Sieben Schritte zur erfolgreichen Ultraschall-Schweißung

Eine Ultraschall-Schweißung gibt es nicht von Stange. Ohne qualifizierte Beratung und Betreuung im Ultraschall-Labor lassen sich Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit nicht beurteilen und umsetzen. Herrmann Ultraschall, Karlsbad, bündelt seine Unterstützung zur erfolgreichen Projektumsetzung in einem „Ultrasonic Engineering“ Dienstleistungsportfolio. Auf der Fakuma 2018 soll diese Art der erfolgreichen Projektumsetzung greifbar gemacht werden. Das Unternehmen lädt zu einem „Ultrasonic Engineering Parcours“ mit sieben Stationen ein. Hier kann der Kunde live erleben, wie Schweißaufgaben gelöst werden.

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 und was sind die Anforderungen an die Fügequalität und Optik? Dann erfolgt die Beratung zur Nahtgestaltung, also der geometrischen Auslegung der Fügezone zur Schmelzeerzeugung.

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 moderne 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 Kunde stark involviert. Es geht um die Prozesseinrichtung und die Überprüfung der Ergebnisse. Entsprechen sie den Kundenvorgaben? 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 erhöhen – bei der vorbeugenden Wartung können über Sensorik Wartungsintervalle angepasst werden.

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