Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Abb. 10.48 Haltevorrichtung
Sonotrode
Kunststoffteile
Haltevorrichtung
Luftdruck-Auswurfvorrichtung
(beliebig)
Die Haltevorrichtung sollte starr sein, so daß sich eine relative
Bewegung zwischen dem Werkzeug und dem Amboß entwickelt
und die Bewegungsenergie auf diese Weise auf das
Kunststoffmaterial übertragen wird. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß man den Amboß kurz und massiv gestaltet oder
aber auf ein Viertel der Wellenlänge abstimmt. Probleme können
auftauchen, wenn der Anwender den Amboß ungewollt so
bemißt, daß seine Länge der halben Wellenlänge entspricht, so
daß er bei oder nahe bei 20 kHz in Resonanz gerät. Dies würde
bewirken, daß der Amboß sich im Takt mit der Sonotrode
bewegen kann und die dem Teil zugeführte Energie auf diese
Weise entscheidend reduziert wird. Wenn seine Resonanzfrequenz
geringfügig über oder unter 20 kHz liegt, treten unangenehme
kreischende und heulende Geräusche auf, sobald
die beiden Frequenzen sich zu überladen beginnen.
Unterschiedliche Abflachungen oder Wandstärken einiger
Formteile, die andernfalls eine gleichmäßige Verschweißung
verhindern könnten, lassen sich durch Haltevorrichtungen
ausgleichen, die mit elastomerem Material ausgekleidet sind.
Gummistreifen oder gegossener und gehärteter Silikonkautschuk
ermöglichen es, Teile in Haltevorrichtungen unter
normalem statischem Druck auszurichten; unter hochfrequenten
Schwingungen wirken sie jedoch wie starre Begrenzungen.
Eine Gummiauskleidung kann auch dazu beitragen,
unerwünschte Nebenschwingungen zu absorbieren, die häufig
zur Rißbildung oder zum Schmelzen von Teilen an von
der Schweißnaht entfernten Stellen führen. Eine andere
bequeme Vorrichtung zur erstmaligen Ausrichtung der Teile
und der Sonotrode ist ein einstellbarer Tisch, der in einer
zum Ende der Sonotrode parallelen Fläche in zwei Achsen
geneigt werden kann. Statt eines einstellbaren Tisches werden
häufig dünne Unterlegeblöcke verwendet.
Anwendungen mit hohen Produktionsmengen erfordern häufig
die Verwendung automatisierter Geräte zur Handhabung
und Fixierung der Teile. Für kleine Teile werden Rütteltrichter
und Füllrinnen eingesetzt, um die Teile auf einen Karusselltisch
zu befördern, der mit einer Vielzahl von Haltevorrichtungen
zur Fixierung der Teile ausgestattet ist. Nicht
selten werden mehrere Schweißvorgänge an verschiedenen,
aufeinanderfolgenden Positionen des Karusselltisches
ausgeführt.
Konstruktive Überlegungen
Die Konstruktion der Teile ist ein wichtiger Faktor, der häufig
vernachlässigt wird, bis die Werkzeuge zusammengestellt
und die ersten Schweißversuche mit Formteilen unternommen
worden sind.
a. Auslegung der Schweißnaht
Der wohl kritischste Aspekt der Konstruktion von Teilen für
das Ultraschallschweißen ist die Auslegung der Schweißnaht,
insbesondere bei Werkstoffen mit kristalliner Struktur und
hohem Schmelzpunkt, zu denen auch die technischen Kunststoffe
von Du Pont gehören. Für das Schweißen amorpher
Kunststoffe ist die Nahtauslegung weniger kritisch. Es gibt
zwei grundlegende Arten von Schweißnähten, die Schernaht
und die Stumpfschweißnaht.
Schernaht
Die Schernaht ist die beim Ultraschallschweißen bevorzugte
Verbindung. Sie wurde 1967 von Ingenieuren der Abteilung
Technische Kunststoffe von DuPont in Genf entwickelt und
wird seitdem weltweit mit großem Erfolg für die verschiedensten
Anwendungen eingesetzt. Die Grundform einer Schernaht
mit Standardabmessungen ist in den Abbildungen 10.49
und 10.50 dargestellt, vor und nach dem Schweißvorgang.
C E
B
A
B
D
B
Maß A: 0,2 bis 0,4 mm.
Maß B: Dies ist die allgemeine Wanddicke.
Maß C: 0,5 bis 0,8 mm. Diese Aussparung gewährleistet einen genau
passenden Sitz des Deckels.
Maß D: Diese Aussparung sollte vorgesehen werden, um einen guten
Kontakt mit der Sonotrode zu erzielen.
Maß E: Schweißtiefe. Sollte dem 1,25- bis 1,5fachen von B entsprechen,
um maximale Festigkeit der Schweißnaht zu erzielen.
Abb. 10.49 Abmessungen einer Schernaht
Abb. 10.51 zeigt verschiedene Ausführungen dieser Nahtform.
Wichtig ist, daß der anfängliche Kontakt auf einen kleinen
Bereich beschränkt wird, der üblicherweise in einer Vertiefung
oder Stufe eines der beiden zueinander auszurichtenden
Teile besteht. Die Verschweißung erfolgt, indem zunächst
die Berührungsflächen geschmolzen werden; in dem Maße,
in dem die Teile dann aufeinander zugleiten, setzt sich der
Schmelzvorgang entlang den vertikalen Wandungen fort.
Der Schmiereffekt an den beiden Schmelzflächen verhindert
Leck- und Hohlstellen, so daß dies die beste Schweißnaht für
feste, hermetisch abschließende Verbindungen ist.
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