Für den Einbettprozess werden die Abdeckungen auf teilespezifischen, codierten Werkstückaufnahmen platziert und die jeweiligen Gewindebuchsen manuell in den vorgesehenen Aussparungen positioniert. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Für den Einbettprozess werden die Abdeckungen auf teilespezifischen, codierten Werkstückaufnahmen platziert und die jeweiligen Gewindebuchsen manuell in den vorgesehenen Aussparungen positioniert. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Um metallische Gewindebuchsen in den Größen M3 bis M8 in Kunststoff-Bauteile einzubetten, kommt beim Unternehmen Schwarz, Rottweil ein Ultraschallschweißsystem von Weber Ultrasonics, Karlsbad, zum Einsatz. Es handelt sich dabei unter anderem um Displayabdeckungen und Gehäuse für Monitore, Analyse- und Sonographiegeräte sowie Akkubohrmaschinen. Die kompakte Ultraschallmaschine basiert auf der modular aufgebauten Schweißlösung Saphir. Das Steuerungskonzept ermöglicht das lückenlose Erfassen, Überwachen und Dokumentieren der Prozessparameter sowie das Einbinden zusätzlicher Funktionen und Prozesse. Bei Schwarz ist das beispielsweise eine optische Qualitätskontrolle.

Einbetten mit Ultraschall – effizient, sauber und schnell

Dass sich das Unternehmen für diese Einbettmethode entschieden hat, liegt an verschiedenen Vorteilen, die das Ultraschallverfahren im Vergleich zu anderen, wie etwa dem Umspritzen beim Spritzgießen oder nachträglichen Integrieren mit Wärme und Druck,  bietet. So ermöglicht Ultraschall eine schnelle, saubere, spannungsarme und wirtschaftliche Verbindung von Metall- und Kunststoffteilen. Beim Spritzgießen lassen sich dann kurze Taktzeigen realisieren, da das zeitintensive Einsetzen der Gewindebuchsen in das Werkzeug entfällt – ebenso wie das Erwärmen der Metallteile. Nicht zuletzt ist das Einbetten mittels Ultraschall energieeffizient: Die vom Generator erzeugte elektronische Schwingung wird durch eine Sonotrode in mechanische Schwingung umgewandelt und auf das Metallteil übertragen. Dadurch erwärmt sich dieses und der Kunststoff fließt in die Hinterschneidungen der Gewindebuchse. Die Wandung wird beim Einbetten plastifiziert, was zu einer hohen Festigkeit führt. Je nach Größe und Form des Gewindeeinsatzes lassen sich hohe Torsions-, Dreh- und Auszugsmomente erreichen.

Mithilfe der frei programmierbaren X/Y-Achsen kann die Ultraschallschweißeinheit 50 und mehr Einbettpositionen – auch für unterschiedliche Buchsen und in verschiedenen Höhen – anfahren. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Mithilfe der frei programmierbaren X/Y-Achsen kann die Ultraschallschweißeinheit 50 und mehr Einbettpositionen – auch für unterschiedliche Buchsen und in verschiedenen Höhen – anfahren. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Hohe Flexibilität durch einfach zu programmierende X/Y-Verfahrwege

Das Unternehmen Schwarz fertigt viele verschiedene Abdeckungen, wodurch die Losgrößen jedoch gering sein können. Dies erfordert ein flexibel einsetzbares System. Daher verwendete Weber frei programmierbare X/Y-Achsen, über die die Ultraschallschweißeinheit 50 und mehr Einbettpositionen – auch für unterschiedliche Buchsen und in verschiedenen Höhen – anfahren kann. Die Steuerung erfolgt durch einen Touch-Panel-PC. Die hinterlegten Betriebsarten Zeit, Energie, Weg absolut und Weg relativ (DRM) vereinfachen das Parametrieren der Schweißprozesse.

Für das Ein-Teachen neuer Bewegungsabläufe steht ebenfalls ein Tool zur Verfügung. Der Werker fährt damit die verschiedenen Buchsenpositionen manuell an, gibt die jeweilige Buchsengröße ein, speichert die Position unter einer Nummer ab und fährt weiter zur nächsten Position. Am Ende bestätigt er das so erstellte Bewegungsprogramm mit einem weiteren Klick. Das Unternehmen erstellt so ohne Unterstützung des Anlagenherstellers Einbettprogramme für neue oder veränderte Abdeckungen und Gehäuse.

Die kompakte Ultraschallmaschine basiert auf der modular aufgebauten Schweißlösung Saphir. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Die kompakte Ultraschallmaschine basiert auf der modular aufgebauten Schweißlösung Saphir. (Bildquelle: Weber Ultrasonics)

Automatischer Prozess inklusive Überwachung

Für den Einbettprozess werden die Abdeckungen auf teilespezifischen, codierten Werkstückaufnahmen platziert und die jeweiligen Gewindebuchsen manuell in den vorgesehenen Aussparungen positioniert. Dieser Vorgang lässt sich auch automatisieren. Mithilfe der Codierung erkennt die Maschine das Bearbeitungsprogramm und wählt es aus. Nach dem Startsignal durch den Werker schließt eine Hubtüre und die Sonotrode fährt die Buchsen nacheinander an und bettet sie ein. Je nach Größe der Abdeckung und Zahl der einzubettenden Gewindeeinsätze dauert der Prozess zwischen zwei und fünf Minuten, in denen sich der Werker anderen Arbeiten widmen kann.

Ein integriertes Wegemesssystem prüft, ob sich in allen Positionen tatsächlich Gewindebuchsen befinden. Ist dies nicht der Fall, wird das am Prozessende angezeigt und abgefragt, ob diese Positionen nachbearbeitet werden sollen. Der Werker kann dann die fehlende Buchse entsprechend positionieren und mit „ja“ quittieren. Danach fährt die Sonotrode diese Position gezielt an.

Für eine vollständige und optimale Prozessdokumentation erfasst und speichert die Anlage alle Bearbeitungsparameter. Zusätzlich verfügt sie über ein Kamerasystem. Dieses erstellt nach Prozessende ein Foto, das zur Qualitätskontrolle archiviert wird.

Sollte die Maschine mit dem Einbetten der Gewindebuchsen nicht ausgelastet sein, lässt sie sich für andere Verbindungsaufgaben als klassisches Ultraschallschweißsystem einsetzen.

Über den Autor

Doris Schulz

ist Inhaberin der Agentur Schulz, Presse, Text in Korntal.

Doris.schulz@pressetextschulz.de