Bild 'Ultraschall - Anlagen <br> Standard- und Sonderbauweise'

Für Kunststoff-Formteile, die aufgrund ihrer Größe und Beschaffenheit nicht für herkömmliche Ultraschallmaschinen geeignet sind, empfiehlt sich der Einsatz spezialisierter Anlagen. Diese verfügen über mehrere Schalleinheiten, um effektive Ultraschall-Füge- und Bearbeitungsmethoden wie Nieten, Schweißen, Bördeln, Schneiden und Prägen bei größeren Formteilen zu ermöglichen.

Flächenschweißen
Die bewährte Methode des Ultraschallflächenschweißens basiert auf der patentierten Technologie der Waffel-Eindring-Sonotrode. Diese altbewährte Vorgehensweise schafft optimale Bedingungen für die gleichmäßige Materialverteilung und präzisen Oberflächendruck, selbst bei anspruchsvollen Konturen. Bei dieser Methode kann auf eine komplexe Nahtgestaltung am Bauteil verzichtet werden. Ebenfalls ist eine schadensfreie Verbindung von Bauteilen mit empfindlichen Oberflächen, wie zum Beispiel lackierte Flächen oder fein strukturierte Materialien möglich.

Ultraschallschweißen

Multi-head Systems (Ultraschall-Mehrkopf-Anlagen)
Des weiteren können diese Maschinen eingesetzt werden, wenn komplexe Aufgabenstellungen gefragt sind, wie bei der Kombination verschiedener Schweißtechniken wie Vibrations-, Heizelementschweißen etc. sowie mit zahlreichen automatisierten Prozessen.

Ultraschallschweißen

Ultraschalleinheit

Ultraschalleinheit

Unsere Ultraschalleinheiten bestehen aus drei Bauteilen, welche alle aufeinander abgestimmt werden. Wie in der nebenan dargestellten Abbildung gezeigt wird, befindet sich oben der Ultraschall-Wandler, welcher über eine Klemmverbindung mit der Anlage verbunden wird. Unter diesem ist der Booster verbaut. Die dritte Komponente ist die Sonotrode, welche beim Schweißprozess direkten Kontakt zum Werkstück hat. Alle Komponenten werden von uns designe und gefertigt. Hier kommt unseren Kunden unsere Erfahrung mit Wandler Technologie seid 1966 zugute.

Ultraschall-Wandler
Der Ultraschall-Wandler wandelt ein vom Generator kommendes elektrisches Signal in eine mechanische Schwingung um. Alle unserer Schalleinheiten sind mit integrierten Titanverstärkern und einem Sicherheitsgehäuse ausgestattet und besitzen grundsätzlich eine hohe Ausgangsschwingweite von ca. 10 μm. Diese Technik bietet ein Höchstmaß an Schutz für die piezo-keramischen Schallwandler und reduziert gleichzeitig die Erwärmung der Sonotroden. Die Herstellung der Ultraschall-Wandler unterliegt bei uns einer äußerst aufwändigen Prozedur, dass heißt Läppen auf höchstem Qualitätsstandard und einer von uns entwickelten speziellen Montage der Komponenten.

Booster
Der Booster sitzt zwischen dem Ultraschall-Wandler und der Sonotrode. Dieser hat die Aufgabe die eingehende Amplitude zu erhöhen um damit die Energieübertragung des Systems zu verstärken. Typischerweise besteht ein Booster aus einem Material wie Titan oder Aluminium, dass die Ultraschallwellen effizient übertragen kann.

Sonotrode
Die Sonotrode überträgt die vom Booster kommende Schwingung auf das zu verschweißende Bauteil. Durch die Ultraschallschwingungen entstehen Reibungen zwischen den Werkstücken, welche die Verbindungsstelle aufheizt und den Kunststoff punktuell aufschmelzt. Nach erstarren des zuvor plastifizierten Materials entsteht eine feste Verbund zweier Bauteile. Jede Sonotrode wird von uns passend für Ihre Anwendung konzipiert und auf Schwingfähigkeit geprüft.

Vorschubeinheiten

Ultraschallschweißen
Vorschubeinheit

Pneumatische Vorschubeinheiten
Die Vorschubeinheiten besitzen durch ihre linearen Präzisionsführungen ein hohes Maß an Genauigkeit. Die Vorschubeinheit verfügt außerdem über Zylinderschalter für die Parkposition, Ultraschallimpuls- bzw. Tiefenabfrage für wegbegrenzende Abschaltung sowie weitere spezielle Techniken wie z. B. Tandemzylindersysteme und Encoder-Wegabfragen.

Zusätzlich sind die Vorschubeinheiten in verschiedenen Varianten erhältlich. Unterteilt sind diese in der Hub länge sowie in dem Schallkopfdurchmesser. Ebenfalls sind die Vorschubeinheiten vielfältig montierbar und können so bei verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden. Für jede Variante ist eine Öl-Bremse Optional auswählbar.

Werkzeuge

Modernste Werkzeugauslegung für alle Aufgabenstellungen unter Berücksichtigung empfindlicher Sichtflächen wie lackierte, belederte, fein genarbte oder hinterschäumte Oberflächen. Herstellung und Optimierung erfolgen nach CAD-Daten.

Wechsel-Zellen-Technik
Unsere Wechsel-Zellen-Technologie ermöglicht einen reibungslosen Werkzeugwechsel für verschiedenste Formteile. Dieser Werkzeugwechsel erfolgt, je nach Anlage, innerhalb von wenigen Minuten. Dadurch entfällt das einrichten der Sonotrode nach einem Produktwechsel.

Ultraschallschweißen
Wechsel-Zelle

Ultraschallnieten

Ultraschallnieten ist ein Verfahren zur Formschlüssigen Verbindung von zwei Komponenten. Hierbei wird mit hochfrequenten Schwingungen das offene Ende der Niete, durch die im Material entstehenden Reibungen plastifiziert und zu einem Nietkopf geformt. Dieses Verfahren bietet eine starke und dauerhafte Verbindung von Materialien unterschiedlicher Art und Dicke. Bei diesem Prozess fungiert die Sonotrode als Umformwerkzeug und gestaltet die Form des Nietzapfens. Während der Haltezeit (Abkühlzeit) fungiert die Sonotrode gleichzeitig als Haltestempel, der das verflüssigte Material unter Druck abkühlen lässt.


Nietsonotroden

Nachteile des Nietens

  • Bei langen Prozesszeiten und kurzen Taktfolgen kommt es zur Erwärmung der Niet-Sonotrode. Hierbei sollte die Sonotrodenspitze über Luft gekühlt werden
  • Elektronische Bauteile reagieren auf Ultraschall-Schwingungen sehr empfindlich, hierbei kann es zur Zerstörung der Bauelemente kommen
  • Bei dünnwandigen Fügeteilen kann es auf der Sichtseite zu Glanzstellen und Abdrücken kommen
  • Bei dünnwandigen Fügeteilen sowie bei Haken oder Klipsen kann es durch die übertragene Ultraschall-Schwingung zu einer Rissbildung kommen

Auslegung der Nieten

Voraussetzungen für eine optimale Nietverbindung:

  • Grundsätzlich an der Nietwurzel Radien oder gerundete Einstiche vorsehen, um die Kerbwirkung zu mindern
  • Das Verhältnis Zapfendurchmesser zu Zapfenlänge von 1:2 beim Vollzapfen nicht überschreiten, ansonsten Hohlzapfen vorsehen (siehe Beiblatt Nietkopfgestaltung)
  • Für die vereinfachte Teilemontage Einführschrägen anbringen
  • Beim Nieten von verstärkten Kunststoffen und Verbindungen mit Metallteilen sind die Nietsonotroden verschleißfest auszulegen
    In der Praxis bewährte Sonotrodenmaterialien:
    • Stahl-Sonotroden gehärtet
    • Ferrotitanit-Sonotroden gehärtet
    • Titan-Sonotroden mit Beschichtung der Nietfläche
  • Weiterhin maßgeblich für eine optimale Nietverbindung sind nicht nur die Form der Sonotrode und das zu vernietende Material, sondern auch die Prozessparameter wie:
    • Amplitude
    • Plastifizierzeit
    • Anpresskraft
    • Aufsetzgeschwindigkeit
    • Haltezeit

Die Gestaltung der Sonotrodenarbeitsfläche und des Nietzapfens bestimmen die Form des Nietkopfes. Nachfolgend einige Beispiele für eine optimale Nietkopfauslegung:

Nietkopfauslegungstabelle

Anwendungsbeispiele

Beispiele für das Ultraschallschweißen

Ladestecker für E-Autos

Beispiele für das Ultraschallnieten

Abdeckung Mittelkonsole
Nietkopf vor dem Prozess
Nietkopf nach dem Prozess