Ultraschall-Schweißen Das USS-Verfahren

Transkript

1 Das USS-Verfahren

2 KVT Bielefeld GmbH Auf die sichere Verbindung kommt es an! Ein Kurzportrait KVT Bielefeld wurde 1981 gegründet und kann heute auf über 25 Jahre Erfahrung im Bereich der Kunststoff-Schweißtechnik zurückgreifen. Das Unternehmen ist Hersteller von Schweißmaschinen zur Verbindung aller thermoplastischen Kunststoffe und zur Schaffung von Thermoplast- Metallverbindungen. Zum Kundenkreis gehören Unternehmen aus allen Bereichen der kunststoffverarbeitenden Industrie. Hier insbesondere aus dem Bereich der Automobilund Fahrzeugindustrie und dem Haushaltsgerätebereich, der so genannten weißen Ware. Auch die Hersteller und Zulieferer von Telekommunikations- und Elektrotechnischen Artikeln gehören ebenso zum langjährigen Kundenstamm, wie die Produzenten von Medizintechnik. Der Jahresumsatz beträgt ca. 5,5 Mio. Euro. Die Exportrate am Gesamtumsatz beträgt rund 60%. Der Export erfolgt auf alle Kontinente. KVT Bielefeld beschäftigt in den Bereichen Vertrieb, Engineering und Service 35 Mitarbeiter, welche alle langfristig dem Unternehmen angehören. Der Unternehmensleitsatz lautet: Der Kunde benötigt keine Maschinen, sondern ein Problemlösung. Aus diesem Leitsatz heraus, entstehen innovative, hoch produktive Schweißmaschinen, abgestimmt auf den Bedarf der Kunden. Seite 1

3 KVT Bielefeld GmbH Auf die sichere Verbindung kommt es an! Die Verfahren EWS - Elektromagnetisches Widerstands-Schweißen HES - Heiz-Element-Schweißen HGS - Heiß-Gas-Schweißen IRS - Infra-Rotlicht-Schweißen LLS - Laser-Licht-Schweißen RRS - Rotations-Reib-Schweißen TF - Ein- und Zweiphasiges Thermoformen USS - Ultra-Schall-Schweißen Seite 2

4 Das Ultraschall-Schweißen Ultraschall, der für das menschliche Ohr nicht mehr wahrnehmbare Schall oberhalb von etwa 20kHz, wird vielfach in Technik und Wissenschaft genutzt. Werkstoffe lassen sich damit zerstörungsfrei prüfen, Fischschwärme oder auch U-Boote in den Tiefen der Meere aufspüren oder Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes messen. In der Medizin wird Ultraschall zur Diagnose aber auch zur Therapie eingesetzt. Die hochfrequenten Schallwellen haben sich zum Reinigen verschmutzter Metallteile, zum Löten und Verzinnen metallischer Werkstoffe und auch zum Verbinden von Kunststoffteilen bewährt. Als eine der schnellsten Verbindungstechniken für thermoplastische Kunststoffe hat sich das Ultraschall-Schweißverfahren in allen Bereichen der kunststoffverarbeitenden Industrie etabliert, so zum Beispiel zur Herstellung von: - Kraftfahrzeugteilen und zubehör - Medizintechnische Gerätschaften - Haushaltsgeräten und Gebrauchsartikeln - Spielzeugen und Geschenkartikeln - Werkzeugen und Arbeitsgeräten - Werbe- und Verpackungserzeugnissen - Büroorganisationsartikeln und Schreibwaren Das Ultraschall-Schweißverfahren ist auf Grund des geringen Energiebedarfs sowie der kurzen Schweißzyklus-Zeiten, eines der rationellsten Verbindungsverfahren für kleine thermoplastische Kunststoffteile und Massenartikel. Seite 3

5 Das Verfahren Beim Ultraschall-Schweißverfahren werden die Fügeflächen der zu verbindenden Kunststoffteile durch Einwirkung von Ultraschall-Schwingungen erwärmt. Die gleichzeitig aufgebrachte Fügekraft führt zur Fusion der Schmelze und bewirkt eine feste und dauerhafte Verbindung der Teile. Die Ultraschall-Schwingungen werden zunächst von einem Ultraschall- Generator erzeugt und als elektrische Wechselspannung über ein Verbindungskabel einem elektrostriktiven Wandler (Konverter) zugeführt, der die elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen konvertiert. Für den Konverter verwendet KVT Bielefeld GmbH selektive Piezokeramiken höchster Qualität, die eine nahezu verlustfreie Wandlung ermöglichen und die Gewähr dafür bieten, ein Schwingwerkzeug (Sonotrode) dauerhaft und zuverlässig zu betreiben. Die Sonotrode als Teil der Schwingeinheit ist in der Regel in ihrer Kontur einer der beiden zu verschweißenden Komponenten angepasst. Sie dient dazu, die mechanischen Schwingungen des Konverters und die Fügekraft beim Schweißvorgang in das Werkstück einzuleiten. Die Schwingungen setzen sich im Werkstück in Abhängigkeit vom Dämpfungskoeffizienten und vom Elastizitätsmodul des Werkstoffes fort bis zur Fügefläche. Dort kommt es infolge von Schwingungsabsorbtionen, Reflektionen und Grenzflächenreibungen in kürzester Zeit zur lokalen Erwärmung und Aufschmelzung der einander gegenüberliegenden Fügeflächen. Diese werden gleichzeitig unter Einwirkung von Fügekraft und mechanischen Schwingungen miteinander verschweißt, so dass eine dauerhaft feste und homogene Schweißverbindung entsteht. Ein Schweißvorgang dauert im Durchschnitt weniger als 1 Sekunde. Seite 4

6 Die Fügezonengeometrie Durch eine geeignete Fügezonengeometrie können die Werkstücke für das Ultraschall-Schweißverfahren optimal vorbereitet werden. Nachfolgend einige Beispiele für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten Seite 5

7 Die Ultraschall-Generatoren TYP UTG Herzstück einer Ultraschall-Schweißmaschine ist zweifellos der Ultraschall- Generator. Er erzeugt die richtige Frequenz und die zum Schweißen erforderliche Amplitude. Seine Zuverlässigkeit und seine Leistungsfähigkeit bestimmen den Wert einer Ultraschall-Schweißanlage. Seine besonderen Merkmale sind: - Automatische Frequenzbestimmung - Automatische Gütekontrolle der Schwingeinheit - Einstellbare Amplitude - Amplitudenkonstanz über den gesamten Leistungsbereich - Softstart für schonendes Anschwingen - Elektronische Überlastsicherung - Leerlauf- und Kurzschlusssicherheit - Kompensation von Netzspannungen - Signalausgang für Alarmfunktion - Analoge Schnittstelle für Leistung, Amplitude und Frequenz Generator UTG 35/400 mit und ohne Timer erhältlich Seite 6

8 Die Generatorserie D/A Die Entwicklung der Generatorserie D/A erfolgte in Anlehnung an die bewährten Generatoren der Baureihe UTG. Als erster Generator seiner Kategorie bietet der Typ D/A zusätzlich: - Digitale Schnittstelle - Hochgenaue LCD-Anzeige - Präzisions-Wattmeter - Frequenzzähler - Kontrollleuchten für Überlast, Fehler, HF, Temperatur und Amplituden-Überhang Generator UTG 20/3000 D/A Der Anwender hat mit dem Generator der Baureihe D/A die Möglichkeit, Schwingeinheiten hinsichtlich ihrer Leerlaufleistung und Frequenz zu überprüfen und dadurch die einwandfreie Funktion der Sonotroden zu überwachen. Das ist besonders wichtig im Falle einer Nacharbeit von Sonotroden oder bei Verwendung von Ersatzwerkzeugen. Seite 7

9 Der Konverter Der KVT-Konverter ist durch seine außergewöhnlich aufwendige Konzeption ein Bauteil höchster Qualität. Je nach Typ kann elektrische Leistung in mechanische Leistung bis zu 4kW umgewandelt werden. Ducht die Hybrid- (Mehrstoff-)Bauweise werden sowohl die physikalischen als auch die mechanischen Anforderungen an einen Schwingungswandler voll erfüllt: Die Kombination von Aluminium und Titan bei der Herstellung des Konverterschaftes sorgt für eine gute Wärmeabfuhr bei gleichzeitig hoher mechanischer Belastbarkeit der Koppelfläche zu den weiteren Schwingkomponenten. Das wasserdichte Edelstahlgehäuse schützt die hochwertigen Piezobauteile vor äußeren Einflüssen oder Beschädigungen und ermöglicht den Betrieb des Konverters auch unter extremen Umgebungsbedingungen, wie z.b. in flüssigen Medien, unter hohen Umgebungstemperaturen oder bei starken Verunreinigungen. Das Amplituden-Transformationsstück Als Amplituden-Transformationsstück (auch Booster genannt) bezeichnet man Schwingungsübersetzer, die als Bindeglied zwischen Konverter und Sonotrode aufgrund ihres Massenverhältnisses die Amplitude der mechanischen Schwingung verstärken oder verringern. Diese Transformationsstücke werden fast ausschließlich aus Titan gefertigt, so dass eine nahezu unbegrenzte Haltbarkeit gegeben ist. Das Transformationsstück dient zudem der verlustarmen Lagerung der Schwingeinheit in der Ultraschall-Schweißmaschine. Neben der üblichen elastischen Lagerung wird auch die starre Lagerung angeboten. Sie ist für hochpräzise Anwendungen geeignet. Seite 8

10 Die Sonotrode Die Schwingwerkzeuge für Ultraschall-Schweißmaschinen werden als Sonotrode bezeichnet. Je nach Anwendung werden sie aus Titan, Aluminium, Werkzeugstahl oder Sonderlegierungen hergestellt. Ihre Formgebung richtet sich nach Form und Werkstoff der zu verschweißenden Teile und der Betriebsfrequenz. Durch eine entsprechende Formgebung kann außerdem das Amplituden-Transformationsverhältnis beeinflusst werden. Komplette Schwingeinheit: Sonotrode Transformationsstück - Konverter (von links) Seite 9

11 Die Maschinen Ultraschall-Schweißmaschine M 2005 UTG 35/400 mit Timer Seite 10

12 Die Maschinen Ultraschall-Schweißmaschine Gigant 2500 UTG 20/3000 mit Schallschutzhaube Seite 11

13 Die Maschinen Ultraschall-Schweißmaschine PV 25 UTG 20/3000-D/A Seite 12

14 Die Anwendungen - Reflektoren für Fahrräder - Kaffee-Warmhaltebecher - Tesafilm-Abroller - Kraftfahrzeugteilen und zubehör - Medizintechnische Gerätschaften - Haushaltsgeräten und Gebrauchsartikeln - Spielzeugen und Geschenkartikeln - Werkzeugen und Arbeitsgeräten - Werbe- und Verpackungserzeugnissen - Büroorganisationsartikeln und Schreibwaren Seite 13