Licht härtet Klebstoffe

Kleben - Die Polymerisierung von Klebstoffen mithilfe von Licht eröffnet zahlreiche Anwendungsfelder. Moderne LED-Technik erlaubt jetzt den Einsatz auch in hoch automatisierten Prozessen, bei denen Taktzeit und Prozesssicherheit höchste Priorität besitzen.

10. Mai 2007

Moderne Licht emittierende Dioden (LEDs) erschließen immer neue Einsatzgebiete, etwa in der Beleuchtungstechnik. Doch leistungsfähige LEDs ermöglichen heute auch die Polymerisierung von photoinitiiert härtenden Klebstoffen und UV-Lacken, die sich bisher ausschließlich über klassische Entladungslampen aushärten ließen. Der Einsatz von LED-Technologie bietet dabei zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Strahlern. So besitzen LEDs eine etwa 20-mal längere Lebensdauer als Entladungslampen und verbrauchen deutlich weniger elektrische Energie. Zudem müssen LEDs im Unterschied zu Entladungslampen im Prozess nicht dauerhaft angeschaltet bleiben, sondern lediglich während der eigentlichen Härtung des Klebstoffs. Einschaltvorgänge im Millisekundenbereich gewährleisten dabei eine exakte Synchronisation im Prozess. Leuchtdioden erlauben daneben eine stufenlose Regelung der Lichtintensität, sodass sich Belichtungsrampen und Impulse in beliebiger Form erzeugen lassen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass Leuchtdioden kein Licht im Infrarotbereich abstrahlen, das den Klebstoff oder das Bauteil erhitzen könnte.

Auf die Kühlung kommt es an

Ein Nachteil von Leuchtdioden ist ihr geringer Wirkungsgrad, da Halbleiterlichtquellen nur etwa 15 bis 20 Prozent der elektrischen Energie in Licht umwandeln und den Rest als Wärme abgeben. Voraussetzung für eine optimale Nutzung von LEDs ist daher das richtige Wärmemanagement. Eine maßgeschneiderte Lösung für die schnelle Polymerisation von licht- und UVhärtenden Klebstoffen hat jetzt der Landsberger Verbindungstechnikspezialist Delo vorgestellt. Seine neue Aushärtelampe Delolux 80 zur Aushärtung von Acrylat- und Epoxidharzklebstoffen arbeitet mit extrem leuchtstarken Halbleiterlichtquellen auf einer flüssigkeitsgekühlten Platine, die über einen flexiblen Schlauch mit dem Steuermodul

verbunden ist.

Sofort einsatzbereit

Am Austritt der Optik erreicht die Neuentwicklung eine Bestrahlungsstärke von 1,2 Watt pro Quadratzentimeter auf einer Fläche von ca. 230 Quadratzentimetern und bietet damit eine nur geringfügig niedrigere Lichtleistung als Entladungslampen mit Lichtleiter. Auch der Verlauf des Aushärteprozesses ist unabhängig von der verwendeten Lampe. Bei Belichtung mit der LED-Lampe polymerisiert der Klebstoff sogar etwas schneller. Mit der neuen LEDLampe lassen sich daher ähnliche Taktzeiten erreichen wie mit konventionellen Lichtleiterlampen.

Eine wichtige Rolle für den Prozess spielt neben der Lichtintensität auch der Einschwingvorgang auf eine stabile Lichtintensität, die bei LEDs eng mit der Temperatur korreliert ist: Je wärmer der Halbleiterbaustein ist, desto geringer ist die Lichtausbeute. Wesentlich für einen effizienten Einsatz sind deshalb eine Kühlung und Temperaturüberwachung des LED-Kopfes. Die bisher meist eingesetzte aktive oder passive Luftkühlung ermöglicht jedoch erst nach etwa einer Minute eine konstante Temperatur und somit eine konstante Lichtintensität. Die neuartige Flüssigkeitskühlung der Delolux 80 hingegen stabilisiert die Temperatur schon nach 0,1 Sekunden und ermöglicht damit sehr schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge mit konstanter Intensität.

Vorteile durch Voraktivierung

Die Wellenlängen liegen wahlweise um 400 oder 460 Nanometer und eignen sich damit ideal zur Polymerisierung von lichthärtenden Acrylaten beziehungsweise Epoxiden. Epoxidharze lassen sich dabei mit Licht nicht nur bis zur Endfestigkeit aushärten, sondern besitzen darüber hinaus die herausragende Eigenschaft der Voraktivierbarkeit. Dazu wird der Klebstoff mit einer geeigneten Intensität für wenige Sekunden belichtet und härtet erst zeitverzögert ohne weitere Lichtzufuhr aus. In dieser so genannten Offenzeit lassen sich deshalb auch undurchstrahlbare Teile fügen und endgültig verbinden.

Die Stabilität dieses Prozesses wird maßgeblich mitbestimmt von den Eigenschaften und dem Langzeitverhalten der verwendeten Lampentechnologie. Hier verkürzen die stabile Intensität der LED-Technologie während der Belichtung und die lange Lebensdauer kombiniert mit einem sehr geringen Intensitätsabfall die Offenzeiten deutlich. Zudem wird die Reaktivität des Klebstoffs nicht durch Wärmeeintrag aus der Lampe beeinflusst, und nicht zuletzt gewährleistet das langwellige Licht um 460 Nanometer eine homogene Voraktivierung über die gesamte Schichtdicke.

Dipl.-Phys. Peter Müller, Delo/bt

Erschienen in Ausgabe: 03/2007