Herstellung von Sonotroden
Sonotrode Design / Produktion
Bei Planung von Sonotroden müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, denn eine schlecht geplante Sonotrode ist nicht nur kurzlebig, sondern wirkt sich auch negativ auf die Schweißqualität aus und kann den Konverter und den Ultraschallgenerator zerstören. Bei der Planung sind Materialqualität, Form und Größe des zu schweißenden Teils, die Arbeitsfrequenz des zum Schweißen verwendeten Schweißgeräts und die Ausgangsamplitude zu beachten.
Das Material der herzustellenden Sonotrode muss nach den oben aufgeführten Bedingungen ausgewählt werden. Wie alle Gegenstände, die in Schwingung versetzt werden können und eine eigene Resonanzfrequenz haben, hat auch die Sonotrode eine eigene Resonanzfrequenz. Die Resonanz muss mit der Resonanz des Konverters und Boosters übereinstimmen.
Das Material der Sonotroden kann Aluminiumlegierung, Titanlegierung oder hochverschleißfeste Stahllegierung sein.
Eine der wichtigen Aufgaben der Sonotrode ist es, die vom Ultraschallgenerator und -konverter erzeugten mechanischen Schwingungen auf das Werkstück zu übertragen. Damit dies gelingt, muss sich die Sonotrode perfekt an die Form des Werkstücks anpassen, um die Vibration und den Schweißdruck dort zu übertragen, wo sie optimal sind. Seine andere Aufgabe besteht darin, es auf das erforderliche Niveau zu verstärken, wenn der Konverter und der mechanische Verstärker (Booster, Verstärker) nicht die zum Schweißen erforderliche mechanische Amplitude bereitstellen können. Die Form der Sonotroden variiert je nach Anwendung, Form und Material des zu schweißenden Werkstücks.
Mögliche Formen: zylindrisch, glockenförmig, messerförmig, Block, Zylinderblock, Compound-Stift, ….
Für die Planung ist ein 3D-Modell des Bauteils unerlässlich. Gegebenenfalls muss auch die vom Bauteil kopierte Oberfläche in die Sonotrode eingefräst werden.
Soll auch ein Werkstückaufnahme gefertigt werden, ist das 3D-Modell (im .step, .iges-Format) ebenfalls unerlässlich.
Bei die Planung der Sonotrode muss auf die Materialbeschaffenheit des zu schweißenden Teils, die Arbeitsfrequenz des zum Schweißen verwendeten Schweißgeräts und die Ausgangsamplitude geachtet werden. Auch das Material der herzustellenden Sonotrode muss nach den oben aufgeführten Bedingungen ausgewählt werden. Für die Konstruktion ist auch das 3D-Modell der Teile (im .step-, .iges-Format) notwendig, um die richtige Form zu erzeugen.
Eine schlecht konstruierte Sonotrode kann den Generator oder den Konverter und sich selbst zerstören. Eine mit einer falschen Frequenz arbeitende Sonotrode führt auch zu unzuverlässigen Schweißnähten.
Allgemeine Anfertigungsfrist:
Herstellung von Sonotroden, von der Bestellung, bzw 3-5 Wochen nach Bereitstellung der notwendigen Informationen, je nach Komplexität. In eizelnen Fällen kann sie, wenn es unser Arbeitspensum zulässt, gegen Aufpreis auf 1,5-2 Wochen verkürzt werden.
Schweißnest Entwurf, Produktion
Auch das Schweißnest (Ambos, Vorrichtung, …) ist ein wichtiger Bestandteil des Systems. Er muss das Werkstück möglichst großflächig fixieren und abstützen. Das Nest umgibt die Figur perfekt und verhindert, dass sie vibriert oder sich bewegt. Seine Eigenresonanz muss weit von der Betriebsfrequenz des Schweißgeräts entfernt sein. Bei Bedarf ist es mit manueller oder automatischer Schließung und Komponentenfixierung ausgestattet. Es kommuniziert mit dem PC/SPS, der den Prozess steuert.
Die Oberflächen des Schweißnestes passen sich der Oberfläche des Werkstücks an, um das zu schweißende Werkstück möglichst perfekt zu stützen und zu fixieren. Für die Konstruktion komplexer Geometrien werden daher 3D-Modelle der Werkstücke im .step- oder .iges-Format benötigt.
Eine genaue Zeichnung des Werkstücks ist also nicht nur für die Konstruktion der Sonotrode erforderlich, sondern auch für die Konstruktion und Vorbereitung des Schweißnests unerlässlich !!
Allgemeine Verpflichtungsfrist:
Die Fertigung des Schweißnestes, ab Bestellung, bzw 3-5 Wochen nach Bereitstellung der notwendigen technischen Informationen, je nach Komplexität.
In geeigneten Fällen kann sie, wenn es unser Arbeitspensum zulässt, gegen Aufpreis auf 1,5-2 Wochen verkürzt werden.
Sonotrode Optimierung
Während der Bestrahlung führen die Sonotroden in ihrem gesamten Materialvolumen und ihrer Struktur eine pulsierende Bewegung aus. Dadurch sind sie viel Stress ausgesetzt. Neben dem Ausfall verursacht es auch Schweiß-und Qualitätsprobleme.
Wenn die Sonotrode an den Schweißflächen nicht mit der gleichen Amplitude schwingt, ist das Bauteil nicht der gleichen thermischen Wirkung ausgesetzt und die Qualität der Schweißung ist nicht gleich. Leckage- und Haftfestigkeitsprobleme kommen. Schweißen wir das Werkstück stärker, um dies zu vermeiden, kommt es an anderer Stelle zu Überschweißungen, bzw manchmal ist das Werkstück beschädigt oder verformt. Dies kann durch eine nachträgliche Optimierung vermieden werden.
Erster Schritt, die exakte Zeichnung der Sonotrode, evtl. ein 3D-Modell (im .step, .iges Format). Wesentliche Informationen sind Hersteller, Typ, Frequenz des Schweißgerätes und das Material der Sonotrode. Anschließend wird die Sonotrode einer virtuellen Inspektion (FEM) unterzogen. Die Sonotrode wird hinsichtlich Frequenz, Amplitudenverteilung und Materialbelastung getestet. Dies ist natürlich kostenpflichtig. Wenn eine physikalische Optimierung möglich ist, erstellen wir Ihnen dann ein Angebot.
Der physische Eingriff und die Kontrolle dauert je nach Auslastung 4-8 Werktage.
Eine schlecht konstruierte und dimensionierte Sonotrode kann die Sonotrode selbst, den Konverter und den Generator zerstören.
Bild einer falsch dimensionierten Sonotrode
Eine Sonotrode, die auf Resonanz arbeitet, aber nicht optimiert ist
