{"id":20475,"date":"2020-04-24T09:46:02","date_gmt":"2020-04-24T07:46:02","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=20475"},"modified":"2020-04-22T09:47:04","modified_gmt":"2020-04-22T07:47:04","slug":"zerstoerungsfreie-prozessueberwachung-beim-ultraschallschweissen-mittels-thermografie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=20475","title":{"rendered":"\u00a0Zerst\u00f6rungsfreie Prozess\u00fcberwachung beim Ultraschallschwei\u00dfen mittels Thermografie"},"content":{"rendered":"<p><strong>Ein weiterer Schritt in Richtung 100%-Kontrolle <\/strong><\/p>\n<p>Zum Verbinden von Kunststoffbauteilen werden zur Bew\u00e4ltigung hoher St\u00fcckzahlen meist Serienschwei\u00dfverfahren wie das Ultraschallschwei\u00dfen eingesetzt. Obwohl das Ultraschallschwei\u00dfen sehr verbreitet ist, k\u00f6nnen dennoch Qualit\u00e4tsschwankungen auftreten, die nicht mittels \u00fcblicher \u00dcberwachungsparameter der Schwei\u00dfmaschine erkannt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n<p>Ziel eines abgeschlossenen Forschungsprojekts am Kunststoff-Zentrum SKZ war es daher, die Grenzen und Potenziale einer Inline-Qualit\u00e4tskontrolle beim Ultraschallschwei\u00dfen mittels Thermografie zu untersuchen. Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Qualit\u00e4tssicherungsm\u00f6glichkeit geschaffen, mit der die L\u00fccke nicht detektierbarer Fehlerquellen durch die Maschinen\u00fcberwachung mit Hilfe der Thermografie geschlossen werden konnte. Dies stellt einen weiteren Schritt in Richtung 100%-Kontrolle durch zerst\u00f6rungsfreie Pr\u00fcfung dar.<\/p>\n<p>Beim Ultraschallschwei\u00dfen entsteht die W\u00e4rme durch Dissipation (innere molekulare Reibung) und Grenzfl\u00e4chenreibung der F\u00fcgefl\u00e4chen. Das Prinzip des Aufschmelzens beruht darauf, Energie in Form einer mechanischen Schwingung in das zu schwei\u00dfende Bauteil einzuleiten und den Kunststoff in der vorgesehenen Schwei\u00dfnahtgeometrie aufzuschmelzen. Im theoretischen Idealfall wird die gesamte Energie ohne Verluste in die F\u00fcgezone zum Schwei\u00dfen eingebracht. Aus \u00e4sthetischen Gr\u00fcnden ist bei Serienprodukten die Schwei\u00dfnaht durch das Bauteildesign h\u00e4ufig nicht sichtbar und kann daher thermografisch nicht direkt erfasst werden. \u201eAls neuartigen wissenschaftlichen Ansatz zur zerst\u00f6rungsfreien Prozess\u00fcberwachung wurde daher die oberfl\u00e4chennahe Absorption der Schallenergie durch das D\u00e4mpfungsverhalten der Kunststoffe und der damit erh\u00f6hte Energiebedarf beim Schwei\u00dfen bewertet. Wir haben also nicht die Erw\u00e4rmung der Schwei\u00dfnaht selbst oder die W\u00e4rmeleitung der Schwei\u00dfnaht an die Oberfl\u00e4che betrachtet, sondern die Erw\u00e4rmung der Bauteiloberfl\u00e4che durch Schallabsorption\u201c, erkl\u00e4rt Christopher Pommer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am SKZ. Die Temperaturverteilung sollte dabei einen Hinweis auf die Energieeinbringung in das Bauteil w\u00e4hrend des Schwei\u00dfprozesses wiedergeben. \u201eHierbei war weniger die Bestimmung einer Absoluttemperatur relevant, sondern vielmehr die \u00c4nderung der Bauteiltemperatur im Vergleich zu einer Referenzschwei\u00dfung\u201c, so Pommer.<\/p>\n<p>\u00dcblicherweise werden zur Erfassung eines Thermogramms sogenannte Histogramme erstellt, mit deren Hilfe zahlenm\u00e4\u00dfig erfasst werden kann, wie h\u00e4ufig eine Temperatur in einem Thermogramm vorhanden ist. Um effizient eine Vielzahl an Schwei\u00dfungen thermografisch auswerten zu k\u00f6nnen, wurde am SKZ eine Auswertungssoftware weiterentwickelt. Mit dieser Software k\u00f6nnen schnell rechnerische und visuelle Mittelwerte aus mehreren Schwei\u00dfungen erzeugt werden (Abbildung, oben). Diese Software erm\u00f6glicht neben der klassischen Temperaturmessung und -aufzeichnung zudem die Erstellung von so genannten Differenzbildern. Anhand von Temperaturunterschieden einzelner Pixel k\u00f6nnen visuelle Unterschiede nachvollziehbar dargestellt und messtechnisch erfasst werden. Hierdurch kann beispielsweise eine schnelle Gegen\u00fcberstellung von verschiedenen Schwei\u00dfungen zu einer Referenz (z. B. Mittelwert eines Prozesses) erfolgen (Abbildung, unten). Eine solche Auswertungsmethode war Grundvoraussetzung, um schnell eine Vielzahl an Schwei\u00dfungen betrachten zu k\u00f6nnen, wie es f\u00fcr den Ultraschallschwei\u00dfprozess bei Schwei\u00dfzeiten von unter einer Sekunde erforderlich ist.<\/p>\n<p>Im Rahmen des Projekts konnten viele Einfl\u00fcsse auf den Schwei\u00dfprozess und auf die resultierende Oberfl\u00e4chentemperatur ermittelt werden. Die Ergebnisse lie\u00dfen Zusammenh\u00e4nge zwischen der Oberfl\u00e4chentemperatur von Bauteilen und der Schwei\u00dfnahtqualit\u00e4t erkennen. Diese waren wiederum stark abh\u00e4ngig von den Prozessparametern, den Materialien und der Schwei\u00dfnahtgeometrie.<\/p>\n<p>Mittels der im Projekt entwickelten Auswertungsmethode von Thermogrammen konnten vergleichbare Aussagen bez\u00fcglich des Schwei\u00dfprozesses getroffen werden, wie mit den Maschinen\u00fcberwachungsparametern Schwei\u00dfenergie und -zeit. Somit ist eine Bewertung des Schwei\u00dfprozesses mittels Thermografie m\u00f6glich und prinzipiell aussagef\u00e4hig. Ein gro\u00dfer Vorteil der Thermografie liegt in der bildhaften Darstellung und der Vielzahl an unterschiedlichen Auswertungsm\u00f6glichkeiten. So konnten insbesondere Prozesseinfl\u00fcsse visuell bewertet und Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten am Bauteil lokal zugeordnet werden.<\/p>\n<p>Im Rahmen des Projekts konnten noch nicht alle Abh\u00e4ngigkeiten und Einfl\u00fcsse des Ultraschallschwei\u00dfprozesses auf die thermografische Erfassung endg\u00fcltig untersucht bzw. erkl\u00e4rt werden. Dennoch steht dank dieser Erkenntnisse bereits jetzt (April 2020) eine weitere M\u00f6glichkeit zur Fehleranalyse des Ultraschallschwei\u00dfprozesses zur Verf\u00fcgung und erm\u00f6glicht neue Ans\u00e4tze f\u00fcr die Forschung und industrielle Anwendungen.<\/p>\n<p>Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabh\u00e4ngiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsf\u00e4higkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern. Die gesamten Forschungsergebnisse k\u00f6nnen einem umfangreichen Forschungsbericht entnommen und \u00fcber das SKZ erhalten werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Zum Verbinden von Kunststoffbauteilen werden zur Bew\u00e4ltigung hoher St\u00fcckzahlen meist Serienschwei\u00dfverfahren wie das Ultraschallschwei\u00dfen&#8230;<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":6734,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[24,16],"tags":[],"series":[],"class_list":["post-20475","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-plas-tv-meldungen-auf-der-startseite-unterhalb-slider","category-plast-tv-textmeldungen"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/20475","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=20475"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/20475\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":20476,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/20475\/revisions\/20476"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/6734"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=20475"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=20475"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=20475"},{"taxonomy":"series","embeddable":true,"href":"https:\/\/plas.tv\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fseries&post=20475"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}