Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall

Trennschweißen mit Ultraschall hat sich heute in vielen Branchen als wirtschaftliche und schonende Verfahren mit hohem Qualitätsansatz bewährt. Bild: Telsonic

Trennschweißen mit Ultraschall hat sich heute in vielen Branchen als wirtschaftliche und schonende Verfahren mit hohem Qualitätsansatz bewährt. Bild: Telsonic

Die besten Prozesse und Verfahren nutzen wenig, wenn die Bedienung kompliziert die Dokumentation aufwendig oder die Anbindung an die übergeordnete Automatisierungstechnik umständlich sind. Das gilt auch fürs Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall. Inzwischen wurden in Abstimmung mit den Anwendern Systeme entwickelt, die sich intuitiv bedienen und dank praxisgerechter Software und Steuerungspanels einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren lassen und so zu einer deutlichen Effizienzsteigerung beitragen.

Bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung entstehen beim Ultraschallschweißen hochfeste Fügeverbindungen. Bild: Telsonic
Bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung entstehen beim Ultraschallschweißen hochfeste Fügeverbindungen.
Bild: Telsonic

Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall haben sich heute in vielen Branchen als wirtschaftliche und schonende Verfahren mit hohem Qualitätsansatz bewährt. Zum Schneiden und Schweißen kommen Ultraschall-Frequenzen im Bereich zwischen 20 kHz und 35 kHz zum Einsatz. Erzeugt werden sie durch einen Piezo-Konverter, der eine Sonotrode in eine hochfrequente Schwingung versetzt, die in Resonanz besonders wirkungsvoll ist und dabei gleichzeitig wenig Leistung benötigt. So entstehen bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung entweder saubere Schnitte oder hochfeste Fügeverbindungen. Bei Letzteren werden durch die akustischen Schwingungen die Moleküle der zu verbindenden Teile ebenfalls in Schwingung versetzt, was an den Kontaktstellen Wärme erzeugt, die die Materialgrenzen „aufbricht“ und die Materialien miteinander verschmilzt.

Darüber hinaus bietet die Ultraschalltechnik aber noch zahlreiche weitere Vorteile, weshalb sie oft etablierte Bearbeitungstechnologien als wirtschaftlichere Alternative ersetzen kann: Beim Ultraschall-Schweißen ist kein Kleber, beim Trennschweißen kein Schneidmedium notwendig. Es gibt keinen Materialverlust, keine Späne und keine Verbrennungsgase wie beim Laserschneiden. Die Schnittkanten sind glatt und sauber, wodurch eine Nachbearbeitung unnötig ist. In den meisten Fällen sind Ultraschallverfahren zudem leise. Es sind also bei vielen Anwendungen keine Lärmschutzmaßnahmen erforderlich.

Einfache Parametrierung, vielseitige Peripherie

Praxisgerechte Steuerungssoftware fürs Schweißen und Schneiden mit Ultraschall: Neues Visualisierungskonzept und Vernetzbarkeit erhöhen die Effizienz. Bild: Telsonic
Praxisgerechte Steuerungssoftware fürs Schweißen und Schneiden mit Ultraschall: Neues Visualisierungskonzept und Vernetzbarkeit erhöhen die Effizienz.
Bild: Telsonic

In der Praxis hat sich der Ultraschallbearbeitungsprozess zudem als zuverlässig und sicher erwiesen, da das Verfahren nur von wenigen Parametern abhängt, die anwendungsspezifisch eingestellt und überwacht werden. Das ist heute sehr komfortabel möglich. Der Ultraschallspezialist Telsonic beispielsweise bietet jetzt die neue Steuerungssoftware TelsoFlex sowie ein ebenfalls neues 12“-Touchpanel an. Ultraschallsysteme der Baureihe USP und TSP lassen sich damit intuitiv bedienen und gleichzeitig einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren.

Die Steuerungssoftware überwacht den gesamten Schweißprozess und stellt den Status grafisch auf dem hochauflösenden Display des Touchpanels dar. Alle relevanten Informationen sieht der Bediener auf einen Blick, z.B. Stückzahlen oder Grenzwerte. Mit wenigen Klicks kann er zudem Schweißparameter anpassen, mehrstufige Schweißmodi definieren oder die Peripherie einrichten, also Amboss, Folientransport, Schallschutz, Werkstückerkennung, -klemmung, -anschlag etc. Dabei lässt sich das hochauflösende Display auch gut mit Handschuhen bedienen. Diverse Zähler für Stückzahl, Stapel oder Losgröße sichern zudem die korrekte Produktionsmenge.

Longitudinales und torsionales Ultraschallschweißen

Die robusten und langlebigen Ultraschallschweißsysteme USP werden häufig zur Großproduktion eingesetzt, z.B. in Medizintechnik und Automobilindustrie. Bild: Telsonic
Die robusten und langlebigen Ultraschallschweißsysteme USP werden häufig zur Großproduktion eingesetzt, z.B. in Medizintechnik und Automobilindustrie.
Bild: Telsonic

Da keine Anwendung der anderen gleicht, bietet Telsonic zusätzlich zum longitudinalen Schweißen (Baureihe USP) auch die torsionale Schweißtechnologie SONIQTWIST für anspruchsvolle Applikationen an (Baureihe TSP). Für jede Schweiß- oder Trennschweißaufgabe lässt sich so die richtige Lösung finden, z.B. im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Prozessgeschwindigkeit. Alle Systeme sind modular aufgebaut und lassen sich über digitale Schnittstellen einfach in die unterschiedlichsten Produktionslinien integrieren.

Wo die longitudinale Schweißtechnik an ihre Grenzen stößt, wird das patentierte torsionale Verfahren eingesetzt. Es bringt die Energie äußerst schonend ein, was den Schwingungseintrag in das Schweißobjekt stark vermindert. Somit ist es z.B. auch möglich, empfindliche Produkte wie Sensoren schonend zu schweißen. Bild: Telsonic
Wo die longitudinale Schweißtechnik an ihre Grenzen stößt, wird das patentierte torsionale Verfahren eingesetzt. Es bringt die Energie äußerst schonend ein, was den Schwingungseintrag in das Schweißobjekt stark vermindert. Somit ist es z.B. auch möglich, empfindliche Produkte wie Sensoren schonend zu schweißen.
Bild: Telsonic

Die robusten und langlebigen Ultraschallschweißsysteme USP werden häufig zur Großproduktion eingesetzt, z.B. in Medizintechnik und Automobilindustrie. Durch die hohe Flexibilität beim Umrüsten sind sie aber auch für Anwendungen mit kleineren Stückzahlen geeignet. Typische Einsatzbereiche sind Nieten, Bördeln, Naht- und Punktschweißen von Thermoplasten, Trennschweißen von Textilien, Vliesen und Folien sowie das Einbetten von Metallteilen. Wo die longitudinale Schweißtechnik an ihre Grenzen stößt, wird das patentierte torsionale Verfahren eingesetzt. Es bringt die Energie äußerst schonend ein, was den Schwingungseintrag in das Schweißobjekt stark vermindert. Somit ist es z.B. auch möglich, empfindliche Produkte wie Sensoren schonend zu schweißen.

Einfache Netzwerkanbindung für Industrie 4.0

Der Bildschirminhalt des Panels kann aber auch an einen Arbeitsplatz außerhalb der Produktion übertragen und auch von dort aus vollumfänglich bedient werden. OPC UA sichert dann die Netzwerkverbindung zwischen den Schweißsystemen bzw. Automationslinien und Arbeitsplätzen außerhalb der Produktion. Das bringt gleich mehrere Vorteile: Der Benutzer sieht die Echtzeit-Daten aus der Produktion, kann auf Schweißresultate zugreifen und – z.B. für die Rückverfolgbarkeit – die Daten individuell aufbereitet auf Netzwerklaufwerken oder anderen Speichermedien sichern. Datensätze lassen sich bei Bedarf aber auch manuell oder automatisiert in die Produktion laden. Auch können mehrere Schweißsysteme auf die gleichen Datensätze zugreifen.

Die Benutzer- und Rechteverwaltung lässt sich an die eigenen Bedürfnisse anpassen; unterschiedliche Berechtigungsebenen können z.B. fürs Bedienen, Einrichten oder die Wartung angelegt werden. Die Software ist modular aufgebaut, eignet sich dadurch für Einzelarbeitsplätze ebenso wie für Automationslinien und kann individuell an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Das sichert die Zukunftsfähigkeit beim Kunststoffschweiß-, Trennschweiß- und Metallschweißanwendungen. Integrierte Support-Möglichkeiten bieten zudem einen hohen Grad an Sicherheit, wenn schnelle Hilfe notwendig wird.

Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit in der Fertigung

Der Sensorikspezialist Baumer setzt für die Fertigung einer neuen optischen Sensorbaureihe eine Ultraschallschweißpresse ein, die mit der Steuerungssoftware TelsoFlex arbeitet. Bild: Baumer
Der Sensorikspezialist Baumer setzt für die Fertigung einer neuen optischen Sensorbaureihe eine Ultraschallschweißpresse ein, die mit der Steuerungssoftware TelsoFlex arbeitet.
Bild: Baumer

Erste Anwender sind bereits von der Leistungsfähigkeit der neuen Steuerungssoftware überzeugt: Der Sensorikspezialist Baumer beispielsweise hat für die Fertigung einer neuen optischen Sensorbaureihe eine weitere Ultraschallschweißpresse gekauft, die mit der Steuerungssoftware TelsoFlex arbeitet. Die Produktion läuft jetzt an, die zukünftige Produktionsmenge wird bei mehreren hunderttausend Stück liegen. Alle Sensoren der neuen Baureihe werden mit der gleichen Sonotrode geschweißt. Sie unterscheiden sich jedoch in der Höhe, deshalb sind unterschiedliche Werkstückaufnahmen und Schweißparameter notwendig. Die Parameter für die unterschiedlichen Werkstücke sind als Schweißjobs in der ERP-Software hinterlegt und werden für jedes Werkstück automatisch auf die Schweißpresse geladen. Deren Sensorik stellt sicher, dass Parametersatz und Werkstück zusammenpassen, also das richtige Werkstück in der Aufnahme liegt. Fehlschweißungen lassen sich so ausschließen. „Die älteren Schweißpressen, bei denen Werkstücke und Schweißjobs manuell geladen werden, sind da fehleranfälliger“, weiß Stephan Kröller, Prozessingenieur bei Baumer.

Es gibt jedoch noch weitere Vorteile. Für die Qualitätskontrolle der optischen Sensoren lassen sich die Schweißergebnisse jederzeit auswerten und auch die Rückverfolgbarkeit ist garantiert. „Dazu haben wir im Netzwerk einen Zielordner definiert, in dem alle Schweißergebnisse automatisch gespeichert werden und auf den sich prinzipiell von überall zugreifen lässt“, fährt Köller fort. „Das ist wesentlich komfortabler als die Daten für die Weiterverarbeitung per USB-Stick auzulesen.“ Auch für die Zukunft gibt es schon Pläne. So wünscht sich Kröller, mehrere Schweißpressen ans Netzwerk anzuschließen. Dann lässt sich der Status der einzelnen Systeme von zentraler Stelle aus einsehen. Diese Möglichkeit ist ja ebenfalls in der Steuerungssoftware vorgesehen.

Über Telsonic
Die Telsonic Gruppe mit Hauptsitz in Bronschhofen (Schweiz) ist seit 1966 mit technologischen Ultraschall-Lösungen in Europa, Amerika und Asien vertreten. Ständige Innovationen tragen dazu bei, dass sich das Unternehmen in vielen Anwendungen einen Vorsprung erarbeitet hat, der den Anwendern Mehrwert bietet. Das inhabergeführte Familienunternehmen mit über 250 hochqualifizierten Mitarbeitern hat sich auf das Kunststoff- und Metallschweißen sowie das Reinigen, Sieben und Schneiden mit Ultraschall spezialisiert. Diese Kompetenzen sind bei aktuellen Trendthemen stark gefragt, z.B. bei Leichtbau, Elektromobilität, Batterieherstellung, Verpackungsindustrie, Medizintechnik und 3D-Druck.

Über die Baumer Group
Die Baumer Group ist einer der international führenden Hersteller von Sensoren, Drehgebern, Messinstrumenten und Komponenten für die automatisierte Bildverarbeitung. Baumer verbindet innovative Technik und kundenorientierten Service zu intelligenten Lösungen für die Fabrik- und Prozessautomation und bietet dafür eine einzigartige Produkt- und Technologiebreite. Das Familienunternehmen ist mit rund 2.600 Mitarbeitern und Produktionswerken, Vertriebsniederlassungen und Vertretungen in 38 Niederlassungen und 19 Ländern immer nahe beim Kunden. Mit weltweit gleichbleibend hohen Qualitätsstandards und einer großen Innovationskraft verschafft Baumer seinen Kunden aus zahlreichen Branchen entscheidende Vorteile und messbaren Mehrwert. Weitere Informationen im Internet unter www.baumer.com.

Titelbild: Telsonic

Ellen-Christine Reiff

Studium der deutschen Philologie, danach tätig bei Theater und Fernsehen, seit 1986 freie Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee mit Schwerpunkt Optoelektronik, elektrische Antriebstechnik, Elektronik und Messtechnik.

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