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02.10.2018

Sieben Schritte musst Du gehen

Fakuma-Parcours zur Ultraschall-Schweißung

Ultraschall-Schweißen gibt es nicht von Stange. „Ohne qualifizierte Beratung und Betreuung im Ultraschall-Labor lassen sich Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit nicht beurteilen“, heißt es bei der Herrmann Ultraschall GmbH & Co. KG. Das Unternehmen aus Karlsbad bündelt daher seine Unterstützung zur Projektumsetzung in einem „Ultrasonic Engineering“ genannten Dienstleistungsportfolio.

  • Membran gleichzeitig stanzen und schweißen: Bei dieser diffizilen Aufgabe zählen die technischen Möglichkeiten, aber auch Erfahrung (© Herrmann Ultraschall)

    Membran gleichzeitig stanzen und schweißen: Bei dieser diffizilen Aufgabe zählen die technischen Möglichkeiten, aber auch Erfahrung (© Herrmann Ultraschall)

  • Werkstückaufnahme aus dem 3D-Drucker: Mit dieser Ultrasonic-Engineering-Dienstleistung, deren Ergebnis CEO Thomas Herrmann hier präsentiert, lassen sich die Reaktionszeiten bei Erstanfragen im Ultraschall-Labor verkürzen (© Herrmann Ultraschall)

    Werkstückaufnahme aus dem 3D-Drucker: Mit dieser Ultrasonic-Engineering-Dienstleistung, deren Ergebnis CEO Thomas Herrmann hier präsentiert, lassen sich die Reaktionszeiten bei Erstanfragen im Ultraschall-Labor verkürzen (© Herrmann Ultraschall)

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Vier einfache Fragen zum Start

Auf der Fakuma 2018 soll diese Art der Projektumsetzung greifbar gemacht werden. Der Fügetechnik-Hersteller lädt zu einem „Parcours“ aus sieben Stationen ein, auf dem der Besucher erleben kann, wie Schweißaufgaben sich lösen lassen. Mit vier Fragen zum Projekt geht es los:

  1. Um welches Material handelt es sich?
  2. Welche Stückzahlen werden benötigt?
  3. Welche Abmessungen und Dimensionen hat das Bauteil?
  4. Was sind die Anforderungen an Fügequalität und Optik?

Dann erfolgt die Beratung zur Nahtgestaltung, also der geometrischen Auslegung der Fügezone zur Schmelzeerzeugung (mehr zu einzelnen Schritten siehe Infobox unten).

Wenn Physik und Chemie zusammenspielen

Beim Ultraschallschweißen treffen mehrere Fakultäten aufeinander. Bei der Projektierung der Schweißwerkzeuge, der Sonotrode und der Werkstückaufnahme, kommt die Physik ins Spiel. 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.

Ein Vorteil des Ultraschallprozesses ist die Vielzahl exakt einstellbarer Parameter, mit denen sich bei der Prozess-Entwicklung präzise arbeiten lässt. Mit einer genauen Parametrierung erreicht man nach Angaben von Herrmann Ultraschall eine hohe Fügegeschwindigkeit bei guter Verschweißung sowie eine hohe Reproduzierbarkeit.

Effekt der Parametereinstellungen im Labor überprüfen

Gemessen wird die Güte der Schweißung im Ultraschall-Labor anhand von Dichtigkeitsprüfungen, Zugversuchen und mikroskopischen Schnittbildern. Bei akustisch komplexen Anwendungen kann mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera mit 40 000 Bildern pro Sekunde das Schwingungsverhalten des Bauteiles während des Schweißprozesses untersucht werden.

Bei Sonderanforderungen wie automatisierten Membranschweißungen (siehe Bild) oder Nachverfolgbarkeit kommen Zusatz-Module des Ultrasonic Engineerings zum Tragen wie das Stanz-Siegel-Modul oder eine Software, mit der sich schnelllaufende Prozesse einrichten und untersuchen lassen. Zum Thema Werkzeug-Management bietet Herrmann Programme an, um Standzeiten zu erhöhen – bei der vorbeugenden Wartung können über Sensorik Wartungsintervalle angepasst werden.

Fakuma 2018: Halle A4, Stand 4108

Sieben Schritte zum guten Schweißergebnis

  1. Bei der Anwendungsberatung stehen die technischen Vorteile des Ultraschallschweißens im Vordergrund sowie die qualitativen und optischen Anforderungen an die Schweißung.
  2. Zur Prüfung der Ultraschallschweißbarkeit wird für das Material geklärt, ob sich die Moleküle mittels Ultraschall aktivieren lassen. Welche Nahtgestaltung benötigt wird, also wie die Fügezone aussehen muss, um genügend Schmelze zur Verbindung zu liefern, ist für diesen Schritt eine entscheidende Fragestellung. Der Entwicklungsaufwand wird abgeschätzt und bei Automatisierungsfragen wird über eine Integrationsmöglichkeit des Moduls in die Maschine oder Linie gesprochen.
  3. Sehr aufwendig ist das Design der Ultraschallwerkzeuge (Sonotrode und Werkstückaufnahme): Die vorzugsweise aus Titan oder Stahl zu fertigenden Werkzeuge werden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) schwingungstechnisch berechnet. Anschließend wird die Werkzeugbewegung (Amplitude) mit Hilfe eines Laservibrometers genau vermessen und angepasst.
  4. Während der Schweißprozess-Entwicklung sind wichtige Schweißparameter zur Prozesseinrichtung Frequenz, Amplitude, Schweißkraft, Triggerkraft sowie die Abschaltkriterien (z.B. Schweißweg oder Schweißzeit). Zur Testeinrichtung im Labor, in dem sich auch mikroskopische Schnittbilder erstellen und Zugversuche ausführen lassen, gehören ein Tank zur Dichtigkeitsprüfung und eine Hochgeschwindigkeitskamera.
  5. Unter das Stichwort Zusatznutzen und Sonderlösungen fallen Speziallösungen wie das Membran-Stanz-und-Schweiß-Modul oder die Konnektivität und Integration bei der Automation. Dazu kommt eine Fülle von Datenauswertungsoptionen, interessant für die Medizintechnik und die FDA-Zertifizierung. Eine Herstellung von Musterteilen ist ebenso möglich.
  6. Im Mittelpunkt des After-Sales-Service stehen die Inbetriebnahme, Kalibrierung und Optimierung in der Produktion beim Kunden. Ein gutes Werkzeugmanagement mit vorbeugenden Wartungsmaßnahmen sorgt für bessere Auslastungen; Serviceverträge runden das Programm ab.
  7. Um den Wissenstransfer zu den Kunden zu gewährleisten, die Prozess und Vorteile des Verfahrens verstehen sollen, werden Funktionsprinzipien des Ultraschalls in praxisorientierten Seminaren vermittelt.
Weiterführende Information
  • Fakuma

    Kunststoff-Fachmesse im Dreiländereck

    Die Fakuma ist neben der K-Messe in Düsseldorf die größte Kunststoff-Fachmesse im deutschsprachigen Raum. Mit dem Veranstaltungsort Friedrichshafen am Bodensee findet die Kunststoffmesse im Dreiländereck zwischen Deutschland, Österreich und der Schweiz statt.   mehr

  • Erschienen in Kunststoffe 09/2018

    Geformt, gefügt, geschnitten

    Fakuma 2018: Produktvorschau Verarbeitung und Peripherie

    Themen wie die Steigerung der Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Qualität, finden sich in der Verarbeitung ebenso wie in der neu und weiterentwickelten Peripherie wieder. In allen Bereichen präsentieren die Unternehmen kontinuierlich Detailverbesserungen.   mehr

    ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG
    Heraeus Noblelight GmbH
    eurolaser GmbH
    LPKF Laser & Electronics AG
    EJOT GmbH & Co. KG
    Rolf Schlicht GmbH Maschinen - Import - Export

  • 04.05.2018

    Erfolgreiche Zehnjahresbilanz

    Herrmann Ultraschalltechnik steigert 2017 erneut Umsatz

    Seit dem Generationenwechsel 2007 hat Herrmann Ultraschall Umsatz und Mitarbeiter verdoppelt und Standorte verdreifacht.   mehr

  • Erschienen in Kunststoffe 09/2017

    Die modulare Automatisierungszelle

    Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für das Ultraschallschweißen

    Die wirtschaftliche und flexible Bauteilherstellung bei großer Produktvielfalt, kleinen Losgrößen und kurzen Lebenszyklen ist eine Herausforderung für die Fügetechnik, vor allem wenn mehrere Prozessschritte ineinandergreifen. Eine Fakuma-Neuheit koppelt Spritzgießprozess und Ultraschallschweißen über automatisierte Abläufe .   mehr

    ARBURG GmbH + Co KG
    Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co.KG

Unternehmensinformation

Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co.KG

Descostr. 3-11
DE 76307 Karlsbad
Tel.: 07248 79-0

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