Bedienung von Ultraschallschweißgeräten

Andreas Mühlbauer,

Ultraschall trennt und verbindet

Die besten Prozesse und Verfahren nutzen wenig, wenn die Bedienung kompliziert, die Dokumentation aufwendig oder die Anbindung an die Automatisierungstechnik umständlich sind. Das gilt auch für das Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall. Neue Systeme lassen sich intuitiv bedienen und einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren und tragen so zu einer Effizienzsteigerung bei.
Der Sensorikspezialist Baumer setzt für die Fertigung einer neuen optischen Sensorbaureihe eine Ultraschallschweißpresse ein, die mit der Steuerungssoftware TelsoFlex arbeitet. © Baumer

Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall haben sich in vielen Branchen als wirtschaftliche und schonende Verfahren mit hohem Qualitätsansatz bewährt. Zum Schneiden und Schweißen kommen Ultraschall-Frequenzen im Bereich zwischen 20 und 35 kHz zum Einsatz. Erzeugt werden sie durch einen Piezo-Konverter, der eine Sonotrode in eine hochfrequente Schwingung versetzt, die in Resonanz besonders wirkungsvoll ist und dabei gleichzeitig wenig Leistung benötigt. So entstehen bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung entweder saubere Schnitte oder hochfeste Fügeverbindungen. Bei Letzteren werden durch die akustischen Schwingungen die Moleküle der zu verbindenden Teile ebenfalls in Schwingung versetzt, was an den Kontaktstellen Wärme erzeugt, die die Materialgrenzen „aufbricht“ und die Materialien miteinander verschmilzt.

Trennschweißen mit Ultraschall hat sich in vielen Branchen als wirtschaftliches und schonendes Verfahren mit hohem Qualitätsansatz bewährt. © Telsonic

Darüber hinaus bietet die Ultraschalltechnik aber noch zahlreiche weitere Vorteile, weshalb sie oft etablierte Bearbeitungstechnologien als wirtschaftlichere Alternative ersetzen kann. Beim Ultraschall-Schweißen ist kein Kleber, beim Trennschweißen, kein Schneidmedium notwendig. Es gibt keinen Materialverlust, keine Späne und keine Verbrennungsgase wie beim Laserschneiden. Die Schnittkanten sind glatt und sauber, wodurch eine Nachbearbeitung unnötig ist. In den meisten Fällen sind Ultraschallverfahren zudem leise, wodurch bei vielen Anwendungen keine Lärmschutzmaßnahmen erforderlich sind.

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In der Praxis hat sich der Ultraschallbearbeitungsprozess zudem als zuverlässig und sicher erwiesen, da das Verfahren nur von wenigen Parametern abhängt, die anwendungsspezifisch eingestellt und überwacht werden. Das ist heute sehr komfortabel möglich. Der Ultraschallspezialist Telsonic bietet jetzt die neue Steuerungssoftware TelsoFlex sowie ein ebenfalls neues 12“-Touchpanel an. Ultraschallsysteme der Baureihe USP und TSP lassen sich damit intuitiv bedienen und einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren.

Einfache Netzwerkanbindung für die Industrie 4.0

Die Steuerungssoftware überwacht den gesamten Schweißprozess und stellt den Status grafisch auf dem hochauflösenden Display des Touchpanels dar. Alle relevanten Informationen sieht der Bediener auf einen Blick, zum Beispiel Stückzahlen oder Grenzwerte. Mit wenigen Klicks kann er zudem Schweißparameter anpassen, mehrstufige Schweißmodi definieren oder die Peripherie einrichten, also Amboss, Folientransport, Schallschutz, Werkstückerkennung, -klemmung oder -anschlag. Dabei lässt sich das Display auch gut mit Handschuhen bedienen. Diverse Zähler für Stückzahl, Stapel oder Losgröße sichern zudem die korrekte Produktionsmenge.

Praxisgerechte Steuerungssoftware fürs Schweißen und Schneiden mit Ultraschall: Neues Visualisierungskonzept und Vernetzbarkeit erhöhen die Effizienz. © Telsonic

Der Bildschirminhalt des Panels lässt sich aber auch an einen Arbeitsplatz außerhalb der Produktion übertragen und auch von dort aus bedienen. OPC UA sichert dann die Netzwerkverbindung zwischen den Schweißsystemen beziehungsweise Automatisierungslinien und Arbeitsplätzen außerhalb der Produktion. Der Benutzer sieht die Echtzeit-Daten aus der Produktion, kann auf Schweißresultate zugreifen und – etwa für die Rückverfolgbarkeit – die Daten individuell aufbereitet auf Netzwerklaufwerken oder anderen Speichermedien sichern. Datensätze lassen sich bei Bedarf aber auch manuell oder automatisiert in die Produktion laden. Auch können mehrere Schweißsysteme auf die gleichen Datensätze zugreifen.

Die Benutzer- und Rechteverwaltung lässt sich an die eigenen Bedürfnisse anpassen. Unterschiedliche Berechtigungsebenen lassen sich beispielsweise zum Bedienen, Einrichten oder die Wartung anlegen. Die Software ist modular aufgebaut, eignet sich dadurch für Einzelarbeitsplätze ebenso wie für Automatisierungslinien und lässt sich an die jeweilige Anwendung anpassen. Das sichert die Zukunftsfähigkeit bei Kunststoffschweiß-, Trennschweiß- und Metallschweißanwendungen. Integrierte Support-Möglichkeiten bieten zudem einen hohen Grad an Sicherheit, wenn schnelle Hilfe notwendig wird.

Erste Anwender sind bereits von der Leistungsfähigkeit der neuen Steuerungssoftware überzeugt. Der Sensorikspezialist Baumer beispielsweise hat für die Fertigung einer neuen optischen Sensorbaureihe eine weitere Ultraschallschweißpresse gekauft, die mit der Steuerungssoftware TelsoFlex arbeitet. Die Produktion läuft jetzt an, die zukünftige Produktionsmenge wird bei mehreren hunderttausend Stück liegen.

Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit in der Fertigung

Wo die longitudinale Schweißtechnik an ihre Grenzen stößt, wird das patentierte torsionale Verfahren eingesetzt. Es bringt die Energie äußerst schonend ein, was den Schwingungseintrag in das Schweißobjekt stark vermindert. © Telsonic

Alle Sensoren der neuen Baureihe werden mit der gleichen Sonotrode geschweißt. Sie unterscheiden sich jedoch in der Höhe, deshalb sind unterschiedliche Werkstückaufnahmen und Schweißparameter notwendig. Die Parameter für die unterschiedlichen Werkstücke sind als Schweißjobs in der ERP-Software hinterlegt und werden für jedes Werkstück automatisch auf die Schweißpresse geladen. Deren Sensorik stellt sicher, dass Parametersatz und Werkstück zusammenpassen, also das richtige Werkstück in der Aufnahme liegt. Fehlschweißungen lassen sich so ausschließen. „Die älteren Schweißpressen, bei denen Werkstücke und Schweißjobs manuell geladen werden, sind da fehleranfälliger“, sagt Stephan Kröller, Prozessingenieur bei Baumer.

Für die Qualitätskontrolle der optischen Sensoren lassen sich die Schweißergebnisse jederzeit auswerten, und auch die Rückverfolgbarkeit ist garantiert. „Dazu haben wir im Netzwerk einen Zielordner definiert, in dem alle Schweißergebnisse automatisch gespeichert werden und auf den sich prinzipiell von überall zugreifen lässt“, fährt Köller fort. „Das ist wesentlich komfortabler, als die Daten für die Weiterverarbeitung per USB-Stick auzulesen.“

Auch für die Zukunft gibt es schon Pläne. So wünscht sich Kröller, mehrere Schweißpressen ans Netzwerk anzuschließen. Dann lässt sich der Status der einzelnen Systeme von zentraler Stelle aus einsehen. Diese Möglichkeit ist ebenfalls bereits in der Steuerungssoftware vorgesehen.

Christian Huber, Telsonic, und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee / am

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