Dank der gehärteten Sonderstahllegierung sind die neuen Schneid-Sonotroden von Herrmann besonders robust und halten bis zu fünf Mal länger im Vergleich zu gängigen Sonotroden. (Bild: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co KG )
Das Ultraschall-Schneiden von Reifengummi wird seit Jahrzehnten eingesetzt, da die Technologie einwandfreie Schnittkanten bei einem geringen Energieverbrauch ermöglicht. Ein großes Problem bestand im Verschleiß der Ultraschall-Sonotroden, die als Schneidwerkzeuge dienen. Aufgrund von Wärmeentwicklung mussten sie oft nach wenigen Wochen ausgetauscht werden. Zudem sorgten Abrieb aus dem Schneidprozess für Verschmutzungen an der Sonotrode, die aufwändig von Hand entfernt werden mussten. Diese Reinigungsarbeiten sowie der häufige Wechsel der Sonotroden führten zu längeren Ausfallzeiten der Produktion.
Dank neuem Material und einem intelligenten Design des Schneidwerkzeugs bietet die Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG einen neuen Lösungsansatz. Die neu entwickelte Sonotrode aus einem gehärtetem Sonderstahl ermöglicht präzise, saubere Schnitte und weist eine längere Lebenszeit auf als herkömmliche Schneidwerkzeuge. In Verbindung mit robusten Ultraschall-Konvertern und Generatoren sowie einer kontinuierlichen Prozessüberwachung konnte so der gesamte Ultraschall-Schneidprozess optimiert werden. Damit werden nicht nur Kosten für die Wartung, sondern auch Stillstände in der Produktion reduziert.
Fünffache Lebensdauer von Sonotroden aus Stahl
Die Sonotrode ist die wichtigste Komponente beim Schneiden von Reifengummi mit Ultraschall. Allein durch die Umstellung des Sonotrodenmaterials konnte eine signifikante Verlängerung der Lebensdauer erreicht werden.
Bisher wurden Sonotroden zumeist aus Aluminium oder Titan gefertigt. Aluminium besitzt nicht die notwendige Härte für einen dauerhaften Einsatz. Titan ist härter, es staut allerdings die Hitze aus dem Schneidprozess. Das schadet nicht nur der Robustheit der Titansonotrode, sondern führt auch dazu, dass ein Teil dieser Wärme an das Gummi weitergegeben wird. Dadurch bleiben Schmutzpartikel an ihr kleben, die das Schneidergebnis beeinträchtigen. In der Folge muss die Produktion angehalten und die Sonotroden von Hand gereinigt werden.
In der Entwicklung eines langlebigen Schneidwerkzeugs hat eine spezielle Sonderstahllegierung die besten Materialeigenschaften aufgewiesen. Sie besitzt einen höheren Härtegrad als Titan und leitet entstehende Wärme zuverlässig ab. Die Sonotrode bleibt daher während des Schneidvorgangs größtenteils kalt und liefert saubere Schnitte. Gleichzeitig bleibt sie von Verschmutzungen verschont, sodass zeitintensive Reinigungsarbeiten entfallen.
Neben dem Material ist auch die Geometrie der Sonotrode von entscheidender Bedeutung. Grundsätzlich gilt: Je dünner die Sonotrode, desto besser die Schnittkanten. Wird sie zu dünn, leidet ihre Robustheit darunter. Auch hier zeigt sich der Vorteil dieser gehärteten Stahllegierung, denn selbst mit dünner Schneide bricht die Sonotrode auch bei dauerhaftem Einsatz nicht ab und bleibt scharf. So kann diese Stahlsonotrode im Vergleich zu herkömmlichen Sonotroden bis zu fünf Mal länger eingesetzt werden.
Zuverlässige Konverter dank langer Erfahrung
Neben der Sonotrode spielt auch der Ultraschall-Konverter eine wichtige Rolle. Er muss während des gesamten Schneidvorgangs zuverlässig und konstant die elektrischen Schwingungen des Generators in mechanische Vibrationen umwandeln. Doch die sonst übliche Verwendung günstiger Materialien und hoher Frequenzbereiche, bei denen auch schädigende Nebenfrequenzen entstehen, beeinträchtigen die Haltbarkeit von Konvertern. Sie fallen aus und müssen regelmäßig ausgetauscht werden – ein weiterer Faktor, der zu Ausfallzeiten in der Produktion führt.
Die langjährige Ultraschall-Erfahrung hat Herrmann gezeigt, dass diese Ausfälle vermieden werden können, indem die Konverter komplett aus Titan gefertigt werden und nicht wie bisher teilweise mit Aluminiumteilen. Vor allem im kontinuierlichen Einsatz erweist sich Titan als robuster und damit auch langlebiger. Gleichzeitig kann Titan den Ultraschall akustisch besser weiterleiten als Aluminium, wodurch störende Nebenfrequenzen vermieden werden.
Prozessüberwachung mit intelligentem Generator
Die notwendige elektrische Schwingung für den Konverter erzeugt der Ultraschall-Generator. Er übernimmt neben der Steuerung des Schneidprozesses auch dessen Überwachung. Die Daten jedes Vorgangs können exportiert und evaluiert werden. Außerdem werden im Generator die idealen Parameter für den Schneidvorgang hinterlegt, sodass das komplette System nach dem Tausch einer Komponente wieder schnell einsatzbereit ist.
Das beste Schneidergebnis erhalten Hersteller, wenn Generator, Konverter und Sonotrode von Anfang an aufeinander abgestimmt sind. Das vermeidet Schwankungen und erhöht die Lebensdauer jeder einzelnen Komponente signifikant. Das Ultraschall-Labor von Herrmann unterstützt hierbei die Kunden bei der Prozessbetrachtung und bei der Ermittlung der idealen Parameter des Schneidprozesses.
Einfache Integration weltweit möglich
Reifengummi unterschiedlichster Dicke und Zusammenstellungen kann mittels Ultraschall präzise und mit konstanten Ergebnissen geschnitten werden. Die Technologie findet vor allem in der Herstellung von Kfz-Reifen Verwendung und kann auch leicht in bestehende Produktionslinien integriert werden.
Bei der Einführung von Ultraschallsystemen oder deren Optimierung steht Herrmann global als Partner zur Seite und berät Unternehmen, wie auch sie von dieser energieeffizienten und zuverlässigen Schneidetechnologie profitieren können. Die Komponenten können dafür über mehrere Monate in eigenen Produktionsanlagen getestet werden.
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