Verschweißung von Kunststoffteilen durch Ultraschall-Technologie

Transkript

1 Maschinenbau-Technologie- Herrde Produkte & Services MTH: Ein modernes Hightech- Fertigungs- und Dienstleistungsunternehmen Verschweißung von Kunststoffteilen durch Verschweißung von Kunststoffteilen durch Ultraschall-Technologie

2 1992 Gründung des Unternehmens mth - Maschinenbau-Technologie-Herrde 1993 Der erste 19 Ultraschallgenerator mit 40 khz und 300 und 600 Watt wird von MTH entwickelt Das Schweißüberwachungs- und Steuerungssystem HEQ2000 wird auf den Markt gebracht Die 1. Serie der Ultraschall-Schweißanlage Ecoline wird produziert Markteinführung der neuen Generation von Schallköpfen/Konvertern mit verstärkter Leistung Umzug der Firma nach Henstedt-Ulzburg. Gründung der Herrde- Unternehmensgruppe Umzug in die neue Fertigungshalle. Die ersten Maschinen werden ins Ausland exportiert Einführung der Generatorserie MW 400 Watt bis 2000 Watt Eine neuentwickelte Handscheißpistole Typ 600L wird konstruiert. Firmenchronik

3 2003 Gebietsvertretungen zwecks Expansion werden gegründet Für kleinere Aufgaben wird die kleine Ecoline 40L entwickelt ein Preisbrecher Die erste Heizelementschweißanlage wird gefertigt Entwicklung einer neuen Schweißpistole. Planung einer Produktionsstättenerweiterung Neue Highend-Schweißpistole 800GA auf dem Markt Einführung neuer Ventilinseln mit Proportionalventiltechnik und Feldbussystem 2010 Freigabe der neuen Handschweißpistole USH 800S - Renovierung der Produktionsräume - Das Angebot wird idum Infrarotschweißen erweitert t 2011 Neuentwicklung einer sensomotorischen Vorschubeinheit. Firmenchronik

4 Das Spektrum reicht von Sonotroden, Schallköpfen und Generatoren über Kleinanlagen bis hin zu hochwertigen Ultraschall-Schweißpressen. ll h CAD-Konstruktion und Steuerungstechnik aus eigenem Hause Planung und Projektierung kompletter Schweißanlagen, Prüfvorrichtungen und Spezialkonstruktionen Vor-Ort Service für Montage, Reparaturen, Wartung und Inbetriebnahmen b Realisierung von Infrarotschweißen und Power-Air-Welding (PAW ) Leistungsspektrum

5 Virtuelle Berechnung aller Verbindungspunkte auf modernen CAD-Systemen. Von MTH entwickelte Vorschub- einheiten setzen Schweißpunkte auf kleinstem Raum. Die Steuerung erfolgt wegabhängig über Proportionalventiltechnik mit Feldbussystem. Sensoren und die SPS gewährleisten eine effiziente Produktion und die erforderliche Prozeßsicherheit. Sondermaschinenbau

6 Alle Fertigungsabläufe werden vor Serienanlauf präzise untersucht. Inhouse-Herstellung maßgefertigter Werkzeuge und Einsatz äußerst hochwertiger Anlagen Ablaufoptimierung durch Pareto- Analayse Fertigungskontrolle durch speziell angepasste Prüfaufbauten Auftragsausführung durch fachgeschulte Mitarbeiter mit langjähriger Erfahrung Dienstleistung i t

7 Termingerechte Ausführung auch ins Ausland Qualifizierte Mitarbeiter von MTH arbeiten schnell und flexibel. Dem hohen Qualitätsstandard von MTH vertrauen seit vielen Jahren namenhafte Unternehmen aus der Medizintechnik und Automobilindustrie. Durch intelligente und energiesparende Fertigung unschlagbar im Preis Service-Eigenschaften

8 Schweißen mit: Ultraschall Vibration Heizelemente Infrarot-Strahlung Anwendungsfall: Fahrzeuginnenteile Tankanlagen Bremsflüssigkeitsbehälter Armaturen Schweißverfahren h

9 Es werden ausschließlich thermoplastische Kunststoffe verschweißt. In einem Generator werden elektrische Schwingungen g erzeugt. Im Konverter erfolgt durch das piezoelektrische Wandlerprinzip die Umwandlung in mechanische h Schwingungen. Die den Werkstücken unter einem bestimmten Anpressdruck zugeleiteten mechanischen Schwingungen erzeugen Molekular- und Grenzflächenreibung. Durch die entstehende Wärme verschweißt der Kunststoff. Nach einer bestimmten t Halte- bzw. Abkühlzeit unter Beibehaltung der Anpresskraft ist die Schweißverbindung geschaffen. Was ist Ultraschall-Schweißen? ll h

10 Nur thermoplastische Kunststoffe können mit Ultraschall verschweißt werden. Die Liste der thermoplastischen Kunststoffe führt die Namen und Kürzel nach IUPAC auf. Weiterhin werden grobe Angaben zur chemischen Beständigkeit und zu Eigenschaften und Verwendung gemacht. schweißbare Kunststoffe

11 Name Kürzel Art Typ olyether-block-amid PEBA Polykondensat Thermoplastisches Elastomer tyrol-butadien-styrol SBS Copolymerisat Thermoplastisches Elastomer hermoplastisches olyurethan TPU oder TPE-U Polyaddukt Thermoplastisches Elastomer Chemische Beständigkeit Eigenschaften Thermoplast olyester Polykondensat oder reißfest, tliht leicht Duroplast olyhydroxyalkanoate crylester-styrolcrylnitril crylnitril-butadientyrol elluloseacetat PHA Natürlicher Polyester (mikrobielle Biosynthese) Thermoplast (Elastomer) Feuchtigkeit, UV- Licht Verwendung bis ca. 180 C, (Lebensmittel)verpacku ngen, medizinisches spröde und steif bis elastisch, Aroma-Barriere, ähnlich h PP Nht Nahtmaterial, t il Implantate Handelsnamen (Auswahl) Pebax (Atofina) Desmopan (Bayer), Elastollan (Elastogran) ASA Copolymerisat Thermoplast Luran S (BASF) ABS Copolymerisat Thermoplast Besser al PS CA Alterungsbeständig, sonst wie SAN bis 95 C, Armaturen, Batteriekästen, Schutzhelme Ester der hart, zäh, geruchs- und < 80 C, Folien, Benzin, Benzol, natürlichen Thermoplast geschmacksfrei, Gerätegehäuse, Trichlorethylen Cellulose schalldämmend Werkzeuggriffe Cycolac (GE Plastics), Novodur (INEOS ABS), Lustran (INEOS ABS), Terluran (BASF), Vestodur Cellidor, Cellit, Cellan, Trolit schweißbare Kunststoffe

12 Name Kürzel Art Typ Chemische Beständigkeit Eigenschaften Verwendung Handelsnamen (Auswahl) Cellulosehydrat CH Celluloseester Thermoplast Cellophan, Zellglas Cellulosenitrat CN Celluloseester Thermoplast Zelluloid Cyclo-Olefin- Copolymere COC Copolymerisat Thermoplast hohe Steifigkeit, Festigkeit und Härte, niedrige Dichte von 65 bis 175 C Topas (Ticona) Flüssigkristall-Polymere LCP Polykondensat Thermoplast Vectra (Ticona), XYDAR (Amoco), Zenite (DuPont) High Impact Polystyrene HIPS Copolymerisat Thermoplast Hochschlagfest Gerätegehäuse von Fernsehern, Computer Perfluoralkoxylalkan PFA Copolymerisat Thermoplast Polyamid PA Polykondensat Thermoplast Alkohol, Hart, sehr zäh, abriebfest, Kraftstoff, Öl, gleitfähig, schwache Laugen, schalldämpfend, Säure, Salze maßbeständig Gefäßmaterialien in der Elementspurenanalytik bis 100 C Nylon, Perlon, formbeständig, Durethan, Druckschläuche, (Lanxess), Dichtungen, Ultramid (BASF), Feinwerktechnik, Lager, Zytel (DuPont), Fasern, Zahnräder schweißbare Kunststoffe

13 Name Kürzel Art Typ Polybutylenterephthalat PBT Polykondensat Thermoplast Polycarbonate PC Polykondensat Thermoplast Chemische Handelsnamen Eigenschaften Verwendung Beständigkeit (Auswahl) Arnite (DSM), hohe Festigkeit, Celanex (Ticona), Steifigkeit und Härte, gute Technische Teile für Crastin (DuPont), Witterungsbeständigkeit, Automobilbau und Pocan (Lanxess), keine Elektrotechnik Ultradur (BASF), Spannungsrissbildung Valox (GE Plastics) Alkohol, Benzin, Hart, steif, Schlagfest, < 135 C, schlagzäh bis - Lexan (GE Öl, schwache formstabil, glasklar, 100 C, Gehäuse, Plastics), Säuren elektrisch isolierend Schalter, Lacke, CDs Makrolon (Bayer) Polychlortrifluorethylen PCTFE Polymerisat Thermoplast Kel-F (3M) Polyetherimid PEI Polykondensat Thermoplast gute chem. Beständigkeit, transparent, zäh bis +170 C Ultem (GE Plastics) Polyetherketone PEK, PEEK u.a. Polykondensat Thermoplast Hostatec (Hoechst), Kadel (Amoco), Victrex PEEK (Victrex) Polyethersulfon PES Polykondensat Thermoplast fest, steif, zäh, gute chem.beständigkeit bis +180 C Ultrason E (BASF), Radel A (Amoco) schweißbare Kunststoffe

14 Name Kürzel Art Typ Polyethylen PE Polymerisat Thermoplast Polyethylenterephthalat y PET Polykondensat Thermoplast Polyimid PI Polykondensat Thermoplast Chemische Beständigkeit Eigenschaften Benzol, Laugen, Weich, flexibel (PE-LD) Lösungsmittel, bis steif, unzerbrechlich Säuren, (PE-HD), durchscheinend, witterungsbeständi geruchsfrei g Fast alle Lösungsmittel, jedoch keine Laugen hohe Steifigkeit und Härte, lackierfähige Oberfläche, witterungsstabil, hohe Formbeständigkeit in der Wärme Abriebsfest, sehr gute Gleit- und elektrische Eigenschaften (Isolierung), sehr geringe Gasdurchlässigkeit Verwendung bis 80 C (PE-LD) bzw. bis 100 C (PE-HD), Dichtungen, Folien, Isoliermaterial, Rohre, Flaschen Flaschen 240 C bis 280 C, Formgebung durch Sintern, Dichtungen, Lager Handelsnamen (Auswahl) Hostalen (Basell), Vestolen, Trolen Impet (Ticona) Kapton, Vespel (DuPont) Polylactid (Polymilchsäure) PLA Polymerisat Thermoplast Polymethacrylmethylimid PMMI Polymerisat Thermoplast Pleximid (Röhm) schweißbare Kunststoffe

15 Name Kürzel Art Typ Chemische Beständigkeit Eigenschaften Verwendung Handelsnamen (Auswahl) Polymethylmethacrylat PMMA Polymerisat Thermoplast Schwere Laugen, Säuren, Benzin, witterungsbeständi g Hart, spröde, splittert nicht, alterungsbeständig, transparent von -40 C bis 90 C, Modelle, Leuchten, Sicherheitsverglasung Degulan, Plexiglas (Degussa), Resarit Polymethylpenten PMP Polymerisat Thermoplast Säuren, Laugen Hohe Transparenz, UVdurchlässig, geringe Oberflächenspannung, geringe Wasseraufnahme Laborgeräte, Kosmetikbehälter, Spritzen TPX (Mitsui) Polyoxymethylen oder Polyacetal POM Polymerisat Thermoplast Fast alle Lösungsmittel Hart, zäh, gleitfähig, teilkristallin, geringe Wasseraufnahme, maßbeständig von -50 C bis 120 C, Armaturen, Beschläge, Lager, Zahnräder Delrin (DuPont), Hostaform (Ticona), Ultraform (BASF) Polyphenylenether PPE oder PPO Polykondensat Thermoplast gute chemische Beständigkeit bis 100 C Noryl (GE Plastics) Polyphenylensulfid PPS Polykondensat Thermoplast Fortron (Ticona), Ryton (Phillips) Tedur (Albis) schweißbare Kunststoffe

16 Name Kürzel Art Typ Chemische Beständigkeit Eigenschaften Verwendung Handelsnamen (Auswahl) Polyphthalamid PPA Polykondensat Thermoplast Amodel (Amoco) Polypropylen PP Polymerisat Thermoplast Benzol, Laugen, Lösungsmittel, Säuren, witterungsbeständi g Hart, unzerbrechlich, Beständig von 0 C bis Hostalen PP, teilkristallin, geruchs- und 130 C, Batteriekästen, Novolen, geschmacksfrei Waschmaschinenteile Vestolen P Alkohol, Laugen, Polystyrol PS Polymerisat Thermoplast Öl, Säuren, Wasser Hart, spröde, glasklar, geruchs- und geschmacksfrei, färbbar bis 80 C, Isolierfolien, Spielwaren, Verpackungen, Zeichengeräte Hostyron, Trolitul, Vestyron Polystyrol geschäumt PS-E Polymer Thermoplast Alkohol, Laugen, Öl, Säuren, Wasser Geringe Dichte, Schall und Wärmedämmung Platten für Wärme- und Schallschutz, Verpackungen Styropor (BASF) Polystyrol schlagfest SB Copolymerisat Thermoplast wie PS schlagfest, schwer zerbrechlich, Versprödung durch Licht und Wärme, sonst wie PS bis 70 C, Behälter, Elektroinstallationen, Geräte- und Tiefziehteile Hostyren, Polystyrol 400, Styroflex, Styrolux (BASF), Vestyron 500 schweißbare Kunststoffe

17 Name Kürzel Art Typ Chemische Beständigkeit Eigenschaften Verwendung Handelsnamen (Auswahl) Polysulfon PSU Polykondensat Thermoplast zäh, transparent, gute elektr.eigenschaften, hohe Festigkeit von -40 C bis 150 C, Medizin, Haushalt Ultrason S (BASF), Udel (Amoco) Polytetrafluorethylen PTFE Polymerisat Thermoplast Hervorragende Beständigkeit Hart, zäh, teilkristallin, keine Wasseraufnahme, sehr gute Gleit- und elektrische Eigenschaften (Isolierung), nicht benetzbar (hydrophob) 90 C bis 350 C, Formgebung durch Sintern, Beschichtungen, Dichtungen Isolierfolien, Lager, Schläuche Teflon (DuPont), Hostaflon (Dyneon Polyvinylacetat PVAC Polymerisat Thermoplast Polyvinylchlorid (Hart- PVC) PVC-U Polymerisat Thermoplast Alkohol, Laugen, Abtriebsfest, hornartig, Säuren, Mineralöl, zäh Benzin bis 60 C, Rohre, Hostalit, Fittings, Folien, Trosiplast, Hohlkörper, Vestolit, Vinnol, Batteriekästen Vinofles Polyvinylchlorid (Weich- PVC) PVC-P Polymerisat Thermoplast etwas geringer beständig als PVC-U Abtriebsfest, gummi- bis lederartig, keine Wasseraufnahme bis 80 C, Bekleidung, Bodenbelag, Folien, elektrische Isolierung Acella, Mipolam, Skay, Vestolit schweißbare Kunststoffe

18 Name Kürzel Art Typ Chemische Beständigkeit Eigenschaften Verwendung Handelsnamen (Auswahl) Polyvinylidenfluorid PVDF Polymerisat Thermoplast Dichtung, Membran,Verpackungsf olie Solef (Solvay), Kynar (Arkema), Dyneon (Dyneon) Styrol-Acrylnitril- Copolymerisat SAN Copolymerisat Thermoplast Ätherische Öle, sonst wie PS Sehr schlagzäh, steif, stabil, temperaturwechselfest bis 95 C, Batteriekästen, Gerätegehäuse, Spielwaren Luran (BASF), Vestoran schweißbare Kunststoffe

19 Der Generator: Erzeugt die elektrische Wechselspannung Das Schwingsystem: Bestehend aus Konverter, Booster und Sonotrode Standardkomponenten dk t

20 Analoger Generator: Einstellung der Amplitude über Potentiometer Leistungs- bzw. Amplitudenanzeige in 10 Stufen durch Leuchtdioden Zeitgeber optional (Handschweißgerät) Digitaler Generator: Digitale Anzeige mit Menüfunktion Einstellung der Amplitude, Frequenz, Energie, Zeit Energie- oder zeitabhängiges Schweißen Generator

21 Funktionsprinzip Nach dem piezoelektrischen Effekt verändern bestimmte künstliche Kristalle (Keramik) durch Beaufschlagung g mit Druck ihren elektrischen Zustand d.h. es tritt eine elektrische Spannung auf. Für den Ultraschall-Konverter ll t wird der umgekehrte Piezoeffekt ausgenutzt. Beim Ultraschall-Schweißen wird eine hochfrequente Wechselspannung (z.b. 20 khz) an eine spezielle Keramikscheibe im Metallgehäuse des Konverters angelegt. So entstehen abwechselnd Längendehnungen- und verkürzungen, also eine mechanische Schwingung (Longitudinalwelle) der selben Frequenz wie die Wechselspannung. Konverter (Schallkopf)

22 Der Booster besteht aus Aluminium oder Titan und schwingt mit der gleichen Frequenz wie der angekoppelte Konverter. 20 khz Booster besitzen einen sog. Schwingungsknoten, an dem über einen Isolierenden Haltering der Booster ohne nennenswerten Schwingungsverlust fixiert wird. Der Booster hat die Funktion, die Amplitude der Ultraschall-Energie zu verstärken, zu verringern oder weiter zu leiten. Der Unterschied von Eingangs- zu Ausgangsamplitude wird Übersetzungsverhältnis genannt. 40 khz Booster besitzen keinen Haltering. Amplituden- Amplituden Transformationsstück (Booster)

23 Die Sonotroden übertragen die Schwingungsenergie auf fdie Fügefläche. Ihre Konzeption und Herstellung hat wesentliche Auswirkung auf die Qualität der Schweißverbindung. Falsch hergestellt Sonotroden können zur Zerstörung des Schwingungssystems g führen. In gewissen Grenzen dienen die Sonotroden zur Amplitudentransformation durch eine Querschnittsänderung in Längsrichtung. Sonotroden werden so ausgelegt, dass an der Schallübertragungsfläche die maximale Energie vorliegt. Um dies zu erreichen, muss die Sonotrodenlänge der halben Wellenlänge Lambda oder ein vielfaches davon entsprechen. Zur Reparatur Sonotroden planschleifen anstatt schmirgeln. Sonotroden

24 Mechanische Vorschubeinheit Pneumatische Vorschubeinheit Robust Preisgünstig Die Kraft wird von Hand über eine Schraube eingestellt. Keine Speicherung der Krafteinstellung. Der Schweißweg wird von Hand eingestellt. Die Erkennung erfolgt über einen Initiator. Die Kraft wird pneumatisch eingestellt. Die Eingaben erfolgen über die Steuerung. Die Speicherung mehrerer Einstellungsprofile ist möglich. Präzises Wegmesssystem, dadurch genaues wegabhängiges Schweißen Die Vorschubeinheiten sind einzeln ansteuerbar. Vorschubeinheiten h it

25 20 khz Anwendung Große GoßeSchweißflächen eß e Verstärkte Materialien mit hohem Glasfaseranteil Schwer schweißbare Materialien, die große Sonotroden benötigen Keine Handschweißgeräte verfügbar 40 khz Anwendung Kleine e Schweißflächen eß e - Bei runden Schweißpunkten bis 40 mm Durchmesser Watt Watt - Bei länglichen Schweißflächen bis 100 mm x 40 mm Alle Handschweißgerätemodelle verfügbar 20 khz gegenüber 40 khz 0 gege übe 0 Anwendung

26 Schweißzeit Schweißdruck Kühlzeit Schweißweg Schweißparameter

27 Vielen Dank Maschinenbau-Technologie-Herrde Tiedenkamp 6, Henstedt-Ulzburg Telefon: +49 (0) 4193 / , Fax: +49 (0) 4193 / info@mth-online.com, Internet: