KLN Ultraschall AG | Kunststoffverbindungstechnik, Industrielle Reinigungstechnik – Ultraschallnieten
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Ultraschallnieten

Ultraschallnieten

Ultraschallnieten und Umformen

Das Ultraschall-Nieten ermöglicht eine formschlüssige Verbindung von thermoplastischen Kunststoffen oder Thermoplasten mit andersartigen Materialien, wie z.B. Duroplasten oder Metallen.

Die Sonotrode dient bei diesem Verfahren als Umformwerkzeug und bestimmt die Ausformung des Nietzapfens über ihre Form.
Während der Haltezeit (Abkühlphase) dient die Sonotrode gleichzeitig als Haltestempel, wodurch das plastifizierte Material unter Druck erkaltet.

Vorteile

Vorteile beim Ultraschall-Nieten

  • Feste und spaltfreie Verbindung durch Überwindung der Rückstellelastizität des Kunststoffes
  • Kurze Prozesszeiten
  • Spannungsarme Verbindungen
  • Schneller Wärmeabfluss über die kalte Sonotrode; Sonotrode dient gleichzeitig als Haltestempel
  • Auch tieferliegende Bereiche eines Kunststoffteils sind mit Nietsonotroden erreichbar
  • Reproduzierbare Verbindungstechnik; es sind unterschiedliche Materialkombinationen nietbar.
  • Einsatz von Basis-Sonotroden mit Einschraub-Nietsonotroden; so sind gleichzeitig mehrere Nietungen mit einem Schallkopf möglich
  • Wegfall von Verbindungselementen

Nachteile

Nachteile beim Ultraschall-Nieten:

  • Bei langen Prozesszeiten und kurzen Taktfolgen kommt es zur Erwärmung der Niet-Sonotrode. Hierbei sollte die Sonotrodenspitze über Luft gekühlt werden
  • Elektronische Bauteile reagieren auf Ultraschall-Schwingungen sehr empfindlich, hierbei kann es zur Zerstörung der Bauelemente kommen
  • Bei dünnwandigen Fügeteilen kann es auf der Sichtseite zu Glanzstellen und Abdrücken kommen
  • Bei dünnwandigen Fügeteilen sowie bei Haken oder Klipsen kann es durch die übertragene Ultraschall-Schwingung zu einer Rissbildung kommen

Voraussetzungen

Folgende Voraussetzungen sollten für eine optimale Nietverbindung geschaffen werden:

  • Grundsätzlich an der Nietwurzel Radien oder gerundete Einstiche vorsehen, um die Kerbwirkung zu mindern
  • Das Verhältnis Zapfendurchmesser zu Zapfenlänge von 1:2 beim Vollzapfen nicht überschreiten, ansonsten Hohlzapfen vorsehen (siehe Beiblatt Nietkopfgestaltung)
  • Für die vereinfachte Teilemontage Einführschrägen anbringen
  • Beim Nieten von verstärkten Kunststoffen und Verbindungen mit Metallteilen sind die Nietsonotroden verschleißfest auszulegen

Nachfolgend hierzu einige in der Praxis bewährte Sonotrodenmaterialien:

  • Stahl-Sonotroden gehärtet
  • Ferrotitanit-Sonotroden gehärtet
  • Titan-Sonotroden mit Beschichtung der Nietfläche

Weiterhin maßgeblich für eine optimale Nietverbindung sind nicht nur die Form der Sonotrode und das zu vernietende Material, sondern auch die Prozessparameter wie:

  • Amplitude
  • Plastifizierzeit
  • Anpresskraft
  • Aufsetzgeschwindigkeit
  • Haltezeit

Beispiele

Ultraschallnieten

Sonotrodenformen in Titan, Aluminium und Stahl in den Frequenzen 20, 30, und 40 kHz

Ultraschallnieten

Basis-Sonotroden mit verschiedenen Einschraub-Sonotroden in einer Sonderanlage

Ultraschallnieten

Basismaschine mit Maschinengestell, Generatoren, Schaltschrank und Steuerung

Ultraschallnieten

Wechselwerkzeug mit Zylindern, Konvertern, Sonotroden und Aufnahme auf einem Werkzeugwechselwagen

Beispiele

Ultraschallnieten

Sonderanlage zum Nieten einer Blende mit dritter Bremsleuchte über 56 Nietpunkte

Komplettmaschine mit Maschinengestell, Generatoren, Schaltschrank, Schweißwerkzeug und Steuerung

Ultraschallnieten

Detailansicht der Sonotroden, Niederhalter, Kühlung und Konturaufnahme

Nietanwendungen

Verschiedene Nietanwendungen:

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Nietkopfauslegung

Die Gestaltung der Sonotrodenarbeitsfläche und des Nietzapfens bestimmen die Form des Nietkopfes. Nachfolgend einige Beispiele für eine optimale Nietkopfauslegung:

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