2K-Klebstoffe sicher beherrschen: Inline-Kontrolle des Mischungsverhältnisses

Zwei Komponenten-Klebstoffe sind aus der modernen Industrie nicht mehr wegzudenken, ob im Automobilbereich, ob der Luftfahrt, Elektronik, überall sind diese Klebstoffe im Einsatz. Doch eines entscheidet über Qualität und Langzeit-Performance, nämlich das exakte Mischungsverhältnis. Was passiert, wenn dieses Mischungsverhältnis unbemerkt abweicht? Wie lässt sich die Serienfertigung kontinuierlich überwachen?

Und warum so ein kleines Teil darüber entscheidet, ob wir die richtige Mischung haben? Darüber unterhalte ich mich heute mit Rosto Yossef von der 3M. Rosto ist European Adhesive Engineer und wir gucken uns heute mal etwas genauer den 3M Adhesive Mix Monitor an. Hallo Rosto, schön, dass du da bist.

Hallo, danke schön. Ich habe ein paar Fragen vorbereitet, die wir so ein bisschen diskutieren werden, um dem Zuschauer das System zu erklären, was dahinter steckt. Rosto, warum ist das Mischungsverhältnis von 2K-Klebstoffen in der industriellen Fertigung als kritisch zu sehen? Und wo seht ihr bei der 3M als Hersteller die Risiken?

Im Prinzip, im Idealfall ist ein 2K-System eigentlich das Beste, was man machen kann. Denn sobald ich von einem Reaktivsystem rede, müssen immer zwei Komponenten vorhanden sein, die miteinander reagieren. Liefere ich zwei Komponenten, dann ist eigentlich alles in diesen Komponenten mit drin, was ich brauche, damit ich das richtige Resultat bekomme. Kaufe ich ein Reaktivsystem nur als einkomponentig, dann heißt es, ich kaufe eine Komponente.

Das Zweite ist aber trotzdem notwendig. Das ist entweder Eisen-Ionen, Kupfer-Ionen bei den Schraubensicherungen oder es ist Luftfeuchtigkeit bei den Dichtstoffen usw. Das ist viel schwerer zu kontrollieren, ob ich entsprechend die zweite Komponente richtig zumische. Von daher ist im Prinzip die Zwei-Komponenten-Lösung eigentlich das Ideal.

Jetzt ist allerdings immer die Frage gewesen, wie kann ich nachweisen bzw. wie kann ich kontrollieren, dass die zwei Komponenten im richtigen Mischungsverhältnis, in der richtigen Mischungsdynamik verbunden werden, damit sie später den Kunststoff ergeben, den Klebstoff ergeben, den ich haben möchte. Das ist eigentlich der Punkt, dass bis heute Stand der Technik keine objektive Mischung oder Kontrolle dieser Mischung vorlag. Das heißt, der kritische Punkt wäre diese Abweichung von Komponente A oder Komponente B in Bezug auf die zugesicherte Eigenschaft.

Das ist das, was wir nicht kontinuierlich kontrollieren können. Richtig. Und sobald die im Endeffekt abweicht, bekomme ich entweder ein nicht vollständig ausgehärtetes Material, entsprechend weicher, weniger Kraftaufnahme, oder ich bekomme ein im Zweifelsfall zu sehr gehärtetes Material. Die Molekülketten werden kürzer, sie werden härter und die Physikalische Performance des Klebstoffs ist im Endeffekt nicht genau der richtige Punkt.

Sehr oft, und das ist eben eine Sache, die man nicht kontrollieren kann, ist es optisch nicht sichtbar. Bleibt der Klebstoff unausgehärtet, dann ist es für jeden optisch sichtbar, da hat was nicht gestimmt. Ist die Abweichung allerdings im kleineren Bereich, dann kann es sein, dass ich solche Sachen erst merke in einer beschleunigten Alterung, Klimawechseltest, wie auch immer man das entsprechend quält, kann es sein, dass dann ein nicht korrekt ausreagiertes Material die Performance nicht mehr hat, die es eigentlich haben sollte. Wird aber heute meistens erst produziert und im Nachhinein kontrolliert.

Absolut. Da sind wir schon bei der Frage, welche typischen Prozessprobleme habt ihr bei Kunden beobachtet, bevor der Mixmonitor eingesetzt werden konnte? Also bevor es überhaupt das System gab zu Kunden, die in die Überprüfung. Einmal habe ich den Spülprozess, fangen wir einfach mal vorne an, damit ich sicher gehen kann, hoffentlich, dass die Mischung korrekt ist, wird eine bestimmte Spülmenge durch das statische Mischrohr im Endeffekt ausgelassen und dann gehe ich davon aus, dass die Mischung korrekt ist.

Ist jetzt diese Menge, die ich ausspüle, zu gering? Ist sie zu hoch oder ist sie richtig? Das hat man bisher eigentlich nur im Gefühl gehabt oder eine Standardmenge einfach ausgespült, die vielleicht deutlich zu hoch ist oder zu gering. Diese typische Mischerlänge, die wir angeben.

Richtig, ganz genau. Mindestens einmal das Volumen der Mischerlänge. Ausspülen, auch wenn man sprechend über Kartuschen arbeitet. Die Kartuschenböden sind im Endeffekt nicht perfekt auf der gleichen Höhe.

Ich komme mit einem Kolben, das heißt am allerersten ein bisschen ausspülen, Verlust. Aufsetzen, ausspülen, Verlust. Wie kriege ich das jetzt optimiert? Bisher war das alles nur Gefühl und jetzt hätte man eine objektive Messung, bei der man genau sagen kann, jetzt kommt genau die richtige Mischung raus.

Wie funktioniert denn der 3M-Attentiv-Mixmonitor technisch oder was unterscheidet ihn von herkömmlichen Dossier- oder Volumenüberwachung? Die Volumenüberwachung, wie der Name schon sagt, überprüft volumetrisch, wie viel Quantität pro A- und B-Komponente vorne im Endeffekt gefördert wird. Jetzt habe ich mehrere Möglichkeiten, entweder ich habe ein separaten volumetrisches Messeinheit im Endeffekt auf der Zuleitung oder zum Beispiel über eine Zahnradpumpe, wo ich entsprechend aufgrund der Drehzahl beurteilen kann, wie viel vorgeschoben wird. Beide haben gegebenenfalls mechanische Probleme.

Zahnradpumpe, vor allem wenn die anfängt Schlupf zu haben, dann hat die zwar die richtige Drehzahl, aber die Fördermenge stimmt nicht. Und ich kann mit diesen Systemen, die sind soweit eigentlich stabil, kontrollieren, wie viel vorne rauskommt. Sprich, ich kann kontrollieren, bis zu diesem Punkt, wie viel kommt hier raus. Was konkret im Mischrohr passiert, kann die volumetrische Messung gar nicht kontrollieren.

Das ist errechnet und wir gehen davon aus, immer wieder gehen davon aus, aber objektiv wissen wir es nicht, was hier drin passiert. Und jetzt ist eben dieser zusätzliche Punkt beim Mixmonitor, dass ich hier vorne dran habe, also ich habe eine Durchflussmessung der Flüssigkeit, die hier vorne rauskommt. Aber was messen wir jetzt als physikalische Parameter tatsächlich, beziehungsweise wie zuverlässig lässt sich daraus die Mischqualität ableiten? Wir haben für die Klebstoffe, die entsprechend schon im Mixmonitor eingesetzt werden können, für die A- und für die B-Komponente Modelle erstellt, die auf Basis einer elektrischen Messung dieser Flüssigkeiten beruht.

Wenn ich jetzt das richtige Mischungsverhältnis habe, im Sensor selber, messe ich jetzt diese elektrischen Eigenschaften und vergleiche sie in der Unit selber mit dem Modell, das hinterlegt ist für diese Einzelkomponenten. Wenn ich jetzt erkenne, ich habe eine Einheit von dem einen, zwei Einheiten von dem anderen, zwei zu einem System, dann kann ich entsprechend analysieren, okay, vorne der Tropfen, der raus gekommen ist, hat genau diese Mischung. Großer Unterschied ist, wenn ich es nur volumetrisch machen würde, könnte ich rein theoretisch ein Milliliter A, ein Milliliter B, ein Milliliter A, ein Milliliter B. Die volumetrische Messung würde mir immer noch sagen, das stimmt.

Vorne würde allerdings immer nur intermittent rauskommen, statt in der richtigen Mischung. Und diese Messung ist bisher noch überhaupt nicht möglich gewesen. Es hört sich zunächst mal komplex an. Das heißt, da stellt sich die Frage, wie aufwendig ist die Integration von solchen Messsystemen in bestehende 2K-Systeme, in Anwendungen, in Applikationsplätze?

Sehr, sehr einfach. Denn wenn wir uns jetzt einfach mal hier die Einheit vorstellen, die hier auf dem Tisch ist, haben wir hier die Applikationseinheit. Die kann super simpel sein. Die kann auch eine komplette große 200 Liter Anlage sein.

Das ist einfach symbolisch für das Handgerät. Das ist unsere Applikationstechnik. Und alles, was hier auf dem Tisch liegt, ist die komplette Hardware, fertig installiert, die ich brauche, um das Ganze zu betreiben. Ich muss vorne ans Mischrohr den Sensor montieren.

Genau, diesen hier. Ich muss den Lesestecker einstecken und ab dem Moment misst sozusagen die Anlage. Das heißt, von der Handanlage oder Handapplikation bis zur großen Misch- und Dosieranlage ist das Einzige, was ich installieren muss, physikalisch diese Einheiten, die hier stehen, im Endeffekt über Dualog, über Kabelbinder, irgendwie im Endeffekt an der Unit zu verbinden. Das ist eigentlich schon alles.

Theoretisch an den Roboterarm komplett dran. Richtig. überschaubaren Equipment Part. Wir haben dementsprechend auch überschaubare Kosten.

Deshalb, der wirtschaftliche Nutzen und die Qualität ist so ein Thema. Das heißt, wie rechnet sich der Einsatzpreis von so einem System in der Produktion und wie sieht es aus mit der Nachverfolgbarkeit, also mit der Qualitätssicherung? Im Neudeutschen würde man sagen Traceability. Also wie kann ich das im Grunde aufzeichnen, beziehungsweise was kann ich damit tun?

Ja, also wirtschaftlich ist es natürlich erst einmal eine Investition, aber ich habe entsprechend eine Einsparung in Spülmengen, die ich entsprechend habe. Ich habe die Kontrolle entsprechend über den Einsatz des Klebstoffes und die Traceability, das ist der ausschlaggebende Punkt dabei. Die Unit selber misst auch die oder schreibt einen Zeitstrahl. Der Klassiker eigentlich in der Produktion ist, ich produziere einfach mal als Beispiel 1.000 Bauteile, ziehe mir drei Muster raus, prüfe die zerstörend und stelle fest, okay, die hätten im Endeffekt der Anforderung genügt.

Also gehe ich davon aus, wir sind wieder bei dem Punkt, nehmen wir an, dass die 1.000 Stück im Endeffekt genauso gut oder schlecht im Endeffekt waren wie die Stichproben, die ich gezogen habe. Wenn ich jetzt eine permanente Konstante habe über den MixMonitor, dass ich entsprechend permanent durchmesse und ich stelle jetzt fest, an irgendeiner Stelle gab es ein Problem. Er hat entsprechend auf rot ausgeschlagen, hat es mir entsprechend angezeigt. Habe ich die Möglichkeit, über den Zeitstrahl zu sagen, okay, das Bauteil 348 war betroffen, dann kann ich im Endeffekt das rausnehmen, nochmal prüfen, vorder und hinten.

Ich muss nicht die komplette Charge blocken, sondern ich kann entsprechend die einzelnen Problemstellen sozusagen rausnehmen. Das noch viel schlimmer wäre es, diese 1.000 gehen raus zum Kunden, werden verbaut und dann taucht irgendwo ein Problem auf. Dann heißt es, okay, war das gegebenenfalls ein Mischproblem, war das ein Klebeproblem. Jetzt kommen die Fahrzeuge, nennen wir mal, das ist im schlimmsten Fall, wo diese Bauteile zurück Mietfahrzeug ausgeben und so weiter und so fort.

Die Kosten, die da drin stecken, taucht auf einmal ein Fehler auf. Kann ich hingehen und sagen, wo ist denn, wann ist dieses Bauteil... Das Beispiel, was du nannst mit den 1.000 Teilen, drei geprüft. Wenn jetzt einer der drei einen Fehler hat, wo fing der an und wo hörte der Fehler auf?

Ganz genau. Und so kann ich es deutlich besser messen oder es kommt eine Rückfrage vom Markt, da gab es Probleme, könnt ihr im Endeffekt mal nachgucken, welche davon betroffen sind. Könnte man auch im Nachhinein sagen, die Mischqualität für diese Klebung, für die Serie, die jetzt am Markt ist, war in Ordnung oder es gab irgendwelche Auffälligkeiten in dem und dem Bereich. Dann kann ich viel gezielter die Sachen entsprechend zurückholen.

Also das heißt, es ist eine hohe Prozesskontrolle da und selbst wenn ein Fehler detektiert wird, ist er einzugrenzen. Das heißt, die Folgekosten sind im Vergleich zur Anschaffung wesentlich geringer. Wesentlich geringer, ja. Ehrliche Einschätzung von dir, für welche Anwendung ist der 3M Adhesive Mix Monitor, ich sag mal, notwendig und auch wirtschaftlich?

Wo plant ihr oder wo planen wir, weil wir es ja auch gemeinsam im Markt etablieren wollen, wo planen wir den Einsatzzweck? Wo sehen wir uns? Ich würde sagen, bei allen Verbrauchern oder Kunden, die Klebstoffe einsetzen im Bereich, in dem Fehler nicht tolerierbar sind. Bestes Beispiel Medizintechnik, Wehrtechnik, wo sehr viele Kosten im Endeffekt für eine Rückholung notwendig wären, beziehungsweise wirtschaftlich kann auch der Medizinbereich sein, aber eben vor allem im Fahrzeugbau.

Wenn ich entsprechend komplette Serie eines Fahrzeugs und es taucht immer wieder in der Presse auch auf, wenn 20.000, 30.000 Autos zurückgeholt werden müssen, da kann man sich nur ganz grob vorstellen, wie viele Kosten da im Endeffekt entstehen. Das ist so im Endeffekt der Punkt, entsprechend No Error Tolerance, entsprechend sehr teure Sachen oder auch Kunden, die ganz klar sagen nach dem Motto, für mich ist es sehr wichtig, einfach diesen Prozess immer besser unter Kontrolle zu haben. Vielleicht ein Wort noch, Dokumentation nach der DIN 2304 oder jetzt ISO 21368, der sich damit beschäftigt. Spezieller Prozess.

Spezieller Prozess, ich kann es nur zerstören, wirklich nachweisen und jetzt hätte ich eine zusätzliche Möglichkeit, meinen Prozess zu dokumentieren und das Ganze entsprechend in der Dokumentation für diese Norm entsprechend aufrechtzuerhalten. Kommen wir zum Abschluss, weil ich denke, da waren schon viele Informationen drin, die es einfach wert sind, mal für sich in seinem Betrieb, in seiner Applikation mal darüber nachzudenken, macht es Sinn? Vielleicht an der Stelle noch für Sie, wir sind für Sie da, das heißt, wir haben den direkten Draht zu der 3M, als Premium-Partner sind wir autorisiert, auch dieses Gerät für Sie in den Markt zu bringen. Wenn Sie also Fragen dazu haben, wenn Sie Ihren Prozess prüfen wollen, dann wenden Sie sich einfach an uns.

Aber trotzdem die Abschlussfrage, wenn du es zusammenfassen möchtest, vielleicht in einem Satz, warum sollten Produktionsleiter heute nicht mehr auf eine Inline-Kontrolle oder die Inline-Prozesskontrolle verzichten? Weil es Ihnen das Leben deutlich einfacher macht. Also wir haben gerade, bei kleineren Firmen ist ja oftmals Einkauf, Produktion, Qualitätskontrolle und so weiter eher in einer Hand. Da ist sehr viel klarer, warum ich so etwas im Endeffekt brauche, einfach um Folgekosten zu relativieren.

Wo wir auch sehr klar im Endeffekt gucken müssen, bei größeren Firmen oder größeren Anwendungen, dass wir wirklich sagen, okay, wir nehmen die Produktionsleiter, die Qualitätskontrolleure, die Einkäufer im Endeffekt alle mit ins Boot, um da entsprechend ein gemeinsames Bild zu machen, weil aus jedem Aspekt macht es das Leben einfach leichter. Der Qualitätskontrolleur kann im Endeffekt auf Basis dessen, diese drei Bauteile, die er geprüft hat, viel gerichteter, nach wirklich Messtechnik und nicht geschätzt, eine Aussage über seine tausend Bauteile machen. Ich habe noch den Ansatz, dass wir ja in unserem demokratischen Wandel, in dem wir uns befinden, ja auch die Problematik haben der Fachmitarbeitenden oder wir sehen es, du als EAE, ich als EAS, dass diese Weiterbildungsmaßnahmen ja auch, sagen wir mal, Zeit benötigen. Das ist nicht so, dass jetzt jeder irgendwo sich weiterbildet in der Klebetechnik und das Schlimme ist, kleben kann ja jeder, wir lernen es im Kindergarten, denkt man.

Ja, das heißt also auch Grund, dass wir, sagen wir mal, weniger Fachpersonal haben zukünftig, wir aber immer mehr automatisieren und damit auch eine Kontrolle brauchen, ist sowas eigentlich unabdingbar. Rostov, vielen Dank, das war sehr hilfreich und ein Haufen Informationen, die klar gezeigt haben, welche Stellenwerts eine Prozesskontrolle heute hat, speziell jetzt bei 2K-Klebstoff. Für alle, die das Thema vertiefen möchten, wir im CYPHER Solutions Center sind für Sie da als Anwendungstechniker, als Testlabor. Kommen Sie auf uns zu, per E-Mail, über die Homepage.

Unsere ausländischen Kollegen besuchen Sie auch gern vor Ort. Fragen Sie uns, ganz speziell, wenn es um 2K-Klebstoffe geht. Untertitel der Amara.org-Community