Bonding - More than materials | Herrmann Ultraschall

„WIR HABEN IN DEN LETZTEN ZEHN JAHREN EINIGE PROJEKTE UMGESETZT, DIE FRÜHER VON DEN DIMENSIONEN UND DEN ANFOR- DERUNGEN HER UNDENKBAR GEWESEN WÄREN.“ OHNE GRENZEN ULTRASCHALLSCHWEISSEN KANN FAST ALLES D as Geheimnis des Ultraschalls sind schnell vibrierende Schweißköpfe aus Metall, Sonotroden genannt, in Frequenzen zwischen 20 und 35 Kilohertz. Das bedeutet 20.000 bis 35.000 Schwingungen pro Sekunde! Sie müssen exakt berechnet und mit Sorgfalt gefer- tigt werden. Das ist in sich schon eine Kunst. In den letzten Jahren wurden größere und komplexere Sonotroden hergestellt als jemals für möglich gehalten. Chefentwick- ler Ulrich Vogler und Akustik-Kolle- ge Stefan Zendler über Grenz- erfahrungen damals und heute. Beim Ultraschallschweißen treffen zwei Fakultäten aufeinander: die Physik der schwingenden Metalle für das Schweißwerkzeug und die Chemie des Kunststoffes, den es zu verschwei- ßen gilt. Das macht es interessant und anspruchsvoll. Die Sonotroden werden jeder Anwendung, also jedem zu verschweißenden Bauteil, genau angepasst und sind in den meisten Fällen speziell für den einen Kunden angefertigt. Es steckt viel Zeit in der Entwicklung und Konstruktion dieser Schweißwerkzeuge und ganz viel des speziellen Know-hows von Herrmann Ultraschall. Früher ging es oft darum, Anwendungen zum Laufen zu bekom- men, irgendwie oft rein empirisch, aber heute geht es primär um Effizienz und Kundennutzen. „Und den erzeugen wir nur, wenn der Kunde in seiner Produk- tionsumgebung, unter verschiedenen Einflüssen wie Temperatur, Luftfeuch- tigkeit und wechselnder Schweißan- wendungen, robust und wiederholbar, am besten im Dreischicht-Betrieb, gute Schweißergebnisse erzielt“, sagt Stefan Zendler, „und das haben wir vor Augen, wenn wir forschen, simulieren und berechnen.“ GRÖSSE HAT NICHT NUR VORTEILE „Deshalb ist ‚Höher und weiter, also größer und schwerer‘ bei den Werk- zeugen nicht unser Ziel“, sagt Chef- entwickler Ulrich Vogler. „Irgendwann ist einfach auch eine physikalische Grenze erreicht“. Sonotroden jenseits einer Breite von 20 cm und einem Gewicht von mehr als 40 kg, da wird es anstrengend. Aber Ulrich Vogler und sein Team haben in den letzten zehn Jahren einige Projekte umge- setzt, die früher von den Dimensionen und den Anforderungen her undenkbar gewesen wären. Dank weiterentwickel- ter computerunterstützter Technik ist heute vieles realisierbarer als noch vor ein paar Jahren. VISUALISIERUNG IST DER SCHLÜSSEL „Am Anfang war eigentlich alles ‚Schwarze Magie‘ – wir wussten zu wenig über das Schwingungsverhalten und die relevanten Materialeigen- schaften – alles musste wieder und wieder ausprobiert werden, auch mit Ausschuss und Verlust“, erinnert sich Vogler. „Dreidimensionale Objekte zu schweißen ist auch heute oft noch eine Herausforderung“, führt er weiter aus, „denn man muss an jedem Punkt der Schweißnaht die optimale Schwin- gungsenergie erzeugen.“ Aber von der Weiterentwicklung der Messtechnik und Analysetools profitierte auch 45