Ultraschall und Software: Neue Trends in der Schweißtechnik

Schweißtechnik
15.05.2019

Von: Redaktion Metall
In der Schweißtechnik finden zunehmend automatisierte Software-Systeme Einzug. Neben dem Ultraschall-Schweißen wird auch das Schweißen per Netzwerkanbindung immer mehr genutzt. Vorteile sind insbesondere eine gesteigerte Effizienz und vereinfachte Bedienung bei gleichzeitig dennoch hoher Qualität.
Die Ultraschweißpressen von Baumer arbeiten mit der Steuerungssoftware "TelsoFlex".

Die besten Prozesse und Verfahren nutzen wenig, wenn die Bedienung kompliziert, die Dokumentation aufwendig oder die Anbindung an die übergeordnete Automatisierungstechnik umständlich sind. Das gilt auch fürs Schweißen und Trennschweißen mit Ultraschall. Inzwischen wurden in Abstimmung mit den Anwendern Systeme entwickelt, die sich intuitiv bedienen und dank praxisgerechter Software und Steuerungspanels einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren lassen und so zu einer deutlichen Effizienzsteigerung beitragen.

Ultraschall-Schweißen: So funktioniert’s!

Zum Schneiden und Schweißen kommen Ultraschall-Frequenzen im Bereich zwischen 20 kHz 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.

Die Vorteile des Ultraschall-Schweißens

In dem patentierten torsionalen Verfahren wird die Energie schonend eingebracht und somit der Schwingunseintrag in der Schweißobjekt vermindert.

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. Es sind also bei vielen Anwendungen keine Lärmschutzmaßnahmen erforderlich.

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 beispielsweise 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 gleichzeitig einfach in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren.

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, -anschlag etc. Dabei lässt sich das Display auch gut mit Handschuhen bedienen. Diverse Zähler für Stückzahl, Stapel oder Losgröße sichern zudem die korrekte Produktionsmenge.

Automatisiertes Schweißen durch eEinfache Netzwerkanbindung

Das Trennschweißen mit Ultraschall weist viele Vorteile auf.

Der Bildschirminhalt des Panels kann aber auch an einen Arbeitsplatz außerhalb der Produktion übertragen und auch von dort aus vollumfänglich bedient werden. OPC UA sichert dann die Netzwerkverbindung zwischen den Schweißsystemen bzw. Automationslinien und Arbeitsplätzen außerhalb der Produktion. Das bringt gleich mehrere Vorteile: Der Benutzer sieht die Echtzeit-Daten aus der Produktion, kann auf Schweißresultate zugreifen und - beispielsweise 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 können etwa fürs Bedienen, Einrichten oder die Wartung angelegt werden. Die Software ist modular aufgebaut, eignet sich dadurch für Einzelarbeitsplätze ebenso wie für Automationslinien und kann individuell an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Das sichert die Zukunftsfähigkeit bei Kunststoffschweiß-, Trennschweiß- und Metallschweißanwendungen. Integrierte Support-Möglichkeiten bieten zudem einen hohen Grad an Sicherheit, wenn schnelle Hilfe notwendig wird.

Die Schweißer-Steuerungssoftware TelsoFlex in der Praxis

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 gerade an, die zukünftige Produktionsmenge wird bei mehreren hunderttausend Stück liegen. 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", weiß Stephan Kröller, Prozessingenieur bei Baumer.

Es gibt jedoch noch weitere Vorteile. 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 Kröller 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 in der Steuerungssoftware vorgesehen.

DAS AUTORENTEAM

Christian Huber, Telsonic AG & Ellen-Christine Reiff, M. A., Redaktionsbüro Stutensee.

[Quelle: METALL 5/2019]

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