25. Mär 2010
Longitudinales und torsionales Ultraschallschweißen – ein Verfahrensvergleich.
Prof. Dr.-Ing.Michael Gehde
Dipl.-Ing. Sven Friedrich
Dipl.-Ing. René Fuhrich, TUChemnitz, Chemnitz
Zusammenfassung
Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit einem ersten Vergleich der beiden Verfahren longitudinales und torsionales Ultraschallschweißen. Es werden DVS-Pro- bekörper mit und ohne Energierichtungsgeber aus PBT geschweißt und die Prozesse hinsichtlich Zugfestigkeit optimiert. Die Ergebnisse sollen bezüglich Prozessfenster und maximal erreichbarer Zugfestigkeit gegenübergestellt werden.
1 Einleitung
Das longitudinale US-Schweißen ist ein etabliertes Verfahren in der Kunststoffbranche. Es zeichnet sich besonders durch sehr kurze Zykluszeiten aus und ist deshalb aus der Großserienfertigung nicht mehr wegzudenken. Jedoch gibt es auch Einschränkungen, die den Einsatz dieses Verfahrens nicht überall zulassen. Eines der größten Probleme stellt die Schädigung von elektronischen Bauteilen durch die Ultraschallwellen dar.
Einige dieser Nachteile scheint das torsionale US-Schweißen nicht zu besitzen. So ist es gelungen, mit diesem Ver- fahren Sensoren, welche beim klassi- schen US-Schweißen zerstört wurden, miteinander zu verbinden, ohne die Elektronik zu beschädigen. Des Weite- ren ist es möglich, eine ausreichende Schmelzeschicht zu erzeugen, ohne besondere konstruktive zusätzliche Maßnahmen zur Gestaltung der Fügefläche (Energierichtungsgeber) vorzu- sehen. Trotzdem kann eine ähnlich niedrige Zykluszeit, wie beim klassischen longitudinalen US-Schweißen, erreicht werden [1-2].
Diese Vorteile sind auf die Einleitungs- richtung der Schwingungen in die zu fügenden Bauteile zurückzuführen. Beim klassischen longitudinalen US-Schwei- ßen ist diese senkrecht zur Fügeebene. Die Sonotrode schlägt wie ein Hammer auf die Fügeteile ein, was zu einer hohen mechanischen Belastung führt. Beim torsionalen US-Schweißen dreht sich die Sonotrode auf den Bauteilen hin und
her. Neben der inneren Reibung zwischen den Molekülketten wird auch Energie durch makroskopische Grenzflächenreibung zwischen den zu fügen- den Bauteilen erzeugt. Dadurch ist ein Schweißen ohne Energierichtungsge- ber möglich. Außerdem wird der untere Fügepartner nicht so stark mechanisch belastet.
Der vorliegende Beitrag liefert einen ersten Vergleich dieser beiden Verfahren hinsichtlich Prozessfenster und erreichbarer mechanischer Eigenschaften.
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Dipl.-Ing. Sven Friedrich
Dipl.-Ing. René Fuhrich, TUChemnitz, Chemnitz
Zusammenfassung
Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit einem ersten Vergleich der beiden Verfahren longitudinales und torsionales Ultraschallschweißen. Es werden DVS-Pro- bekörper mit und ohne Energierichtungsgeber aus PBT geschweißt und die Prozesse hinsichtlich Zugfestigkeit optimiert. Die Ergebnisse sollen bezüglich Prozessfenster und maximal erreichbarer Zugfestigkeit gegenübergestellt werden.
1 Einleitung
Das longitudinale US-Schweißen ist ein etabliertes Verfahren in der Kunststoffbranche. Es zeichnet sich besonders durch sehr kurze Zykluszeiten aus und ist deshalb aus der Großserienfertigung nicht mehr wegzudenken. Jedoch gibt es auch Einschränkungen, die den Einsatz dieses Verfahrens nicht überall zulassen. Eines der größten Probleme stellt die Schädigung von elektronischen Bauteilen durch die Ultraschallwellen dar.
Einige dieser Nachteile scheint das torsionale US-Schweißen nicht zu besitzen. So ist es gelungen, mit diesem Ver- fahren Sensoren, welche beim klassi- schen US-Schweißen zerstört wurden, miteinander zu verbinden, ohne die Elektronik zu beschädigen. Des Weite- ren ist es möglich, eine ausreichende Schmelzeschicht zu erzeugen, ohne besondere konstruktive zusätzliche Maßnahmen zur Gestaltung der Fügefläche (Energierichtungsgeber) vorzu- sehen. Trotzdem kann eine ähnlich niedrige Zykluszeit, wie beim klassischen longitudinalen US-Schweißen, erreicht werden [1-2].
Diese Vorteile sind auf die Einleitungs- richtung der Schwingungen in die zu fügenden Bauteile zurückzuführen. Beim klassischen longitudinalen US-Schwei- ßen ist diese senkrecht zur Fügeebene. Die Sonotrode schlägt wie ein Hammer auf die Fügeteile ein, was zu einer hohen mechanischen Belastung führt. Beim torsionalen US-Schweißen dreht sich die Sonotrode auf den Bauteilen hin und
her. Neben der inneren Reibung zwischen den Molekülketten wird auch Energie durch makroskopische Grenzflächenreibung zwischen den zu fügen- den Bauteilen erzeugt. Dadurch ist ein Schweißen ohne Energierichtungsge- ber möglich. Außerdem wird der untere Fügepartner nicht so stark mechanisch belastet.
Der vorliegende Beitrag liefert einen ersten Vergleich dieser beiden Verfahren hinsichtlich Prozessfenster und erreichbarer mechanischer Eigenschaften.