Optimierte Werkstückaufnahme

Annina Schopen,

Für ein tadelloses Erscheinungsbild

Bei der Entwicklung einer Ultraschall-Schweißlösung für ein anspruchsvoll designtes Consumerprodukt waren neben der Ermittlung der passenden Schweißparameter auch die Gestaltung einer individuell optimierten Werkstückaufnahme in geeignetem Material nötig.

Der Freshup spaltet mit Hilfe von Plasmapartikeln Geruchsmoleküle auf und entfernt dadurch unangenehme Gerüche aus Kleidungsstücken und anderen Textilien. © Herrmann Ultraschall / BSH Hausgeräte

Der elektronische Textilerfrischer Freshup von Bosch ist eine kleine Revolution: Handlich wie ein Sonnenbrillenetui und stylisch designt entfernt er unangenehme Gerüche, Bakterien und Viren aus trockenen Textilien – ohne chemische Zusätze, Waschmittel oder Wasser, sondern mit Plasma. In jeder Tasche und in jedem Rucksack findet der Freshup Platz, um auf Reisen oder zu Dienstterminen Kleidungsstücke aufzufrischen, indem er Geruchsmoleküle auflöst. Eine saubere Sache – klar, dass der kompakte Erfrischer auch selbst in einwandfreier Optik daherkommen muss. Die stand im Blickpunkt bei der Verschweißung der ovalen, dreidimensionalen Gehäusehälfte. BSH Hausgeräte und Herrmann Ultraschalltechnik haben in gemeinsamer Entwicklungsarbeit eine Ultraschall-Lösung gefunden, die optisch ein Top-Ergebnis liefert und zugleich eine feste Verbindung sicherstellt.

Bei der Verschweißung der Gehäuseschalen wurden die Schweißparameter so definiert, dass eine absolut bündige, feste Verbindung ohne optische Beeinträchtigung erreicht wurde. © Herrmann Ultraschall / BSH Hausgeräte

Optisch einwandfreie Fügeverbindung dank spezieller Werkzeugaufnahme

Im Rahmen dieses Entwicklungsprozesses stellten vor allem die optischen Anforderungen das Ultraschall-Labor von Herrmann auf die Probe. Das glänzende MABS-Material der Gehäuseschalen leitet Ultraschall sehr gut weiter, sodass es nicht nur in der Fügezone, sondern im gesamten Bauteil zu starken Schwingungen während des Schweißprozesses kommt. Dadurch konnten an verschiedenen Stellen, an denen das Bauteil in der Werkstückaufnahme aufliegt, Markierungen an der Oberfläche entstehen.

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Um die Vibrationen des Schweißvorgangs zu dämpfen, wurde die Werkstückaufnahme aus einem speziellen Gießharz angefertigt. Dabei handelt es sich um ein abriebfestes, hitzebeständiges Material mit einer Härte von 80 bis 90 Shore – das entspricht etwa der Härte von Skateboard-Rollen. Mit diesem Faktor ist das Material hart genug, um das Bauteil zu fixieren, aber weich genug, um die Vibrationen des Ultraschalls abzudämpfen. Die geringe Härte des Harzes ermöglicht außerdem die nachträgliche Anpassung der dreidimensionalen Form; so ließ sich durch händisches Polieren und Abschleifen Schritt für Schritt die ideale Passform für das gewölbte Bauteil schaffen.

Eine weitere Optimierung der Werkstückaufnahme wurde durch ihre Unterteilung in vier statt wie üblich zwei Aufnahme-Segmente erzielt. Diese Struktur stellt sicher, dass das Bauteil exakt in der Werkstückaufnahme liegt und treffgenau von der Sonotrode geschweißt wird. Gleichzeitig verhindert die besondere Aufteilung, dass es im Bereich der Trennebenen zu Beschädigungen am Material kommt. In Verbindung mit dem weichen Gießharz verhindert die spezielle Werkstückaufnahme zuverlässig optische Beeinträchtigungen der Bauteile.

Gemeinsamer Optimierungsprozess per Video-Schaltung

Für den Schweißprozess wurde eine viergeteilte Werkstückaufnahme aus Gießharz entwickelt, die die Vibrationen des Ultraschalls dämpft und damit optische Beeinträchtigungen an der Oberfläche des Materials verhindert. © Herrmann Ultraschall / BSH Hausgeräte

Eine weitere Besonderheit des Projekts bestand darin, dass das Design der Bauteile von Beginn an festgelegt war. Dadurch stand nur ein geringer Schweißweg von drei Zehntelmillimeter zur Verfügung – ungefähr nur halb so viel, wie normalerweise genutzt werden sollte. Eine Anpassung des Spritzgusswerkzeuges im Bereich des Energierichtungsgebers wäre nicht ohne Veränderungen am Design der Gehäuseschale möglich gewesen.

Um beide Bauteile über die gesamte Länge absolut bündig – also auf Block – zu verschweißen, wurde der Schweißprozess in einem längeren Design-of-Experiment-Prozess (DOE) mit mehreren Evaluierungsschleifen sukzessive entwickelt und optimiert. Die grafische Darstellung der Fügegeschwindigkeit hat die Optimierung wesentlich unterstützt. Die Versuche erfolgten im Herrmann-Ultraschall-Labor Plastics sowie beim Kunden vor Ort und wurden teilweise per Live-Video übertragen. So ließen sich durch die enge Zusammenarbeit die richtigen Parameter definieren, um unter den gegebenen Voraussetzungen und Vorgaben eine feste und optisch tadellose Verbindung zu realisieren.

Die Entwicklung der Ultraschall-Schweißlösung für BSH hat bewiesen, wie entscheidend neben der Ermittlung der Schweißparameter auch die Gestaltung einer individuell optimierten Werkstückaufnahme ist. Mit den richtigen Materialien und dem passenden Design trägt sie maßgeblich dazu bei, dass Bauteile nicht nur fest, sondern auch mit makellosem Erscheinungsbild miteinander verbunden werden können.

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