Ein wirtschaftlich attraktives Fügeverfahren für Serienteile aus fast allen thermoplastischen Kunststoffen: Das Ultraschallschweißen liefert gute Qualität bei hoher Geschwindigkeit. Aber auch komplexe Schweißanwendungen wie bei anspruchsvollem Fahrzeuginterieur lassen sich problemlos umsetzen.
Ohne Zusatzstoffe wird durch den Ultraschalleintrag millisekundenschnell eine hochfeste, gas- und wasserdichte Verbindung mit guter Optik hergestellt. Dazu ist es möglich, Werkstoffveränderungen bei Spritzgussteilen wie Trocknungsgrade und Größenabweichungen mit hochwertiger Maschinentechnik auszugleichen.
Aufgrund des geringen Energiebedarfs werden die Teile thermisch kaum belastet. Harte, amorphe Kunststoffe wie PC, PS, SAN, ABS und PMMA haben sehr günstige Übertragungseigenschaften für die Ultraschallenergie. Teilkristalline Kunststoffe wie PA, PP, PE und POM sind am besten im direkten Nahfeld der Sonotrode zu schweißen. Da sich die geschweißten Teile sofort bearbeiten lassen, kann der Ultraschall auch problemlos in Automationslinien integriert werden.
Mit Ultraschall lassen sich Kunststoffe schweißen, umformen oder nieten. Ein gutes Beispiel im Bereich Automotive ist die neue E-Klasse von Mercedes. Bei einigen Dutzend Applikationen wird hier mit Ultraschall verschweißt, und das reicht vom Akustikschaum über den Cupholder in der Mittelkonsole bis hin zum Mercedes-Emblem im Autoschlüssel.
Aber Ultraschall kann noch mehr: Das Versiegeln von Verpackungen ist ebenso möglich wie das Laminieren und Prägen von Bahnware. Ultraschallanwendungen findet man in einer Vielzahl von weiteren Branchen wie Haushaltswaren, Elektronikartikel, medizinische Produkte, Hygieneartikel sowie Nahrungs- und Getränkeverpackungen.
Das Herzstück der Schweißmaschine ist das sogenannte Schwinggebilde, bestehend aus piezoelektronischem Schallwandler (Konverter), Amplitudentransformationsstück (Booster) und Schweißwerkzeug (Sonotrode). Der Ultraschallgenerator wandelt die Netzspannung in eine hochfrequente Spannung zwischen 20 und 35 kHz, die im Konverter durch den piezoelektrischen Effekt in mechanische Schwingungen umgewandelt wird. Die Sonotrode fährt auf das Bauteil und leitet die Schwingung in die Fügezone ein. Dabei entsteht Reibungswärme (denn 20 kHz sind 20 000 Bewegungen/s), und das Material schmilzt gezielt an den Berührungspunkten der Bauteile auf. Nach der Ultraschalleinwirkung führen kurze Abkühlzeiten unter beibehaltenem Fügedruck zu einer homogenen Verfestigung der Fügestelle. Da der Ultraschall die molekulare Struktur aufbricht, sind die Teile anschließend so dicht und gut verbunden, als ob sie aus einem Guss wären.
Der große Vorteil der Ultraschalltechnik ist die gezielte Energieeinleitung, die ein exakt definiertes und zeitlich kontrolliertes Aufschmelzen ermöglicht. Durch eine spezielle Nahtgestaltung werden die Ultraschallwellen auf die Fügezone fokussiert. Bei Spritzgussteilen besteht die Nahtgestaltung aus geeigneten Geometrien mit Spitzen oder Kanten in der Fügezone – diese so genannten Energierichtungsgeber definieren die Schmelzeinleitung. Der Punktkontakt an dieser Stelle verhindert flächiges Ankoppeln.
Gute Resultate hinsichtlich Festigkeit, Dichtigkeit und optischem Eindruck lassen sich erreichen, wenn die Kunststoff-Bauteile von Anfang an verfahrens- und werkstoffgerecht gestaltet werden. Schon bei ihrer Konstruktion sollten die Anforderungen des Ultraschallschweißens berücksichtigt werden. Maschinenbauer Herrmann Ultraschall ist Spezialist für diese Technik und konzentriert sich auf nachhaltige Beratung. Der Auftraggeber erhält nicht nur eine Maschine, sondern eine komplette Lösung für seine Anwendung. Das beginnt bereits in der Projektierungsphase des Bauteiles mit der Nahtgestaltung und geht über die Materialauswahl bis zur finiten Schweißprozessoptimierung.
Auf der K 2010 stellt das Unternehmen, das auf fünf Jahrzehnte Ultraschall-Erfahrung zurückblickt, drei neue Maschinen für 20, 30 und 35 kHz mit Leistungen bis zu 6000 W vor. Mit dem Feedback von Kunden wurden dafür über 180 Maschinenfeatures neu bewertet und mit zukünftigen Zielmärkten abgeglichen. Die Herausforderung für die Entwicklungsingenieure war der Spagat zwischen technologisch Notwendigem und dem technisch Möglichen – bei einem gutem Preis-Leistungsverhältnis vom Basis- bis zum Premiumsegment.
Neben bewährten Herrmann-Standards wie dem Werkzeug-Schnellwechselsystem, präziser Führungssysteme und großzügigem Werkraum, wurden vor allem der neuartige HMC-Antrieb, der auf einer neuen Fluidantriebstechnologie basiert, und die Mensch/Maschine-Schnittstelle weiter optimiert. Die intuitive Menüführung und ein neues Sicherheitskonzept (Maschinenrichtlinie 2006/42/EG) bieten durchgängige Bediener-Usability. Das Unicode-fähige Display macht den Einsatz asiatischer Sprachzeichen möglich. Eine Vielzahl an Optionen und Varianten im Maschinenumfeld und in der Software erlauben eine individuelle Konfiguration. Das neue Maschinenkonzept sieht autarke Handarbeitsplätze genauso vor wie integrierte Lösungen in komplexen Produktionslinien.
Die Baureihe ist auf steigende Exportorientierung, globale Märkte im Wandel und unterschiedlichste Kundenbedürfnisse ausgerichtet. Kombiniert mit einer neuen Branding-Strategie stellt sich Herrmann Ultraschall so den multinationalen Herausforderungen dieses Jahrzehnts.
Thomas Herrmann Geschäftsführer der Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, Karlsbad
Herrmann Ultraschall auf der Messe K: Halle 11, Stand E26 www.herrmannultraschall.com
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