entnommen, entsprechend der 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 Generator-Ausführung 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. Dieses 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 Aufgabenstellungen schnell umsetzen zu können. Die italienisch-schweizerische Partnerschaft hat sich bei der Produktion des Sport SUV mittlerweile bewährt. Da sich das Verfahren für Wandstärken zwischen 2,5 und 4 mm eignet, wird es sicher noch viele weitere Anwendungsbereiche im boomenden Leichtbau erschliessen.