Ultraschnell mit Ultraschall

Technik

Linearantriebe – Ultraschallschweißen ist schnell und präzise. Daher eignet es sich ideal zum Verbinden von Kunststoffteilen und Folien. Mit dem richtigen Portal hält die Teilebestückung den richtigen Takt.

21. März 2011

Das Ultraschallschweißen ist die beste Methode zum Verbinden von Folien sowie Kunststoffteilen aus Thermoplasten mit Folien. Aufgrund der kurzen Taktzeiten im Zehntelsekundenbereich und durch Einsatz kostengünstigerer Materialien wie Polypropylen eignet sich das Verfahren bei hohen Stückzahlen für die Serien- und Massenproduktion.

Wichtige Anwenderbranchen sind die Büroartikelindustrie, die Automobilzulieferindustrie, die Haushaltsgeräteindustrie sowie die Verpackungstechnik.

Mit der Ultraschallschweißtechnik können Verpackungsmaschinen in einem Schritt und mit nur einem Werkzeug Folien siegeln oder schweißen und trennen.

Die Schweißzeit selbst bewegt sich im Millisekundenbereich. Aufwärm- und Abkühlzeiten entfallen, da das Ultraschallschweißen als ein »kaltes« Schweißverfahren bekannt ist. Dies reduziert Rüstzeiten auf ein Minimum.

Das flexible Verfahren verbindet zwei unterschiedliche Materialpaarungen ohne Klebstoffe oder Lösungsmittel, wie etwa Papier mit unterschiedlichen Folienarten.

Methode der Wahl

Ultraschallschweißen ist in den Anlagen der Widmann Maschinen GmbH die Verbindungsmethode der Wahl. »Die Qualität der Trennnähte beim Trennschweißverfahren ist erstklassig«, sagt Achim Bauder, bei Widmann als Vertriebs- und Marketingleiter tätig. »Engelshaare bilden sich ebenso wenig wie scharfe Kanten oder Partikel. Außerdem lassen sich alle Verfahrensparameter dokumentieren.«

Das Unternehmen nutzt das Verfahren schon seit mehr als 15 Jahren erfolgreich in den vollautomatisierten Linien für Büroartikel, wie beispielsweise Schnellhefter, Ringbücher und Klarsichtfolien.

Achse war zu langsam

Als Zuführsystem war eine Z-Achse mit Motor geplant. Diese konnte jedoch der hohen Geschwindigkeit des Ultraschallschweißvorgangs nicht folgen. »1,13 Sekunden Taktzeit waren viel zu langsam«, erläutert Bauder. Ein richtig schnelles Zuführsystem musste her. Bei Festo wurde Widmann fündig.

Hier war ein Projektteam innerhalb des Solution Engineering Center Europe bei Festo bereits mit der Entwicklung des High-Speed T-Portals beschäftigt. Die Vorgaben und Wünsche von Widmann hat das Projektteam umgesetzt. »Das Ergebnis ist ein Pick & Place-System, das uns mit seiner Taktzeit von 670 Millisekunden sehr positiv überrascht hat«, berichtet Achim Bauder.

Die Geschwindigkeit von vier Metern pro Sekunde und die Beschleunigung von 50 m/s2 über den gesamten Arbeitsraum erreicht das Portal mit einem konstruktiven Kniff: Die beiden Zahnriemenachsen sind mit der Traverse über einen einzigen umlaufenden Zahnriemen um die Antriebswelle verbunden.

Dieser wird von zwei Festo-Servomotoren des Modells EMMS angetrieben.

Positiver Nebeneffekt: In der X/Y-Fläche mit ihren zwei Freiheitsgraden ist kein Motor mitzubewegen. Reduzierte Massen und zwei Servoantriebe, die parallel angebracht sind, ermöglichen schnelle und dynamische Bewegungen und führen zu weniger Verschleiß.

»Mit all ihren technischen Finessen ermöglicht die Maschine im kompakten Ringsystem bis zu 45 Takte pro Minute. Bei linearer Anordnung der Schweißstationen sind sogar bis zu 75 Takte zu erreichen. Diese schnellen Taktzeiten sind sehr einfach integriert«, berichtet Bauder. Außer mit schnellen Taktzeiten wartet die Maschine aber auch mit kurzen Umrüstzeiten auf. »Die rasche Programmauswahl am Bedienpanel stellt alle Funktionen automatisch ein, egal, ob Produkte mit Losgrößen von 1.000 oder 100.000 Stück hergestellt werden«, ergänzt Bauder.

Komplettes Paket

Die leistungsstarke Systemlösung wurde bei der Widmann Maschinen GmbH direkt an die Maschine geliefert – zuvor geprüft und mit allen Konstruktionsdaten und Schaltplänen versehen. Die Ultraschallschweißexperten erhielten so nicht nur die Hardware in Form eines anschlussfertigen Subsystems, sondern ein komplettes Wertschöpfungspaket.

Auf einen Blick

Mit dem High Speed T-Portal bekommt der Konstrukteur laut Festo eine ganz neue Alternative für die Realisierung von Handhabungsanlagen.

- Dynamisch wie ein Linearmotor-Handhabungssystem bei Kosten einer Zahnriemenlösung

- 30 Prozent schneller als konventionelle Handhabungssysteme

- Hohe Beschleunigung in Z-Richtung

- Sehr kompakt

- Skalierbar auf jeden Hub

- Hub in Y-Richtung: 1.000 mm

- Hub in Z-Richtung: 300 mm

- Positioniergenauigkeit: 0,2 mm

»Das Portal hat uns mit seiner Taktzeit von 670 Millisekunden überrascht.«

Achim Bauder, Widmann

Erschienen in Ausgabe: 02/2011