Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Anleitung zum Einsatz der Ausrüstung
Eine einwandfreie Arbeitsweise des Schweißgerätes ist
ausschlaggebend für den Erfolg des Ultraschallschweißens.
Die folgenden Hinweise sollen als Leitfaden für den Einsatz
von Ultraschall-Schweißgeräten in Verbindung mit technischen
Kunststoffen von DuPont dienen.
a. Aufbau eines Ultraschall-Schweißgerätes
Installation der Sonotrode
Der Wandler, die Sonotrode und (sofern erforderlich) der
Booster müssen fest miteinander verschraubt werden, um eine
wirksame Übertragung der Schwingungen vom Wandler auf
die Teile sicherzustellen. Die Endflächen des Wandlerausgangs
und der Sonotroden sind üblicherweise bis auf wenige Mikrons
plangeschliffen. Um jedoch eine wirksame Kopplung sicherzustellen,
wird schweres Silikonfett oder eine 0,05 bis 0,08 mm
dünne Messing- oder Kupferunterlegscheibe zwischen den
Sonotroden eingesetzt. Zum Festziehen der Sonotroden werden
lange Schraubenschlüssel benutzt. Es ist sorgfältig darauf
zu achten, daß beim Festziehen das Ausgangsende des Wandlers
nicht verdreht wird. Ein solches Verdrehen könnte zum
Abriß der Anschlußdrähte des Wandlers führen.
Ist die Sonotrode installiert, muß der Hochfrequenzgenerator
bei manchen Schweißgeräten von Hand abgestimmt werden.
Durch geringfügige, aber wichtige Veränderungen der Generatorfrequenz
wird eine genaue Abgleichung mit der Resonanzfrequenz
der Sonotrode erzielt. Einige Schweißgeräte nehmen
diesen Feinabgleich automatisch vor. Die Bedienungsanleitungen
der jeweiligen Schweißgeräte sollten eine Beschreibung
der erforderlichen Abgleichprozedur enthalten. Diese Abgleichung
muß stets bei einer Auswechslung einer Sonotrode oder
eines Boosters neu vorgenommen werden.
Ist die Schwingungsamplitude einer Sonotrode unbekannt,
kann sie relativ einfach entweder mit einem Mikroskop oder
mit einer Skalenlehre ermittelt werden. Ein Booster sollte
nicht verwendet werden, wenn allein die Amplitude der
Sonotrode ermittelt werden soll. Ein Mikroskop mit einer
Vergrößerung von 100× und einem geeichten Fadenkreuz im
Okular eignet sich für optische Messungen. In der Vergrößerung
sieht die geschliffene Oberfläche der Sonotrode wie
eine Landschaft aus hellen und dunklen Höhen und Tälern
aus. Schwingt die Sonotrode, verschwimmt eine solche Spitze
zu einem Streifen. Die Länge dieses Streifens entspricht der
doppelten Amplitude bzw. der Gesamtablenkung des Endes
der Sonotrode nach oben und unten.
Eine Maschinenschlosser-Skalenlehre kann ebenfalls Verwendung
finden, um die einfache Amplitude bzw. die halbe Bewegung
der Sonotrode zu messen. Die Skalenlehre wird so angebracht,
daß eine ihrer Spitzen die untere Fläche der Sonotrode
berührt, und zwar dergestalt, daß die Spitze sich in vertikaler
Richtung bewegt. Bei stillstehender Sonotrode wird die Skalenlehre
auf Null eingestellt. Wenn die Sonotrode schwingt,
lenkt sie die Spitze der Skalenlehre nach unten ab. Da die
Skalenlehre der schnellen Bewegung der Sonotrode nicht zu
folgen vermag, verharrt ihre Spitze in dieser unteren Position
und mißt auf diese Weise exakt die Halbwellenamplitude der
Sonotrode. Diese Messungen werden vorgenommen, ohne
daß die Sonotrode ein Teil verschweißt.
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Obwohl die Schwingungsamplitude unter maximalem Schweißdruck
etwas reduziert wird, stellt die «im Leerlauf» gemessene
Amplitude immer noch ein brauchbares Maß für diesen wichtigen
Schweißparameter dar.
Ausrichtung des Teils und der Haltevorrichtung
Die Teile, die Haltevorrichtung und die Sonotrode müssen
so ausgerichtet sein, daß der Druck und die Schwingungen
gleichförmig und reproduzierbar wirksam werden. Wie schon
aus Abb. 10.41 ersichtlich, wird der Ultraschallwandler an
einem Stativ befestigt. Das Wandleraggregat gleitet an der
Stativsäule auf und ab und wird durch einen pneumatischen
Zylinder bewegt. Wenn der Druck verringert wird, läßt sich
die Wandlereinheit leicht von Hand heben und senken. Sobald
die zu verschweissenden Teile sich in einer geeigneten Haltevorrichtung
befinden, wird die Sonotrode von Hand heruntergezogen,
während die Haltevorrichtung positioniert und arretiert
wird.
Die Ausrichtung der Teile und der Haltevorrichtung in einer
zur Endfläche der Sonotrode parallelen Ebene kann auf
verschiedene Weise erreicht werden. Eine Methode besteht
darin, ein Blatt unbenutztes Kohlepapier mit der Schichtseite
auf ein Blatt Schreibpapier und beide Blätter sodann zwischen
die Sonotrode und die zu verschweissenden Teile zu
legen. Die «Schweißzeit» wird auf den geringstmöglichen
Wert eingestellt. Vibriert die Sonotrode gegen die Teile,
bildet sich ein Abdruck auf dem Schreibpapier, dessen unterschiedliche
Schwärzung die Druckunterschiede anzeigt.
Diese Methode kann sowohl bei Scher- als auch bei Stumpfschweißnähten
angewandt werden.
Die Parallelausrichtung ist bei Schernähten weniger kritisch
als bei Stumpfschweißnähten. Wegen der Tiefe der Schweißnaht
beeinflussen kleinere Abweichungen weder die Festigkeit
noch die Dichteigenschaften der Schweißnaht. Aus dem
gleichen Grunde kann bei dieser Schweißnaht ein größeres
Ausmaß konkaver oder konvexer Verformung der Teile
hingenommen werden. Die Parallelausrichtung gewinnt
jedoch an Bedeutung, je kritischer die Dimensionen der zu
verschweißenden Teile sind.
Für Stumpfschweißnähte kann eine andere Technik angewandt
werden. Zunächst wird die Schweißzeit so eingestellt, daß
das Schweißgerät an der Nahtstelle der Teile einen geringen
Schweißgrat hervorruft. Die Haltevorrichtung wird dann
anschließend so eingestellt oder mit Einlegekeilen versehen,
daß ein gleichmäßiger Grat rund um die Schweißnaht entsteht.
Alle Schweißmaschinen verfügen über eine Vorrichtung,
mit der die Höhe der Wandlereinheit über dem Arbeitstisch
variiert werden kann. Die Höhe ist so einzustellen, daß die
Abwärtsbewegung der Wandlereinheit geringer ist als die
mit der Schweißmaschine erreichbare maximale Höhendifferenz,
da andernfalls während des Schweißvorgangs ein ungenügender
oder fehlerhafter Druck auftreten würde.
Bei einigen Schweißmaschinen ist ein Auslöseschalter zu
betätigen, sobald die Sonotroden installiert und die Teile
und die Haltevorrichtung ausgerichtet sind. Ein solcher
Auslöseschalter schließt den Stromkreis, der dem Wandler
Energie zuführt, und startet zugleich die Zeitsteuerung für
die Schweißzeit.