Zgrzewanie zamiast połączeń za pomocą klipsów w produkcji podzespołów

Firma Herrmann Ultraschall, specjalizująca się w zgrzewaniu tworzyw, prezentuje rozwiązanie polegające na ultradźwiękowym łączeniu kanału kablowego dla kabli płaskich. Zalety rozwiązania to lepsza sztywność, łatwiejszy montaż oraz zmniejszenie hałasów do minimum.

Z uwagi na krótkie czasy trwania cykli, dokładne doprowadzenie energii oraz perfekcyjną optykę, zgrzewanie ultradźwiękowe stanowi doskonały sposób łączenia tworzyw sztucznych. Za pomocą ultradźwięków możliwe jest zgrzewanie, kształtowanie, wtłaczanie, zakleszczanie i nitowanie części samochodowych. Technologia znajduje zastosowanie m.in. w produkcji tablic rozdzielczych, wewnętrznych osłon drzwi, rolet słonecznych, elementów oświetlenia.

W przypadku zgrzewania ultradźwiękowego napięcie sieciowe jest przekształcane wskutek efektu piezoelektrycznego na drgania mechaniczne o częstotliwości ultradźwiękowej. Ruch ten - dla 20 kHz stanowi 20 tys. drgań na sekundę - powoduje powstawanie ciepła. Tworzywo sztuczne topi się dokładnie w miejscu planowanej spoiny i po zastygnięciu powstaje zgrzew.

Popatrzmy na przykład praktyczny. Oto projekt dotyczący kanału kablowego dla przedłużonej szyby przedniej.

Projekt obejmuje kabel płaski (FPC - Flexible Printed Circuit), który zasila funkcje elektryczne, oświetlenia konsoli, czujnik deszczu oraz automatyczne przyciemnianie lusterek wstecznych pojazdu przez główny zestaw kabli w podsufitce. Osłonę kabla płaskiego stanowi kanał kablowy, składający się z pokrywy górnej i dolnej.

Zastosowanie kanału kablowego jest niezbędne, ponieważ pojazd posiada przedłużoną szybę przednią i tym samym krótszą podsufitkę. W tej sytuacji choćby tylko z uwagi na atrakcyjność wizualną, kabel winien być umieszczony w osłonie. Kanał kablowy łączy w sposób całkowicie widoczny obszar A podsufitki ponad szybą przednią z lusterkiem wstecznym.

Ulepszenie procesu: Zgrzewanie zamiast łączenia za pomocą klipsów
Pierwotnie planowano połączyć obie pokrywy kanału kablowego klipsami, aby możliwe było łagodzenie skutków znacznych wahań temperatury w obszarze szyby przedniej. Metoda ta powodowała jednak niedostateczną sztywność produktu i w wyniku tarcia obu pokryw względem siebie prowadziła do niepożądanych hałasów podczas drgań i skręceń.

Z tego powodu w odniesieniu do kanału kablowego niezbędne okazało się ulepszenie procesu i produktu. Zdecydowano się na zgrzanie obu pokryw z zastosowaniem technologii ultradźwiękowej.

Zastosowanie nowego rozwiązania w postaci zgrzewania ultradźwiękowego pozwoliło na rezygnację z elementów łączonych w klips, których montaż wymagał istotnego nakładu pracy oraz zastosowania określonych narzędzi. Zamiast nich zastosowano koncentrator energii w postaci zgrzewu stopniowego, nadającego się do technologii ultradźwiękowej. Zapewnia ona optymalną wytrzymałość, niewidoczny przetop materiału w zakresie spoiny oraz dobre prowadzenie detalu w dalszych obszarach produkcji.

Nowe narzędzie wtryskowe okazało się znacznie korzystniejsze niż narzędzie pierwotnie planowane. Stało się tak z uwagi na prostszą budowę produkowanego przez nie detalu.

Folia chroni delikatną powierzchnię detalu
Zarówno powierzchnia pokrywy dolnej, jak i pokrywy górnej są matowione. Taka matowa struktura powierzchni wymaga ochrony podczas procesu produkcyjnego. W szczególności w obrębie gniazda pokrywy, a także w obrębie powierzchni kontaktu łuski górnej z sonotrodą niezbędne okazało się zastosowanie określonych zabezpieczeń, które nie powodują pogorszenia jakości spoiny spawalniczej.

Problem ten rozwiązano, budując maszynę o specjalnej konstrukcji, z kabiną dźwiękoszczelną, posiadającą dwa układy drgające. Brak odcisków na pokrywie dolnej gwarantują polerowane gniazda detalu, wykonane z mosiądzu. Brak uszkodzeń na pokrywie górnej gwarantuje układ taktujący, przeciągający cyklicznie arkusze świeżej folii nad opracowywanym detalem. Sonotroda dotyka detalu jedynie pośrednio - matowiona powierzchnia pozostaje nienaruszona podczas zgrzewania.

Kontakt:
Marcin Tomczyk – Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co.KG
marcin.tomczyk@herrmannultraschall.com