Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Der Auslöseschalter ist so einzustellen, daß die Maschine kurz
vor Berührung der Sonotrode mit den zu verschweißenden
Teilen eingeschaltet wird. Versucht man die Maschine unter
vollem Druck zu starten, könnte das System blockieren. Die
meisten modernen Schweißmaschinen werden durch einen
auf Druck reagierenden Schalter aktiviert, so daß die Höheneinstellung
eines Auslöseschalters nicht mehr erforderlich ist.
b. Optimierung des Schweißzyklus
Amplitude, Schweißdruck und Schweißzeit sind für jede
Anwendung einzustellen und zu optimieren. Jede Variable
wird einzeln untersucht, indem mehrere Teile bei einer Reihe
verschiedener Einstellungen geschweißt werden, wobei alle
anderen Variablen konstant gehalten werden. Die Ergebnisse
einer jeden Schweißung werden gemessen und aufgezeichnet
und daraus der optimale Wert ermittelt.
Es gibt mehrere Maßstäbe für die Schweißqualität oder
Schweißeffektivität, die zur Optimierung der Schweißbedingungen
benutzt werden können. Dazu gehören Messungen
der Schweißtiefe (bei Schernähten), physikalische Tests an
geschweißten Teilen wie z.B. die Bruch- oder Reißfestigkeit
sowie die Kontrolle der Belastung des Hochfrequenzgenerators
oder der Einsatz von Leistungsmeßgeräten. Für welchen
Maßstab man sich entscheidet, wird von den Anforderungen
abhängen, die durch den Verwendungszweck der Teile vorgegeben
sind.
Kommt es auf größtmögliche Genauigkeit an, sollten physikalische
Tests in Betracht gezogen werden. Dies gilt insbesondere
für unter Druck stehende Behälter wie Tanks von
Gasfeuerzeugen und Aerosolbehälter, bei denen Berstfestigkeitstests
von ausschlaggebender Bedeutung sind. Diese
Tests sind zeitaufwendig sowie arbeitsintensiv und sollten
daher nur bei Bedarf durchgeführt werden.
Die Tiefe der Schweißnaht (oder Differenzhöhe der verschweißten
Teile) kann beim Schweißen von Schernähten
gemessen werden. Dies ist eine weniger kostspielige und
zeitaufwendige Methode, die hinreichend genau ist, um die
Bedingungen zu optimieren. Zwischen Schweißtiefe und
Festigkeit der Schweißung ist eine ausgezeichnete Korrelation
festgestellt worden.
Die meisten Hochfrequenzgeneratoren sind mit Leistungsmeßgeräten
ausgestattet, die Aufschluß über die Effektivität
der Schweißung geben können. Den Ausschlag dieses Meßgerätes
während des Schweißens zu beobachten ist eine einfache
Technik, die allerdings die geringste Genauigkeit liefert.
Druck und Amplitude
Der erste Schritt zur Optimierung der Bedingungen besteht
darin, eine Kombination von Sonotrode und Booster oder
Kopplungszwischenstück auszuwählen, die die erforderliche
Amplitude (doppelte Amplitude) liefert. Es ist hilfreich, aber
nicht unbedingt erforderlich, die spezifische Amplitude der
Sonotrode oder der Sonotrodenkombination zu kennen.
Um die optimalen Druck- und Amplitudenbedingungen zu
ermitteln, sollte die Schweißzeit konstant gehalten werden. Für
Schernähte wird eine relativ kurze Zeit (0,03 bis 0,6 Sekunden)
empfohlen. Für Stumpfschweißnähte empfiehlt sich eine lange
Schweißzeit. Die Haltezeit sollte ebenfalls konstant gehalten
werden.
Sie stellt eine unkritische Variable dar. Der gleiche Wert
kann für alle Schweißungen während der Einstell- und der
Produktionsphase benutzt werden.
Eine Reihe von Teilen wird bei unterschiedlichen Schweißdruck-Einstellungen,
zum Beispiel 0,15 - 0,20 - 0,25 - 0,30 -
0,35 MPa verschweißt. Die Werte für die Schweißeffektivität
(Leistungsmessung, Schweißtiefenmessung oder physikalische
Testmethode) können wie aus Abb. 10.61 ersichtlich
grafisch aufgezeichnet werden, um den optimalen Druck für
die ausgewählte Amplitude zu ermitteln. Unter realen Bedingungen
wird die grafische Darstellung keine Kurve ergeben,
sondern ein schmales Band, das einen Streubereich der Werte
darstellt. Der optimale Druck wird durch den höchsten und
am schärfsten definierten Bereich der Werte bestimmt. Um
den optimalen Druck noch genauer einzugrenzen, ist es empfehlenswert,
weitere Probestücke im Bereich dieser Druckwerte
zu verschweißen. Liegt der Spitzenwert zum Beispiel
zwischen 0,15 und 0,25 MPa, sollten zusätzlich Proben bei
0,18 und 0,22 MPa verschweißt werden.
Die optimale Amplitude wird ermittelt, indem man die vorstehenden
Schritte wiederholt und dabei Amplituden einsetzt,
die größer bzw. geringer als die Ausgangsamplitude sind.
Dies läßt sich am einfachsten durch Auswechseln der Booster
erreichen. Bestehen zwischen den Spitzenwerten verschiedener
Amplituden geringe oder keine Unterschiede (was der Fall
sein kann, wenn bei Schernähten die Schweißtiefe gemessen
wird), wählen Sie die höchste Amplitude.
Schweißzeit
Die richtige Schweißzeit ist die letzte Einstellung, die zu
ermitteln ist. Unter Verwendung der ausgewählten Amplitude
und des für diese Amplitude optimalen Drucks werden die
Teile bei Schweißzeit-Einstellungen geschweißt, die höher
bzw. niedriger als der ursprüngliche Wert sind, bis die erforderliche
Schweißtiefe, Festigkeit der Schweißnaht oder das
erwünschte Aussehen erzielt wird.
Für die Auswahl der Schweißbedingungen ist häufig das Aussehen
der Teile wichtig. In vielen Fällen läßt sich eine hohe
Festigkeit aber nicht ohne die Bildung sichtbarer äußerer
Schweißgrate erzielen, es sei denn, daß man Schweißgratspeicher
in die Naht einkonstruiert (siehe den Abschnitt über die
Auslegung von Schweißnähten). Bei manchen Anwendungen
kann ein mechanisches Abgraten erforderlich werden.
Das Verfahren zur Optimierung der Schweißbedingungen
läßt sich anhand von Erfahrungen mit früheren Schweißanwendungen
erheblich verkürzen.
Schweißergebnisse
a. Einfluß von Materialeigenschaften
Die Eigenschaften der Kunststoffe beeinflussen den Erfolg
des Ultraschallschweißens. Eigenschaften, die für die Auswahl
des Werkstoffs für eine bestimmte Anwendung den
Ausschlag geben, erschweren häufig das Schweißen, wie
zum Beispiel hohe Schmelztemperaturen oder Kristallinität.
Die Steifheit des zu verschweißenden Materials ist eine
wichtige Eigenschaft, die durch die Temperatur und Feuchtigkeit
der Umgebung beeinflußt werden kann.
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