Wat is anno 2015 de beste verbinding?

Wie in de wereld van het verbinden van materialen duikt, kan het snel gaan duizelen. Er is keuze uit tig soorten las-, lijm- of mechanische verbindingen . Maar wat kies je? Een nieuwe projectgroep Verbindingstechniek binnen FPT-VIMAG wil het inzichtelijk maken. Wij vroegen enkele leden alvast naar hun plannen en de laatste trends in hun vakgebied. 

“De beste verbinding is geen verbinding”, is een mantra dat menig constructeur te horen krijgt. Maar niet alles kan uit één stuk gemaakt worden door het bijvoorbeeld 3D te printen. Onderdelen zijn te groot, van verschillende materialen of moeten simpelweg functioneel uit meerdere delen bestaan. Bovendien is er altijd het kostenplaatje dat een belangrijke overweging is. Las-, lijm- en mechanische verbindingen zijn dan ook overal. Kijk maar eens om je heen en bedenk je dat over elk van de vele honderden verbindingen die je ziet, er iemand is geweest die erover heeft nagedacht. Althans dat hopen we dan maar. Wat zouden zoal de overwegingen geweest kunnen zijn?

Robotisering
Het eerste werkgroeplid dat we te pakken krijgen, is Cees Wieringa van Valk Welding. Het mag geen verrassing zijn wat zijn expertise is: lassen. En dan het liefst met een robot. Gevraagd wanneer robotlassen de beste verbindingskeuze is, valt hij even stil. De vraag is dan ook wel erg algemeen, en het hangt er natuurlijk maar net vanaf wat je wilt maken. Grote metalen constructies kunnen meestal prima gelast worden met een robot, maar er komt altijd wel een punt waarop de constructie te groot wordt en subsamenstellingen met bouten worden verbonden. Voor dun plaatmateriaal is lijmen vaak ook een optie. Maar wat het beste is? Dat hangt helemaal af van het product en de plek die ‘verbinden’ in het hele productieproces inneemt. Wieringa besluit dan ook tot een tactisch antwoord. “Steeds vaker”, zegt hij. “Geautomatiseerd lassen met een robot is steeds vaker een haalbare keuze. Zowel technisch als economisch heeft het flinke voordelen. Het kan preciezer, is arbotechnisch interessant en door grote stappen in robot- en stroombronsturing, sensoren en software wordt nu ook het geautomatiseerd lassen van kleine batches aantrekkelijk. “ Hij legt uit dat bij een moderne lasrobot de stroom en de kinematica via dezelfde processor loopt. Dat zorgt voor een zeer precieze afstemming tussen bewegingslasparameters. Bovendien zit een eigentijdse robot vol sensoren, zodat niet alleen de lasnaad nauwkeurig gevolgd kan worden met bijvoorbeeld vision, maar ook de interpass-temperatuur realtime wordt gemeten, zodat werkstukken niet te warm worden en vervormen. Intuïtieve software maakt vervolgens het offline programmeren steeds eenvoudiger, zodat een nieuwe batch met een nieuw product ook voor de niet-programmeur in gang te zetten is. Uiteraard met steeds slimmere koppelingen met CAD of ERP. “Ook wanneer er geen lasaanduidingen in een model zijn opgenomen, is de software tegenwoordig slim genoeg om zelf de lasposities en toortsstanden te bepalen.”

Tot in de puntjes
Eén van de werkgroepleden die het verhaal van Wieringa beaamt, is Marco Kraaijeveld van Laskar. Als marketing manager bij dit bedrijf is hij gespecialiseerd in een veelvoorkomende ‘nichetoepassing’ voor verbinden: puntlassen. Met name de software maakt volgens hem tegenwoordig het grote verschil. “Een jaar of tien geleden werd met puntlassen een grote stap gezet door de dikke trafo’s voor invertors te verruilen. Hierdoor kon veel exacter de uitgangsstroom worden geregeld met nauwkeurigere lassen tot gevolg. Bovendien kwam nu ook het puntlassen van aluminium en sendzimir binnen bereik – iets waarvan veel mensen ook vandaag de dag niet weten dat het gewoon kan. Maar de afgelopen jaren komt de winst vooral uit de software die voor een nog betere procesbesturing zorgt. Dat betekent een nog hogere reproduceerbaarheid van de toch al hoge laskwaliteit die met de hedendaagse apparatuur mogelijk is. Verder spelen, naast automatisering van het puntlasproces, ook mechanisering- en digitaliseringsslagen een steeds belangrijkere rol. Met mechanisering bedoel ik dat alles rondom het punlasproces, zoals de aan- en afvoer van de materialen, automatisch verloopt. En door de digitalisering is er een vergaande integratie in het hele productieproces en bovenliggende systemen mogelijk, waaronder naast ERP bijvoorbeeld ook een remote maintenance-systeem. Dat laatste is in opkomst omdat puntlasinstallaties met alle vooruitgang complexer worden, terwijl de echte puntlaskennis bij bedrijven afneemt. Als leverancier is het dan fijn op afstand te kunnen meekijken.” Tot slot wil Kraaijeveld ook het puntje energie als verbindingstrend aanstippen. “Energieverbruik is bij veel bedrijven zowel voor wat betreft groene doelstellingen als kostenbesparing een belangrijk item. Hierop inspelend heeft één van onze leveranciers een hybride stroombron ontwikkeld die zowel een invertor als condensatoren gebruikt. Het gevolg is een energiebesparing van soms wel 80 procent.”

Meer dan lijmen
Produceren met een kleinere footprint. Maarten Adolf, marketing manager van de industriële tak van Henkel Benelux, ziet het als één van de belangrijkste drijfveren voor hedendaagse innovatie. Dat betekent extra aandacht voor grondstoffen en energie. En de kartrekkers? Dat zijn bijvoorbeeld de sectoren automotive en lucht- en ruimtevaart. “Wist je dat in een moderne auto zo’n 35 kilogram lijm zit? Je zou het misschien niet zeggen, maar het maakt hem een stuk lichter. In een auto zitten steeds meer lichtgewicht onderdelen om hem veiliger, zuiniger en stiller te maken. De nieuwe materialen waarvan ze gemaakt zijn, worden meestal verlijmd. Lijm kan, naast een verbindende functie, namelijk ook een isolerende en beschermende functie vervullen. Je ziet daarom steeds vaker hybride verbindingen waarbij lassen met lijmen wordt gecombineerd. Dat vergt wel de nodige aandacht. Een gelijmd onderdeel mag door het lassen bijvoorbeeld niet te warm worden.” Met andersoortige machines is het volgens Maarten Adolf niet veel anders. Ook wasmachines moeten stiller en energiezuiniger, wat ook geldt voor machines op de fabrieksvloer. Ook hier zijn het nieuwe materialen die om nieuwe verbindingsmethoden vragen. Bovendien kan efficiënter produceren een reden zijn lijmen te introduceren. Het nauwkeurig op moment aandraaien van tachtig bouten en moeren van een warmtewisselaar kost veel tijd. Een combinatie met lijmen, waarbij lijm bovendien zorgt voor een borgende werking en corrosiebescherming op de plekken waar wel bouten worden gebruikt, is dan wellicht een beter alternatief. De lijmtechnologie biedt meer vrijheid in ontwerp.

Strenge spelregels
Ziet Maarten Adolf naast de applicatie ook nog ontwikkelingen op het gebied van lijmsoorten en de manier van aanbrengen? “Jazeker. Vooral op het gebied van dosering is er de nodige vooruitgang die parallel loopt met andere automatiseringsontwikkelingen. Het doseren kan preciezer, wat de kwaliteit rechtstreeks ten goede kan komen. Ik zeg kan komen, want net als bij lassen is voor lijmen de nodige expertise vereist. Er zijn spelregels die nauwlettend moeten worden gevolgd. Een juiste dosering is slechts één van de ingrediënten. Zo moeten te verlijmen onderdelen op de juiste manier gereinigd zijn, of kan een bepaalde oppervlaktebehandeling noodzakelijk zijn. Hier bieden overigens ook vorderingen in nanotechnologie kansen voor een betere hechting.
Voor wat betreft nieuwe lijmsoorten ziet Maarten Adolf twee trends. Op de eerste plaatst noemt hij de polyeruthanen. Deze worden gebruikt voor het verlijmen van grote structuren en er komen steeds meer groene varianten met micro-emissies, dat wil zeggen minder dan 0,1% isocyanaten, waardoor de gezondheidsrisico’s geminimaliseerd zijn en R40 labeling niet meer noodzakelijk is.

Als tweede trend noemt hij de opmars van hybride samenstellingen met cyanoacrylaat. “Er is altijd vraag naar sterkere lijmverbindingen die sneller uitharden. Cyanoacrylaat helpt daarbij. Maar of dat een snellijm de beste oplossing is, is weer een heel ander verhaal. Als je bijvoorbeeld een aluminium strip van twintig meter op een schip gaat lijmen, dan wil je niet dat de eerste meters al zijn uitgehard voordat je aan het eind bent. Weten wanneer sneller uitharden beter is, is één van de vele kennispunten die we als werkgroep met de industrie willen delen.”

Besparen met precisie
Als laatste spreken we Stephanie Veltkamp, directeur van Jeveka. Technieken als clichen of krimpen daargelaten, vertegenwoordigt zij in de werkgroep de meest voorkomende mechanische verbindingen: die met bevestigingsmiddelen. Bouten en moeren dus. Zijn er in dit platgetreden domein nog wel trends te bespeuren? “Meer dan genoeg”, beaamt ze. “Al worden ze lang niet altijd opgepikt. Zo laten we al enkele jaren op de Technishow een insert zonder lipje zien die automatisering echt veel gemakkelijker maakt. En nog steeds is iedereen die het ziet positief verrast dat er ook op het gebied van vorm nog ‘nieuwe’ dingen worden bedacht. Blijkbaar gaat men ervan uit dat iedereen het bestaande aanbod wel kent en zoekt men niet meer verder.“
Als grootste trend noemt Veltkamp echter de steeds grotere precisie. We hebben het dan natuurlijk niet over de Ikeaboutjes, maar over hoogwaardige bevestigingsmiddelen in de machinebouw. Kophoogtes, sleelengtes of de afmetingen van het binnenzeskant, de toleranties worden steeds kleiner. En ook in de aangeleverde batches is, anders dan bij de gammaschroef, geen enkele ruimte voor een afwijkend exemplaar. Deze zou een assemblagelijn aardig in de war kunnen schoppen, wat veel tijd en dus geld kost. Veltkamp: “We hebben zelfs aanvragen voor een 100 procent controle van elke moer en bout in een batch. Dit is prijstechnisch uiteindelijk vaak toch niet haalbaar, maar het geeft aan wat de industrie tegenwoordig van een boutje verwacht. Bovendien zorgt de hogere precisie ervoor dat in plaats van een M8 ook prima een M6 kan worden gebruikt, omdat de voorspelbaarheid omhoog gaat. Dit bespaart materiaalkosten en gewicht. Als je naar ons magazijn kijkt, zie j deze trend in volle werking. We draaien meer volume dan ooit, maar er is toch meer ruimte in de schappen.”
Zijn er ook op materiaalgebied nog trends te bespeuren? “We verkopen duidelijk meer titanium en inconel”, zegt Veltkamp. “Titanium is natuurlijk licht en past, mits de sterkte-eisen niet te groot zijn, prima in de gewichtsreductietrend. Inconel is sterker en corrosiebestendig. Met name het verbod op verchroomde en verzinkte bouten en moeren heeft rvs een boost gegeven.” Voor wat betreft kunststoffen geeft Veltkamp aan dat hun peek-bouten nog wel eens worden aangevraagd. Maar gezien de prijs moet de toepassing deze wel rechtvaardigen, dus storm loopt het op dat gebied niet.

Luchthaakjes als mechanische sluitpost
Misschien geen trend, maar wel een feit waar Veltkamp en de werkgroep korte metten mee wil maken is de plek die verbindingstechnologie in het ontwerp- en productieproces inneemt. Meestal de laatste, wat vooral lijkt te gelden voor een ‘commodity’ als bevestigingsmateriaal. “Het is echt frappant hoeveel geld er over de balk wordt gegooid door niet al in het voortraject over de verbinding na te denken. Natuurlijk kunnen wij ook op bouten- en moerengebied exotisch maatwerk leveren als iets niet blijkt te voldoen. Maar dit, of het achteraf aanpassen van het ontwerp, is onnodig duur. We zitten daarom veel liever in een vroeg stadium met een klant om de tafel om bevestigingen door te nemen.” De nonchalante bril waarmee soms naar bevestigingsmateriaal wordt gekeken, wordt pijnlijk geïllustreerd door een recentelijk voorval waarbij alleen luchthaakjes uitkomst zouden bieden. “Toen we ons nieuwe pand betrokken, bleken er helemaal geen bevestigingspunten voor de grote metalen letters die de architect had bedacht en in al zijn tekeningen – tot en met bestek – had opgenomen. Gewoon vergeten. Inmiddels zijn de letters natuurlijk aangepast en hangen ze er netjes bij. Maar het is tekenend, en het zou me niet verbazen als dit een dagelijkse praktijk in Nederland is. Mijn boodschap is dan ook: denk van te voren na hoe je iets gaat vastmaken. Met de werkgroep verbindingstechnologie van FTP-VIMAG hoop ik die boodschap nog beter te kunnen uitdragen.”

Het grote plaatje
Langzaam tekenen zich de contouren af van wat verbindingstechnologie anno 2015 betekent. “Net als in elke industriële tak van sport zijn het de grote krachten richting duurzaamheid, digitalisering en de opmars van nieuwe materialen die om nieuwe manieren van verbinden vragen. Of het nu om een auto, vliegtuig of fabrieksinstallatie gaat, onze machines moeten harder draaien en minder verbruiken. Onderdelen moeten dus lichter en sterker. Dit vraagt meer van onze verbindingstechnologie, die steeds verder wordt geautomatiseerd.” Een goede zaak, omdat de verbinden daarmee geen sluitpost meer kan zijn, maar een volwaardig geïntegreerde productiestap wordt in een gedigitaliseerd productieproces.