Positionssensoren Magnetische Positionssensoren in Ultraschall-Schweißprozessen

Autor / Redakteur: Manfred Lay, Sebastian Schwarz* / Jan Vollmuth

Damit in Ultraschall-Schweißanlagen das Schweißen mit höchster Qualität erfolgen kann, müssen die so genannten Sonotroden, die die Schweißpunkte setzen, sehr genau positioniert werden. Dazu werden magnetische Positionssensoren eingesetzt, die zudem die Schweißtiefe überwachen.

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Die Baureihe MPS von Sick deckt Zylinderhubwege – das heißt Messbereiche – von 32 mm bis 256 mm ab.
Die Baureihe MPS von Sick deckt Zylinderhubwege – das heißt Messbereiche – von 32 mm bis 256 mm ab.
(Bild: Sick)

Zuverlässig, schnell, flexibel, effizient – mit diesen Attributen punkten die Ultraschall-Schweißanlagen der MS Spaichingen in der internationalen Automobil- und Verpackungsindustrie. Die gleichen Merkmale gelten auch für die magnetischen Positionssensoren MPS von Sick, die an den Sonotroden zu analogen Schweißtiefenmessung eingesetzt werden und so die Qualität der thermischen Kunststoff-Fügeprozesse maßgeblich sicherstellen.

Das Festlegen mehrerer Schaltpunkte mit einem Sensor in Verbindung mit einer hochauflösenden analogen Messung des Kolbenweges in einem Pneumatikzylinder sind die automatisierungstechnischen Vorteile, die der magnetische Positionssensor MPS Anwendern wie der MS Spaichingen bietet.

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„Der kompakte MPS ist ein wirtschaftlich sehr interessantes Wegmesssystem mit hervorragender Genauigkeit und Integrationsfreundlichkeit, mit dem wir zahlreiche Applikationen in unseren Anlagen zum Schweißen und Stanzen mit Ultraschall lösen“, bestätigt Dipl.-Ing. (TH) Bernhard Muth, Leiter Konstruktion und Entwicklung Schweißtechnik bei MS. „Da der MPS Messbereiche von 32 mm bis 256 mm abdeckt, können wir unsere selbst entwickelten Präzisionszylinder immer mit dem gleichen Sensortyp in der passenden Baulänge ausrüsten. Das spart Zeit und Kosten bei der Beschaffung, bei der Montage und bei der Inbetriebnahme.“

Seit fast 50 Jahren am Markt, ist MS heute eine erfolgreiche, weltweit tätige Unternehmensgruppe mit über 500 Mitarbeitern und Produktionsstandorten in Deutschland (Spaichingen und Zittau) und USA (Fowlerville, MI). In den Geschäftsfeldern Motorentechnik und Schweißtechnik erzielt MS überdurchschnittliche Leistungen auf höchstem Niveau. Gefertigt werden Baugruppen und Systeme für Nutzfahrzeugmotoren sowie Sonderschweißmaschinen für die Automobilindustrie und Komponenten und Module für das Ultraschallschweißen von Verpackungen.

Entscheidend ist der Kontakt der Sonotroden mit den Schweißteilen

„In diesem Geschäftsfeld verfügen wir über langjähriges Know How beim optimalen Schweißen, Verbinden und Bearbeiten von thermoplastischen Kunststoffen“, sagt Joachim Engenhart, Leiter der Steuerungstechnik bei MS. „Wir kombinieren modernste Ultraschall-Schweißtechnologie mit intelligenten Lösungen zur Werkstückführung, z.B. per Drehteller oder Schiebetisch. Dadurch können wir den Kunden zuverlässige, flexible und effiziente Prozesslösungen liefern, z.B. für das Ultraschall-Schweißen von Türseitenverkleidungen oder beim Ultraschall-Stanzen von Kunststoff-Stoßfängern. „So wird in einer kurz vor der Auslieferung stehenden Anlage für das Schweißen von Heckspoilern an etwa 30 verschiedenen Schweißpunkten ein Trägerteil mit einer fertig lackierten Außenschale verschweißt.“

Damit das Schweißen mit höchster Qualität geschieht, kommt es entscheidend auf das Kontaktieren der Kunststoffkomponenten durch die Sonotroden an. Diese – in der Regel aus Titan, Aluminium oder Stahl gefertigten – Werkzeuge haben als einziges Bauteil einer Ultraschall-Schweißanlage einen direkten Kontakt zum Schweißteil. Auf jeden Schweißpunkt kommt einen Sonotrode. „Je nach Teil, das es zu Schweißen gilt, kann eine Anlage, zum Beispiel bei aufwändigen Türseitenverkleidungen, über bis zu 80 Sonotroden verfügen“, sagt Bernhard Muth.

Jede Sonotrode muss mit Hilfe von 2,5 bis 3 bar pneumatischem Druck die richtige Schweißtiefe erreichen, damit die hochfrequenten Schwingungen in das Werkstück übertragen werden und die nötige Wärme erzeugt werden kann, um die Kunststoffe an dieser Kontaktzone zu erweichen und dauerhaft zu verbinden.

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