Blechtechnik-OnlinePerfekt verschlossen
Laser-Durchstrahlschweißen von Sensorgehäusen: Das Verschließen von Sensorgehäusen neuartiger, linearer Wählbereichssensoren für Automatikgetriebe lässt sich mittels dem Laser-Durchstrahlschweißen schnell und sauber realisieren. Für diese Technik des Laserstrahl-Kunststoffschweißverfahrens sprechen kurze Taktzeit, die Möglichkeit der Online-Prozessüberwachung, eine hohe Schweißnahtfestigkeit sowie der Entfall von evt. Zusatzwerkstoffen.
Jutz-Dienstleistung Laserstrahl-Kunststoffschweißen
Für den Vertrieb der LPKF-Anlagen ist in Österreich und Slowakei die Jutz Lasertechnik GmbH die erste Adresse. Darüber hinaus bietet Jutz auch seinen Kunden die Dienstleistung des Laserstrahl-Kunststoffschweißens an.
Jutz Lasertechnik ist Österreichweit einzigartig in der Lage, Kunden mittels der hauseigenen Laserstrahl-Kunststoffschweißanlage von LPKF die Dienstleistungen des Simultan- bzw. Quasisimultan- sowie Konturschweißens zur Erstellung von Produkten in Serie anzubieten.
Bereits im Vorfeld einer Applikation erarbeitet Jutz mit seinen Kunden die richtige Auswahl des Kunststoffmaterials sowie die entsprechend schweißfähige Kontur für das gewünschte fertige Produkt. Die Größe der zu bearbeitenden Teile ist bis zu einem Querschnitt von 400 x 400 mm möglich. Die zu bearbeitende Kunststoffstärke kann bis zu 3 mm betragen und die Schweißnahtbreite ist von unter 1 mm bis 3 mm machbar.
Schon während des Schweißvorganges einer Werkstückserie, wird von jedem Teil der Schmelzweg einer Schweißnaht kontinuierlich über ein integriertes Wegmesssystem einer Qualitätsprüfung zu unterzogen. Über das HMI wird permanent über den Zustand der vollzogenen Schweißnaht sowie über den des gesamten Werkstückes informiert. So werden beispielsweise Fehler im Material – wie Einschüsse, Dellen etc. – ebenso aufgezeigt wie daraus resultierende Mängel an der Schweißnaht.
Im vergangenen Jahr wurde von der Tyco Electronics AMP GmbH ein neuartiger linearer Wählbereichssensor für Automatikgetriebe vorgestellt. Dieser Wählbereichssensor, der zusammen mit der Getriebesteuerung in der Ölwanne sitzt – wo er dauerhaft extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist – erfasst berührungslos den Fahrmodus eines Automatikgetriebes. Eine besondere Herausforderung stellte deshalb die Verschlusstechnik für das Gehäuse des Sensors dar, da die Dichtheit auch unter den vorliegenden Bedingungen sicher und langzeitstabil gewährleistet sein muss. Zur Verfahrensauswahl standen dabei das Kleben, das Ultraschallschweißen und das Laser-Durchstrahlschweißen. Wobei man sich bei Tyco Electronics AMP nach einer eingehenden Bewertung aller Verfahren für das Laserstrahlschweißen entschied.
Vorteile des Laserstrahl-Kunststoffschweißens
Für das lasergestützte Fügen des Deckels auf das Sensorgehäuse sprachen neben der kurzen Taktzeit, die guten Möglichkeiten der Online-Prozessüberwachung, die hohe erzielbare Schweißnahtfestigkeit und die Tatsache, dass keine Zusatzwerkstoffe erforderlich sind. Weiterhin finden kein Schwingungseintrag durch Ultraschall oder Vibrationen sowie keine Fusselbildung statt. Als Werkstoff wurde aufgrund der Bedingungen im Getriebe hinsichtlich Temperatur, Temperaturwechsel, Temperaturschock und aggressiver chemischer Substanzen ein PA 6/6T mit einem Glasfaseranteil von 25 % ausgewählt. Das Gehäuse ist zur Absorption der Laserstrahlung mit Ruß pigmentiert, der Deckel hingegen besteht aus naturfarbenem PA 6/6T, um die Transmission der Laserstrahlung zu ermöglichen.
Ausgleich von Fertigungstoleranzen
Unter Berücksichtigung der funktionalen und herstellungsspezifischen Randbedingungen wurde die Konstruktion des Gehäuses entsprechend den Anforderungen des Verfahrens ausgelegt. Hervorzuheben ist hierbei eine umlaufende Abschmelzkante, durch die zum einen während des Schweißprozesses Fertigungstoleranzen der Spritzgießteile ausgeglichen werden können und zum anderen eine Fügewegüberwachung implementiert werden kann. Durch das gleichzeitige Aufschmelzen der umlaufenden Kante und den Anpressdruck der Spannvorrichtung kann der Fügeweg des oberen Bauteils zum unteren Bauteil oder die Zeit, in der ein vorgegebener Fügeweg erreicht wird, gemessen und zur Qualitätsüberwachung ausgewertet werden. Für die Fertigung des Bauteils wurde dann in Zusammenarbeit des Sensorherstellers Tyco Electronics AMP mit dem Schweißanlagenhersteller LPKF ein geeignetes System ausgewählt.
Zum Einsatz kam eine scannerbasierte Laserstrahl-Kunststoffschweißanlage – bestehend aus einem kompakten Schweißkopf und einem separaten Schaltschrank. Der Schweißkopf beinhaltet die Strahlquelle inklusive Strahlführung und -formung, die Spanntechnik und alle erforderlichen Komponenten zur Sicherstellung der Laserklasse 1. Aufgrund seiner Kompaktheit kann er einfach in einen Rundschalttisch oder eine Fertigungslinie integriert werden.
Im Schaltschrank sind die Steuerung, das Benutzerinterface und die Peripheriegeräte des Lasers untergebracht. Aufgrund der Fertigungslogistik wurde zunächst eine Handbestückung der Schweißanlage an einem 8-fach-Rundschalttisch realisiert. Die Entnahme der Bauteile erfolgt durch einen pneumatischen Pick & Place-Roboter, der die Bauteile entsprechend der Klassifizierung des Qualitätsüberwachungssystems über eine Rampe sortiert ablegt. Eine evt. Nachrüstung mit einem Handlingsystem für die vollautomatische Bestückung und Entnahme ist selbstverständlich möglich.
Benutzerfreundliche Anlagenbedienung
Das HMI (Human-Machine-Interface) erlaubt eine einfache und schnelle Bedienung im Produktionsalltag. Die Flexibilität der Anlage wird weiterhin durch die Programmiersoftware ProSeT erhöht. Dieses vom Schweißanlagenhersteller LPKF entwickelte Softwaretool erlaubt die schnelle Programmierung der Schweißkontur, der Vorschubgeschwindigkeiten oder der Laserleistung. In Kombination mit den Erweiterungen Konturmanagementmodul und Schnellwechselvorrichtung für die Spannbrillen nutzt die Tyco Electronics AMP das beschriebene System auch für die Fertigung verschiedenster anderer Applikationen.
Erstmals kommt bei dieser Anlage auch ein neu entwickeltes Diagnosemodul zur Erkennung oberflächlicher Verbrennungen an dem transmissiven Bauteil zum Einsatz. Oberflächenverbrennungen sind auf Verunreinigungen im oder am Deckel zurückzuführen und können zu Einbußen bei der Schweißnahtqualität führen sowie optische Abdrücke am Bauteil hinterlassen.
Fazit
Die Erfahrungen in der Serienproduktion sind sowohl mit dem Verfahren des Laserstrahl-Kunststoffschweißens als auch mit der eingesetzten Schweißanlage äußerst positiv. Der robuste Prozess garantiert eine hohe Ausbringung bei den gegebenen Schwankungen des Werkstoffs und der Bauteilgeometrie. Die Anlage zeichnet sich durch hohe Verfügbarkeit aus, wozu der praktisch wartungsfreie Diodenlaser und die zuverlässigen mechanischen und elektrischen Komponenten beitragen.
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