Schweißen Dünne Wände einfach Ultraschallschweißen

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Leichtbau im Automobilbau: Neben Gewichts- und Energieeinsparung sind auch ästhetische Merkmale für das Gesamtfahrzeug von zentraler Bedeutung. Traditionelle Schweiß- und Klebeverfahren stoßen dann oft an ihre Grenzen, sowohl im Hinblick auf die Nachhaltigkeit als auch in puncto Ästhetik. Hier setzt sich sich immer mehr die Ultraschalltechnologie durch.

Als Ultraschall werden Schallfrequenzen oberhalb der menschlichen Hörgrenze bezeichnet, also ab etwa 20 kHz. Zum Schneiden und Schweißen werden Frequenzen im Bereich von 20, 30 oder 35 kHz eingesetzt. Hierbei versetzt ein Piezo-Konverter eine Sonotrode in eine hochfrequente resonante Schwingung. So entstehen bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung hochfeste Fügeverbindungen. Sollen besonders empfindliche Oberflächen mit der konventionellen linearen Ultraschall-Fügetechnik gefügt werden, ist dies nicht immer die beste Wahl. Bei der Ultraschall-Fügetechnik wird vor allem das Material thermisch belastet.

Schonendes Dünnwandschweißen ohne Abzeichnungen

Mit dem torsionalen Soniqtwist hat das Schweizer Familienunternehmen Telsonic ein Ultraschallschweißverfahren entwickelt, das das Anwendungsspektrum der Ultraschall-Fügetechnik erweitert. Das Verfahren eignet sich beispielsweise für Fahrzeugstoßfänger aus Polypropylen. Das patentierte und schonende Schweißverfahren ermöglicht es, die Wandstärke auf kleiner 2,5 mm zu reduzieren, ohne dass sichtbare Abzeichnungen auf Class A Oberflächen von bereits lackierten Fahrzeugteilen entstehen.

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Doch wie funktioniert das Verfahren? Das Schweißsystem ist in der Regel vertikal aufgebaut. Die Schwingungen werden jedoch tangential in das Bauteil eingeleitet. Dabei nimmt die Sonotrode den oberen Fügepartner mit und bewegt ihn horizontal zum unteren Teil. Durch die hohe Schwingfrequenz von 30 kHz bei angepasster Amplitude und Schweißdruck entsteht eine Schmelze zwischen den Fügepartnern. Gleichzeitig sorgt die torsionale Bewegung der Sonotrode dafür, dass die Umgebung der Schweißzone durch den Ultraschall praktisch nicht belastet wird. Deshalb eignet sich das Verfahren besonders für empfindliche Anwendungen wie bei bereits lackierten Dünnwandstoßfängern. Hier können schon Schwingungen und Temperatureintrag außerhalb der Schweißzone zu Schäden führen.

Das torsionale Verfahren bietet den Vorteil, dass die Schwingungen nur wenig in den Bereich um die Schweißnaht herum eingeleitet werden. Dadurch werden einerseits empfindliche Bauteile sowie Oberflächen geschont und anderseits im Schweißbereich höhere Energiedichten erzielt. So entsteht eine feste, mechanisch stabile Verbindung, die auch starken Vibrationen standhält.

Stoßfänger – mehr als eine Verkleidung

In Stoßfänger wird immer mehr Sensorik integriert – sie sind somit heute weit mehr als eine Verkleidung. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an das Design. Hier bieten Leichtbaumaterialien viel gestalterische Freiheit. Mit dem torsionalen Ultraschallweißen lassen sich Halterungen an Dünnwandstoßfängern schonend anbringen. Gegenüber einer konventionellen Ultraschallschweißung benötigt Soniqtwist dafür lediglich 1/5 der Schweißzeit und erzielt höhere Festigkeiten.

So setzt der Tier 1 Zulieferer von Verkleidungskomponenten und -systemen, Magna Exterios, das Verfahren seit 2017 im Produktionsprozess ein. Die Stoßfänger aktueller Skoda Fahrzeuge der Serien Fabia, Oktavia und Kamiq werden hiermit gefügt. Dabei können die Sensorhalter minimalistisch ausgeführt werden. Die Materialeinsparungen sind hierbei enorm. Zudem sind bei der Ultraschalltechnik keine Zusatzstoffe wie beim Kleben notwendig, was das spätere Recycling der Komponenten erleichtert. Außerdem muss nichts aushärten. Die mit Ultraschall gefügten Teile können sofort weiterverarbeitet werden.

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Unterschiedliche Kunststoffmaterialien bearbeiten

Mit der torsionale Ultraschallschweißtechnik können schon heute unterschiedliche Kunststoffmaterialien bearbeitet werden, wie Materialien mit einem hohen Naturfaseranteil oder Recycling-Kunststoffe. Hier arbeitet Telsonic eng mit Anwendern aus dem Bereich Automotive und Consumer zusammen.

Ein Anwenderwunsch der letzten Jahre war, die Soniqtwist-Sonotroden möglichts platzsparend und verschlankt zu bauen. Nun lassen sie sich in Robotiklösungen oder auch vorhandene Maschinen integrieren lassen. Das Anwendungsspektrum der patentierten torsionalen Ultraschalltechnik ist deshalb breit gefächert. Typische Einsatzbereiche in der Automobiltechnik sind beispielsweise auch Innenverkleidungen, Türschweller, Belüftungsmodule, Spoiler, Armaturenbrett und vieles mehr. Wobei sich für einige dieser Applikationen auch das lineare Ultraschallschweißen eignet.

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