Eine Membran mittels Ultraschall gleichzeitig stanzen und schweißen – bei dieser diffizilen Aufgabe kommen die Experten des Ultrasonic Engineering Teams zum Einsatz. Hier zählen die technologischen Möglichkeiten, aber auch Erfahrung. (Bild: Herrmann Ultraschall)
Mit den vier Fragen zum Projekt geht es los: um welches Material handelt es sich, welche Stückzahlen sollen produziert werden, welche Abmessungen und Dimensionen hat das Bauteil aus und was sind die Anforderungen an die Fügequalität und Optik? Dann erfolgt die Beratung zur Nahtgestaltung, also der geometrischen Auslegung der Fügezone zur Schmelzeerzeugung.
Fachübergreifende Beratung zur optimalen Ultraschall-Schweißung
Bei der Projektierung der Schweißwerkzeuge, der Sonotrode und der Werkstückaufnahme, kommt die Physik ins Spiel. Beim Ultraschallschweißen treffen die Fakultäten aufeinander. Die Chemie bestimmt das Schmelzverhalten der Kunststoffe, die Physik lässt die Werkzeuge in einer bestimmten Frequenz schwingen. Diese Schwingung überträgt sich als Bewegung auf das Bauteil und erzeugt die Wärme zur Plastifizierung. Für die Projektierung der Werkzeuge aus Titan oder Stahl kommen IT-Tools wie die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz. Nach der Herstellung wird die Amplitude mittels Laservibrometer vermessen und angepasst.
Der große Vorteil des Ultraschallprozesses ist die Vielzahl der möglichen Parameter sowie ihre exakte Einstellung. Damit kann bei der Prozess-Entwicklung exakt gearbeitet werden. Mit einer genauen Parametrierung erreicht man die optimale Fügegeschwindigkeit für eine gute Verschweißung sowie eine gute Reproduzierbarkeit. An diesem Punkt ist der Auftraggeber stark involviert. Es geht um die Prozesseinrichtung und die Überprüfung der Ergebnisse. Entsprechen sie den Vorgaben? Gemessen wird die Güte der Schweißung im Ultraschall-Labor anhand von Dichtigkeitsprüfungen, Zugversuchen und mikroskopischen Schnittbildern. Bei akustisch komplexen Anwendungen kann mit Hilfe einer Highspeed Kamera mit 40.000 Bildern pro Sekunde das Schwingungsverhalten des Bauteiles während des Schweißprozesses untersucht werden.
Bei Sonderanforderungen wie automatisierten Membranschweißungen oder Nachverfolgbarkeit kommen Zusatz-Module des Ultrasonic Engineerings von Herrmann Ultraschall zum Tragen, wie das Stanz-Siegel-Modul oder die Diasim-Software zur Untersuchung und Einrichtung schnelllaufender Prozesse. Zum Thema Werkzeug-Management bietet das Unternehmen Programme an, um Standzeiten zu erhö
hen – bei der vorbeugenden Wartung können über Sensorik Wartungsintervalle angepasst werden.
7 Schritte zum guten Schweißergebnis
CEO Thomas Herrmann zeigt eine Werkstückaufnahme aus dem 3D-Drucker, ebenfalls eine Dienstleistung des Ultrasonic Engineerings. Die Reaktionszeiten bei Erstanfragen im Ultraschall-Labor können so verkürzt werden. (Bildquelle: Herrmann Ultraschall)
1: Anwendungsberatung
Hier stehen die technologischen Vorteile des Ultraschallschweißens im Vordergrund, sowie die qualitativen und optischen Anforderungen an die Schweißung. Welcher Kunststoff soll verschweißt werden, wie sieht das Bauteil aus, wieviel soll produziert werden.
2: Prüfung der Ultraschallschweißbarkeit
Das Material wird geprüft und geklärt, ob sich die Moleküle mittels Ultraschall aktivieren lassen? Welche Nahtgestaltung wird benötigt, also wie muss die Fügezone aussehen, um genügend Schmelze zur Verbindung zu liefern. Der Entwicklungsaufwand wird abgeschätzt und bei Automatisierungsfragen wird die mögliche Integration des Moduls in die Maschine/Linie besprochen.
3: Sonotroden-Design
In diesem aufwändigen Schritt werden die Ultraschallwerkzeuge, also die Sonotrode und die Werkstückaufnahme, konstruiert. Über die Finite Elemente Methode (FEM) werden die Werkzeuge schwingungstechnisch genau berechnet. Titan oder Stahl sind die bevorzugten Werkstoffe. Anschließend wird die Werkzeugbewegung (Amplitude) genau vermessen und angepasst.
4: Schweißprozess-Entwicklung
Wichtige Schweißparameter zur Prozeßeinrichtung sind: Frequenz, Amplitude, Schweißkraft, Triggerkraft sowie die Abschaltkriterien, z.B. Schweißweg oder Schweißzeit. Ein Tank zur Dichtigkeitsprüfung, die Erstellung mikroskopischer Schnittbilder und Zugversuche gehören zur Testeinrichtung im Labor. Eine Highspeed Kamera unterstützt mit 40.000 pro Sekunde, wenn es darum geht, das Schmelzverhalten zu beobachten und daraus Schlüsse für die Prozeßqualität zu ziehen.
5: Zusatznutzen und Sonderlösungen
Hier geht es um Speziallösungen wie das Membran-Stanz-und-Schweiß-Modul und um Konnektivität und Integration bei Automation. Dazu kommt eine Fülle von Datenauswertungsoptionen, interessant für die Medizintechnik und die FDA-Zertifizierung. Musterteileherstellung ist möglich.
6: After Sales Service
Die Inbetriebnahme, Kalibrierung und Optimierung in der Produktion beim Kunden stehen im Mittelpunkt. Ein gutes Werkzeugmanagement mit vorbeugenden Wartungsmaßnahmen sorgt für bessere Auslastungen; Serviceverträge runden das Programm ab.
7: Wissenstransfer
Der Auftraggeber soll den Prozess und die Vorteile der Technologie verstehen und deshalb ist der Wissenstransfer ein zentraler Punkt des Herrmann Portfolios. Die Funktionsprinzipien des Ultraschalls werden in praxisorientierten Seminaren an Herrmann-Standorten oder auch vor Ort beim Kunden vermittelt. Zur Unterstützung werden Live-Demonstrationsmodule verwendet.
Fakuma Halle A4, Stand 4108
