Ultraschallschweißen, Baseballkappe

Helle Köpfe mit Ultraschall

Schweißen schwieriger Werkstoffe und Konturen
Trotz schwieriger Werkstoffe und Nahtgeometrie ergibt sich eine einwandfreie Schweißnaht.
Ein neuseeländischer Hersteller von multifunktionalen Baseball-Kappen setzt auf die Ultraschall-Schweißtechnologie, um kostengünstig hochqualitative Verbindungen in der Großserie zu erzeugen.

Während typische Ultraschall-Schweißanwendungen vor allem in der Automobil-, Verpackungs- oder Textilindustrie sowie in der Medizintechnik üblich sind, gehören Artikel für den Freizeit- und Adventure-Bereich nicht zu den klassischen Anwendungen. Im vorliegenden Fall ging es um eine Baseball-Kappe mit integrierten, solarbetriebenen LEDs, die im Dunkeln als Stirnlampe dienen – ein patentiertes Produkt des Unternehmens 2cLight.

Eine eingebaute Elektronikplatine übernimmt die Energieverwaltung und Steuerung verschiedener Leuchtmodi. Die Platine wird im zweiteiligen Blendenschutz aus PPC dauerhaft staub- und wasserdicht eingeschweißt. An die Schweißnaht werden neben Festigkeits- und Dichtheitsanforderungen auch optische Vorgaben gestellt. Die Naht auf der transparenten Sonnenblende darf keine Blasen aufweisen oder den Kunststoff milchig verfärben. Alternative Verfahren wie die Hot Plate-, Vibrations- oder Lasertechnologie wurden nach der Evaluationsphase nicht berücksichtigt. Besonders die Angaben des Maschinenherstellers vergleichsweise geringen Investitions- und Betriebskosten sowie die kurzen Schweißzykluszeiten von 3 bis 4 Sekunden gaben den Ausschlag für die Ultraschalltechnologie.

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Denken kommt vor dem Schweißen

Um technologisch und wirtschaftlich optimale Schweißergebnisse zu erreichen, haben Anwender und Scheißmaschinenhersteller schon in der Design- und Projektphase zusammengearbeitet. So konnte die Gestaltung der Mütze und damit der Fügezone den Anforderungen der Ultraschall-Schweißtechnik angepasst werden, ohne das Aussehen des Produkts zu beeinträchtigen.

In diese Phase fielen auch Überlegungen zum Werkstoff: Polypropylene Random Copolymer (PPC) sind Polypropylene, deren Struktur durch Beimischung eines anderen Monomer-Moleküls – meist Ethylen – verändert wurde. Hohe Transparenz, Flexibilität, Schlagfestigkeit und ein im Vergleich zu den PP-Homopolymeren reduzierter Schmelzpunkt sind Eigenschaften des PPC. Aufgrund der hohen Flexibilität gilt das weiche Material als problematisch für das Ultraschall-Schweißen. Trotzdem gelang es, die Schweißwerkzeuge so zu gestalten, dass die Anwendung mit der 20-kHz-Schweißmaschine Dynamic 3000 Series problemlos funktioniert.

Der Schlüssel – die Werkzeugkonstruktion

Maßgeblichen Einfluss auf die Prozessqualität hat die Abstimmung zwischen Ultraschall-Schweißmaschine und Werkzeug, der Sonotrode und der Aufnahme. Die Aufnahme sorgt für die korrekte und präzise Platzierung der beiden Sonnenblendehälften mit der empfindlichen Elektronikplatine. Eine besondere Herausforderung war der Höhenunterschied (Wölbung) der Sonnenblende, da die Gesetze der Akustik der Werkzeuggestaltung gewisse Grenzen setzen. Die Teile werden im Zweikomponenten-Spritzungsverfahren aus PPC und einem weichen thermoplastischen Elastomer gefertigt. Diese Gummifläche entlang der Schweißnaht, die in erster Linie eine Designfunktion hat, gestaltete die Konstruktion und Fertigung der zwei Werkzeugformen noch komplexer.

Erfahrung in der anwendungstechnischen Beratung und Lösungsentwicklung, kombiniert mit moderner Ultraschall-Schweißtechnik sowie dem Know-how in der Werkzeugkonstruktion und <nonbreaking-hyphen>fertigung – diese Kombination macht das Verschweißen der multifunktionalen LED High Tech Baseball Cap wirtschaftlich, kostengünstig und qualitativ hochwertig. Der Kunde 2cLight produziert jährlich bis zu 500.000 Stück.


Fakuma, Halle A4, Stand 4008

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