Schweißen im Automobilbereich

Kombiinstrumente schnell mit Ultraschall fügen

Automobilinterieur sicher und optisch ansprechend verschweißen. Dank der Flexibilität ist das Ultraschallschweißen geeignet als Verbindungstechnik für Kombiinstrumente. Deckgläser staubfrei mit dem Frontrahmen verschleißen, verchromte Zierringe spaltfrei vernieten oder Displayscheiben verzugsfrei fügen. Das Ultraschallschweißen wird für geometrisch anspruchsvolle Teile mit unterschiedlich positionierten Schweißzonen eingesetzt.

Die Konstruktion von Sonotroden für Kombiinstrumente ermöglicht auch die Verarbeitung komplexer Geometrien. (Quelle: Herrmann Ultraschall)

Ein Automobil bekommt durch das Design der Frontpartie von Kühlergrill, Stoßfänger und Frontleuchten ein unverwechselbares Gesicht. Dem Kombiinstrument fällt eine vergleichbare Aufgabe im Interieurbereich zu. Es verleiht einem Fahrzeug seine individuelle Note. Den Gestaltungsfreiräumen der Designer sind kaum Grenzen gesteckt und so sind die Entwicklungsingenieure gefordert, die optimale Schweißgeometrie zu finden, ob nun ein einteiliges Deckglas oder mehrere Linsen auf den Frontrahmen oder einzelne Segmente aufzuschweißen sind.

Gegenüber anderen Fügeverfahren wie Vibrations- und Laserschweißen kann die Ultraschall-Verbindungstechnik punkten. In unter 10 Sekunden Zykluszeit lassen sich beispielsweise die aus PMMA hergestellten und teilweise mit einem Heißprägerand applizierten Deckgläser positionsgenau und verzugsfrei auf dem Trägerrahmen verschweißen. Im Schweißprozess von nur einer halben Sekunde werden abdruckfrei hohe Festigkeiten ohne Flusenbildung erzielt. Der Energieeintrag erfolgt gezielt in der speziell für das Ultraschallschweißen gestalteten Fügezone und verhindert so den Bauteileverzug. Beim Ultraschall-Schweißen werden keine zusätzlichen Verbrauchsstoffe wie Klebstoff oder Schrauben benötigt. Auch sind keine speziell konditionierten Kunststoffe erforderlich. Im Vergleich zu geklippten Bauteilen, bietet das Ultraschallverfahren eine knarzfreie Verbindung und spart Kosten für aufwendige Werkzeugkonstruktionen. Selbst für schwer zugängliche Fügestellen oder Bauteiloberflächen mit 3D-Konturen können passende Schweißwerkzeuge (Sonotroden) mit Hilfe der FEM-Berechnung (Finite-Elemente-Methode) für eine sichere Produktion entwickelt werden.

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Ein besonderes technisches Detail liegt in der von Herrmann Ultraschall entwickelten und bereits vielfach eingesetzten Präzisionslagerung der Sonotroden. Diese speziell für die starre Befestigung des gesamten 20 kHz Ultraschall-Schwinggebildes genutzte Technologie ermöglicht mach Unternehmensangaben eine präzise Positionierung der Sonotroden untereinander in Abständen von nur 0,2 Millimeter an die teils komplexen 3D-Konturen der Kombiinstrumente. Oft werden auch die feststehenden Sonotroden als Vorrichtung für das Bauteil verwendet. Von oben fährt ein Stempel aus Gießharz auf das Deckglas und führt die Schweißbewegung durch. In Abhängigkeit der Einlegesituation können aber auch die Sonotroden oben feststehend montiert sein und das Kombiinstrument fährt samt Einlegevorrichtung von unten gegen die Sonotroden.

Blick in den Arbeitsraum der Ultraschallschweißung, die typischerweise weniger als 10 Sekunden Zykluszeit benötigt. (Quelle: Herrmann Ultraschall)

Mittlerweile beschränkt sich das Ultraschallschweißen an Kombiinstrumenten nicht nur auf das Befestigen von Deckgläsern, auch Zierelemente wie Chromringe oder ganze Abdeckrahmen und Displayscheiben gehören zu den täglichen Aufgaben. Bei diesen Applikationen kommt in der Regel das Ultraschallnieten mit 35 kHz zum Einsatz. Anders als beim klassischen Ultraschall-Schweißen, bei dem zwei Kunststoff-Flächen miteinander gefügt werden, wird beim Ultraschall-Nieten Kunststoffmaterial aufplastifiziert und ein Nietkopf daraus geformt.

Um jedoch eine einwandfreie und sichere Ultraschall-Schweißverbindung zu realisieren, bedarf es einer ultraschallgerechten Bauteilkonstruktion, die nicht komplizierter als bei anderen Fügeverfahren ist, jedoch die Grundvoraussetzung für einen sicheren Prozess ist.

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