Mit seinem starken akademischen Hintergrund als Wirtschaftsjurist (LL.M.) bringt Matthias Cullmann umfassende Expertise in den Bereichen Trade Compliance, Handels- und Steuerrecht sowie Außenwirtschaftsrecht mit und verfügt über fundierte Erfahrung in vergleichbaren Führungspositionen innerhalb der Ultraschallbranche. Seine berufliche Laufbahn ist geprägt von profundem Wissen und praxisorientierter Kompetenz in der Optimierung von Prozessen und Kosten sowie in der strategischen Steuerung globaler Lieferketten. Bei Weber Ultrasonics, einem der international tätigen von Lösungen und Komponenten für den industriellen Einsatz von Ultraschall in den Bereichen Bauteilreinigung, Fügen und Trennen von Kunststoffen und Verbundmaterialien sowie der Textilveredelung, liegt ein Schwerpunkt seiner Tätigkeit in der Entwicklung und Umsetzung nachhaltiger kaufmännischer Geschäftsstrategien. Darüber hinaus wird Matthias Cullmann die Trade-Compliance-Aktivitäten des Unternehmens leiten.

„Die aktuellen Herausforderungen in der globalen Wirtschaft erfordern eine klare Strategie und optimale Prozess- und Kostenausrichtung,“ so Wolfgang Mangold, COO des Unternehmens „Mit Matthias Cullmann gewinnen wir einen erfahrenen Experten, der nicht nur unsere internen Strukturen weiterentwickeln wird, sondern auch unsere Position als verlässlicher Lieferant stärkt. In seiner Funktion als Vice President Commercial Management wird er maßgeblich zur Sicherung der Unternehmenswerte sowie zum langfristigen Erfolg des Unternehmens beitragen.“

Der Wirtschaftsjurist übernimmt seine Position in einem wirtschaftlich und politisch anspruchsvollen Umfeld und wird eine zentrale Rolle dabei spielen, die Zukunft des Unternehmens am Standort Karlsbad, Deutschland, nachhaltig zu sichern. „Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit ihm neue Wege zu gehen und die Erfolgsgeschichte unseres Unternehmens weiterzuschreiben“, so Wolfgang Mangold.

Die gemeinsam von der Weber Ultrasonics AG und der Geratex Machinery Pvt. Ltd., einem indischen Hersteller von Maschinen für die Ausrüstung von Textilien aller Art, entwickelte Lösung nutzt die spezifischen Eigenschaften, die Ultraschall in einem Flüssigkeitsbad entfaltet. Entscheidend dabei ist das physikalische Phänomen der Kavitation. Durch deren Energie wird die Absorptionskapazität der verschiedenen Gewebearten erhöht. Die für das Entschlichten, Bleichen, Färben, Merzerisieren und Imprägnieren eingesetzten Textilhilfsmittel werden dadurch im Vergleich zu konventionellen Wasch- und Ausrüstungsmethoden intensiver, gleichmäßiger und vor allem durchdringender in die Textilien eingetragen. Im Vergleich zur klassischen Textilbehandlung ohne Ultraschall resultiert alleine daraus eine Chemikalieneinsparung von durchschnittlich 30 Prozent.

Die Reinigungskraft des für die erforderlichen Waschvorgänge zwischen den verschiedenen Behandlungsprozessen eingesetzten Wassers wird durch die Ultraschallwirkung ebenfalls verstärkt. Ergebnis sind neben einem um rund ein Drittel geringeren Verbrauch von Textilhilfsmitteln und Wasser eine kürzere Waschzeit. Durch die angepasste Kavitationsenergie kann die Behandlung der Textilien auch bei deutlich geringeren Temperaturen – statt üblicherweise 90 bis 95°C nur noch 60°C – durchgeführt werden. Die dadurch zu erzielende Energieeinsparung von bis zu 50 Prozent trägt maßgeblich zur Senkung der Betriebskosten und Ressourcenschonung sowie der Verringerung von CO₂-Emissionen bei.

Hinzu kommt, dass durch die Ultraschallwirkung deutlich kompaktere Textilbehandlungsmaschinen umsetzbar sind. So lassen sich beispielsweise Ultraschall-Maschinen, die das Bleichen und Merzerisieren in einer Linie ermöglichen, auf einer Strecke von nur 30 Metern realisieren, statt der dafür erforderlichen 60 bis 80 Meter in der klassischen Technologie.

Ein weiterer Aspekt ist, dass eine nachhaltigere Textilbehandlung bei immer mehr Abnehmern der Stoffe zu einem wesentlichen Kriterium der Einkaufsentscheidung wird.

Optimal abgestimmt auf die Anforderungen der Textilbehandlung

In die Entwicklung der Ultraschalllösung, die sich auch in bestehende Maschinen und Prozesse integrieren lässt, flossen die speziellen Anforderungen der Textilbranche ein. Dazu zählen unter anderem die spezifischen Eigenschaften der zu behandelnden Gewebe wie Sensitivität, Porosität und Elastizität. Insbesondere Letztere wird durch die zunehmenden Anteile elastischer Gewebe in den Textilen zu einem immer wichtigeren Faktor. Bei der Behandlung mit konventionellen Maschinen kommt es bei diesen „Stretchtextilien“ häufig zu einer Faltenbildung, die dann eine Markierung im Stoff hinterlässt. Er muss dann entweder aufwendig nachbearbeitet oder kann nur als zweite Wahl angeboten werden. Dieses Problem tritt bei der Behandlung mit Ultraschall nicht auf.

Prozesssichere Lösung mit einfacher Handhabung

Die zukunftsweisende Ultraschalllösung besteht aus einem Schwingsystem, das eine schonende und homogene Behandlung des Gewebes gewährleistet. Optimal angepasst daran ist der volldigitale Ultraschallgenerator SONOPOWER DIGITAL 3S. Ausgestattet mit verschiedenen innovativen Entwicklungen und einer modernen 32-Bit-Prozessarchitektur ist er in der Lage, Einstellungen selbsttätig vorzunehmen, kontinuierlich zu überwachen und automatisch konstant zu halten. So erkennt der Generator beispielsweise die Netzspannung und stellt sich darauf ein. Treten Netzspannungsschwankungen auf, werden diese im Bereich plus/minus zehn Prozent ausgeglichen. Durch die in 1%-Schritten einstellbare Ausgangsleistung lässt sich der Prozess einfach an unterschiedliche Anforderungen bei der Textilbehandlung anpassen. Diese Eigenschaften sorgen für einfachste Handhabung und ein Höchstmaß an Prozesssicherheit.

Inzwischen sind bereits über 20 mit Ultraschall ausgestatte Textilbehandlungsmaschinen von Geratex in Europa, Asien, den USA und Südamerika im Einsatz.

www.weber-ultrasonics.com, www.geratex-india.com

1964 im damals noch sowjetischen Zavodskaya als Hersteller von Kunstfasern gegründet, ist die OJSC Svetlogorkkhimvolokno heute einer der größten Produzenten in diesem Bereich. Das Produktionsprogramm umfasst ein breites Sortiment an Polyester-Textilgarnen, Karbonfasern und wärmebeständigen Polypropylengarnen. Darüber hinaus stellt das weißrussische Unternehmen aus diesen Kunstfasern verschiedene Vliesstoffe (Nonwovens) her, die durch spezifische Eigenschaften an die Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen angepasst werden können. Dazu zählen unter anderem Produkte in der Hygiene- und Medizintechnik sowie der Agrar- und Bauindustrie. Zu Letzteren gehören Dachunterspannbahnen, die ein Unternehmensbereich von OJSC Svetlogorkkhimvolokno aus zwei Lagen Nonwovens und einer dampfdurchlässigen Folie fertigt.

Die Laminierung – ein qualitätsentscheidender Schritt

Die Dachunterspannbahnen werden entsprechend den Vorgaben der Kunden gefertigt. Sie bestehen üblicherweise aus einer 20 Mikrometer starken, dampfdurchlässigen Folie und zwei Lagen Vliesstoff, deren Dicke variiert. Diese drei Bahnen werden zu einem Verbund zusammengefügt, der anschließend verschiedene Qualitätsprüfungen, beispielsweise Wassersäule, Abriebfestigkeit und Weiterreißfestigkeit durchläuft.

Die qualitätsrelevante Laminierung erfolgte lange Zeit ausschließlich durch thermische Verfahren wie Wärmekalandern sowie Verkleben. Mit einer neuen Produktionslinie der taiwanesischen KNH Enterprise Co., Ltd. für Dachunterspannbahnen integrierte das Unternehmen 2017 erstmals auch das Ultraschallschweißen als Laminierverfahren. Die Ultraschallkomponenten dafür lieferte die Weber Ultrasonics AG. „Wir haben zunächst Versuche mit Ultraschallequipment eines asiatischen und eines anderen europäischen Herstellers durchgeführt, das bei unseren Anwendungen aber nicht funktioniert hat. Nur die Lösung von Weber konnte unsere Qualitätsanforderungen erfüllen“, ergänzt Vadzim Kavaliuk, Ingenieur für Investmentprojekte bei OJSC Svetlogorkkhimvolokno.

Ultraschallschweißen – mehr als eine Alternative

Ausschlaggebend bei der Entscheidung für die vergleichsweise junge Technologie waren die hohe Produktivität, Flexibilität und Kosteneffizienz. Das Ultraschallschweißen ermöglicht dem Unternehmen, alle Produkte unabhängig von deren Dicke mit einem guten Ergebnis zu laminieren.

Die unterschiedlichen Lagen der Dachunterspannbahnen werden für den kontinuierlichen Schweißprozess zu einer Bahn zusammengeführt. Sie läuft dann in einem definierten Winkel in den Spalt der strukturierten Walze ein. Für das folgende Laminieren wandelt ein Konverter die vom Ultraschallgenerator erzeugten elektrischen Signale in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz um. Diese wiederum werden durch einen Booster und das eigentliche Schweißwerkzeug, die Sonotrode, in die zu verbindende Bahn eingeleitet. Die Kunststoffmoleküle im Material werden angeregt, durch die entstehende Reibungswärme aufgeschmolzen und die Bahn unter Druck zu einem haltbaren Verbund zusammengefügt.

Die Funktionsweise des Ultraschallschweißens macht die bei thermischen Verfahren und dem Verkleben erforderlichen langen Aufheizzeiten der Walzen überflüssig. Dadurch wird einerseits Energie eingespart, andererseits kann schneller produziert werden. Im Vergleich zum Wärmekalandern, bei dem der Eintrag von Strahlungswärme vollflächig erfolgt, ist die mit Ultraschall verschweißte Bahn flexibler und weicher sowie verzugsfrei. Außerdem besteht keine Gefahr einer Überhitzung, die zu einem Brand führen kann. Da auch kein Klebstoff erforderlich ist, sind Verunreinigungen der Walzen und daraus resultierende Produktionsunterbrechungen für notwendige Reinigungsarbeiten ausgeschlossen.

Optimal angepasste Ultraschalltechnik und Prozessauslegung

Die Anlage von OJSC Svetlogorkkhimvolokno für das Verschweißen der 160 Zentimeter breiten Dachunterspannbahnen ist für einen Durchsatz von 50 Metern/Minute ausgelegt. Dafür sind insgesamt zehn Ultraschallsysteme integriert. Die eingesetzten, digitalen Hutschienengeratoren HS 4000 mit einer Leistung von jeweils 3,6 kW sind ebenso wie die Konverter speziell für das kontinuierliche Schweißen im Dauerbetrieb ausgelegt.

Um eine „Streifenbildung“ auszuschließen, die nicht nur ein optisches Problem ist, sondern auch zu Qualitätseinbußen führt, lag ein besonderes Augenmerk auf der Ausführung der Schweißwerkzeuge. Sie sind so gestaltet, dass die unvermeidbar auftretende, thermisch bedingte Ausdehnung der Sonotroden zuverlässig ausgeglichen wird. Gleichzeitig wird im Schweißprozess eine Überdeckung auf dem Material erzielt, die den zwischen den einzelnen Sonotroden erforderlichen Spalt kompensiert. Eine Herausforderung bei Systemen für das kontinuierliche Ultraschallschweißen stellt die beim Einlaufen des Materials entstehende Längenausdehnung dar, durch die sich der Spalt verändert und damit das Schweißergebnis. Sie wurde durch eine starre und hochpräzise Lagerung des Schwinggebildes gemeistert. Die bereits in vielen Anwendungen bewährte Lösung sorgt für einen konstanten Spalt und eine gleichbleibende Kraft zwischen Schweißwerkzeug und Walze.

Entscheidend beeinflusst wird das Schweißergebnis auch durch den Winkel und die Spannung in dem die Materialbahn in die Anlage einläuft. „Die Konstrukteure von Weber Ultrasonics haben hier ebenfalls ihre langjährige Erfahrung eingebracht. Sie haben beispielsweise die Ein- und Auslaufwinkel für die verschiedenen Produkte genau festgelegt, damit eine optimale Umschlingung der Walze erzielt wird“, berichtet Vadzim Kavaliuk. Neben dem Einbau einer hochpräzisen Walze mit stäbchenförmiger Struktur, deren Lagerung optimiert wurde, wurden die Spannungen im Schweißprozess durch eine Nip-Roll minimiert.

Einen Beitrag zur hohen Ultraschallschweißqualität bei den unterschiedlichen Produkten von OJSC Svetlogorkkhimvolokno leistet auch die vollautomatische Einstellung der Prozessparameter, beispielsweise Einlaufspalt und Amplitude. Dafür sind in der Anlagensteuerung produktspezifische Programme hinterlegt. „Wir arbeiten inzwischen über zwei Jahre mit der Anlage und sind sowohl mit deren Leistung und Qualität als auch der Beratung und dem Service von Weber Ultrasonics sehr zufrieden“, merkt Vadzim Kavaliuk abschließend an.

In zahlreichen Industriebereichen wie der Photovoltaik- und Halbleiterindustrie, der Mikro- und Medizintechnik sowie Optik werden Bauteile und Komponenten immer kleiner und feiner – und damit auch empfindlicher gegen Verschmutzungen. Die Teilereinigung, die üblicherweise mit Ultraschall erfolgt, stellt dies vor besondere Herausforderungen. Einerseits sind für eine einwandfreie Funktion der sensiblen Bauteile und Komponenten selbst winzigste partikuläre Verunreinigen und minimalste filmische Kontaminationen zuverlässig zu entfernen. Andererseits muss unter allen Umständen eine Beschädigung oder Beeinträchtigung der Oberfläche durch die Reinigung vermieden werden. Sie dürfen daher weder einer zu starken Bewegung im Medium noch einer zu hohen Kavitationsenergie ausgesetzt werden.

Sanft zur Oberfläche, effektiv gegen Verunreinigungen

Mit dem neuen Sonopower 3S Megaschall-System mit Frequenzen von 500 und 1.000 kHz hat Weber Ultrasonics für die Reinigung dieser empfindlichen Bauteile eine effiziente Lösung entwickelt. Sie stellt eine besonders schonende und gleichzeitig effektive Behandlung der Komponenten mit hohen Sauberkeitsgraden sicher.

Das System besteht aus dem intelligenten Sonopower 3S Megasonic Boost und den abgestimmten Hochfrequenz-Schwingern Sonoplate HF. Im Betrieb sorgt der Generator, der in den Leistungsklassen 250 und 500 Watt verfügbar ist, durch verschiedene innovative Features dafür, dass die Reinigung einerseits sanft für die Oberfläche erfolgt, Verunreinigungen aber zuverlässig entfernt werden. Dazu zählt die kombinierte Frequenz- und Amplitudenmodulation, die für homogene Schallfelder sorgt und so genannte stehende Wellen verhindert. Durch den Sonoscan wird die optimale Arbeitsfrequenz automatisch ermittelt und eingestellt sowie während des Prozesses überwacht und angepasst. Dies gewährleistet, dass auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen, beispielsweise Temperaturschwankungen, oder beim Wechsel von Reinigungs- und Spülmedien stets mit der idealen Leistung gearbeitet wird. Die Anpassungen erfolgen im laufenden Betrieb, was einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherstellt. Eine weitere Besonderheit des Sonopower 3S Megasonic Boost ist das Netzspannungsmanagement. Da es Spannungsschwankungen automatisch ausgleicht, ist eine maximale Prozessstabilität und Betriebssicherheit gewährleistet. Die Leistung kann stufenlos im Bereich von 10 bis 100 Prozent geregelt werden, wodurch sie bestmöglich an das jeweilige Bauteil angepasst werden kann.

Die optionale, in den Generator integrierte Profinet-Schnittstelle ermöglicht nicht nur den Betrieb aus der Ferne, wobei die ultraschallspezifischen Prozessparameter während der Reinigung präzise gesteuert und dokumentiert werden. Der Sonopower 3S Megasonic Boost ist darüber hinaus auch Industrie 4.0-kompatibel. Ein weiterer Vorteil ist die Kompaktbauweise, durch die sie sich einfach in 19“-Schaltschränke integrieren lassen.

Optimal auf den Generator abgestimmt, ermöglichen die neuen Hochfrequenzschwinger Sonoplate HF eine effektive Kavitationsströmung und damit effiziente Weiterverarbeitung der sauberen Bauteile. Die Schwinger sind serienmäßig an die Standardabmessungen der Waferindustrie angepasst und auf Anfrage auch in weiteren Größen realisierbar.

Die Anstrengungen Covid-19 einzudämmen, machen ein Problem der Globalisierung deutlich: die Abhängigkeit bei persönlicher Schutzausrüstung (PSA) von Ländern, in denen günstiger produziert wird. Neben Schutzkleidung und Handschuhen sind daher seit der weltweiten Ausbreitung des Corona-Virus Sars-CoV-2 Atemschutz- und OP-Masken (Mund-Nasen-Schutz oder MNS) in Deutschland und anderen europäischen Ländern Mangelware. „Seit der Sars-Pandemie 2002/2003 produzieren wir Equipment für die Herstellung unterschiedlicher Schutzmasken aus Vliesstoffen, die auf thermoplastischen Kunststoffen basieren. Geliefert wird es größtenteils an Kunden in Asien“, berichtet Christian Unser, Chief Sales Officer bei der Weber Ultrasonics AG. Gemeint sind damit Komponenten wie Generatoren, Booster, Konverter und Sonotroden sowie komplette Anlagen für das Schweißen, Laminieren, Schneiden und Prägen mit Ultraschall. Eine eigene Maskenproduktion war aber nie ein Thema bei dem im badischen Karlsbad ansässigen Komponenten- und Anlagenbauer – bis Anfang März 2020.

Einstieg in die Produktion von FFP-Schutzmasken

Auslöser war die Anfrage eines Kunden aus dem Maschinenbau, der aufgrund der praktisch in allen Ländern für diese Produkte erlassenen Exportbeschränkungen keine Filterdome für seine speziellen, belüfteten Filtermasken der Schutzstufe FFP2 mehr erhielt. „Gemeinsam mit dem Kunden haben wir innerhalb kürzester Zeit ein Anlagenkonzept für die Herstellung der dreidimensionalen Filterelemente entwickelt. Der Kunden hat dann gleich drei Maschinen bestellt“, erzählt Christian Unser. Parallel dazu setzte Weber Ultrasonics das Konzept in eine Standardmaschine für die Herstellung kompletter Atemschutzmasken um. Eine Herausforderung dabei war der erste Prozessschritt – das Tiefziehen der Masken. Dies erfolgt im so genannten Warmformen, wofür ein passendes Werkzeug sowie spezielle Heizelemente und entsprechende Steuergeräte erforderlich sind. Um schnell Prototypen fertigen zu können, wandte sich Unser an einen Marktbegleiter, der auch in diesem Segment tätig ist und spontan ein Heizelement und Steuergerät zur Verfügung stellte. Ein zweites beschaffte der Konstruktionsleiter von Weber Ultrasonics bei seinem früheren Arbeitgeber. Das erforderliche Werkzeug fertigte ein benachbarter Modellbauer und langjähriger Partner des Unternehmens quasi über Nacht. „Es ist wirklich toll, wie hier verschiedene Unternehmen spontan unterstützt und zusammengearbeitet haben“, merkt der Vertriebsvorstand an.

60 Masken pro Stunde mit einer Maschine

Die Herstellung der Atemschutzmasken erfolgt mit dieser Standardmaschine in einem mehrstufigen Prozess. Im ersten Schritt werden ein offenporiges Nadelvlies als Stabilisator, eine Lage Meltblown-Vlies als Partikelfilter sowie eine Lage Spinnvlies (Spun-Bond) durch Tiefziehen in Form gebracht. Anschließend werden die Ränder der Maske in einem Ultraschallschweißprozess verbunden. Dafür wandelt ein Ultraschallkonverter das vom Generator erzeugte elektrische Signal in mechanische Schwingung um. Diese wird durch einen Booster und ein angepasstes Schweißwerkzeug, die Sonotrode, auf die zu verbindende Fläche übertragen. Durch die dabei entstehende Reibungswärme schmelzen die Vliesstoffe gezielt an den Rändern und gehen eine dauerhaft haltbare Verbindung ein, ohne sich zu verziehen. Gleichzeitig sorgt die zuverlässige, energieeffiziente und produktive Verbindungstechnologie für eine weiche und hautfreundliche Oberfläche. Nach dem folgenden mechanischen Ausstanzen der Maske werden noch Bänder für die Befestigung angebracht.

Die Produktionskapazität der kompakten Standardanlage mit einem Einmalwerkzeug liegt bei rund 60 Atemschutzmasken pro Stunde. Für die entsprechend den aktuellen Normen gefertigten Masken wird die Schutzklasse FFP3 angestrebt und eine entsprechende beschleunigte Prüfung von Corona-Virus-Pandemie-Atemschutzmasken (CPA) für Deutschland durchgeführt.

Virtuelle Inbetriebnahme mit realem Zwilling für OP-Masken

Eine deutlich gestiegene Nachfrage verzeichnet Weber Ultrasonics auch nach Produktionsequipment für OP-Masken. Die Lösungen des Unternehmens in diesem Bereich ermöglichen bisher die Herstellung von 200 Masken pro Minute. „Für diese Anwendung bauen wir gerade mit Hochdruck eine Versuchsanlage bei uns auf, in der ein neu entwickeltes Verfahren für das kontinuierliche Ultraschallschweißen eingesetzt wird. Damit können wir die Produktionskapazität auf 400, vielleicht sogar auf 600 Masken pro Minute erhöhen“, erklärt Christian Unser. In dieser Maschine sind die Schritte Falten des Vliesstoffs, Integration des Nasenbügels, Längs- und Querschweißen, Anschweißen eines elastischen Befestigungsbands und Vereinzeln vereint.

Ein Grund für die schnelle Umsetzung dieser Anlage im Werk in Karlsbad sind unter anderem die momentanen Reisebeschränkungen. „Wir müssen die Anlagen bei unseren Kunden jetzt virtuell in Betrieb nehmen und dafür ist es wichtig, dass wir hier die gleiche Performance haben“, so Christian Unser. „Das hat zusätzlich den positiven Effekt, dass wir Weiterentwicklungen direkt an der Anlage vorantreiben, Tests für Kunden durchführen und vor allem auch selbst OP-Masken in großen Stückzahlen herstellen können“.

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Gratfrei und scharfkantig lautete die Spezifikation, für die ein Teilehersteller ein prozesssicheres Entgratverfahren suchte, welches er in seine Fertigung integrieren kann. Bei den zu entgratenden Werkstücken handelt es sich um spanend hergestellte, rund 150 mm lange, zylindrische Bauteile aus einem speziellen Edelstahl, die zahlreiche feine Bohrungen aufweisen. Die Teile kommen in einem Granulat-Dosiersystem für Hygieneprodukte mit Hautkontakt zum Einsatz.

Ultraschall – auch als Entgratlösung

Die Projektverantwortlichen im Unternehmen, zu dessen Kernkompetenzen neben der Zerspanung der Bau von Spezialmaschinen zählt, wurden durch Veröffentlichungen auf das Ultraschallentgraten der Weber Ultrasonics AG aufmerksam. Bei diesem berührungslosen Verfahren für die Entfernung außen- und innenliegender Grate basiert die Entgratwirkung auf dem physikalischen Effekt der Kavitation und einer Strömung. Es lässt sich durch Leistung, Amplitude und Dauer des Ultraschalls sowie der Entfernung und Position der spezifisch ausgelegten Sonotrode zum Werkstück an unterschiedlichste Entgrataufgaben anpassen.

Nachdem umfangreiche Tests im Technikum von Weber Ultrasonics zeigten, dass die Entgratspezifikation reproduzierbar erfüllt wird, konzipierten die Unternehmen gemeinsam eine kombinierte Entgrat- und Reinigungsanlage. Die beim Spezialmaschinenbauer realisierte Mehrbadtauchanlage verfügt über insgesamt vier Becken. Im ersten Bad werden jeweils zwei Teile mit einer Ultraschallfrequenz von 25 kHz vorgereinigt. Neben Rückständen von Bearbeitungsmedien und losen Spänen werden dabei bereits einige Grate entfernt. Für den Entgratprozess werden die auf der Aufnahme befestigten Teile ins zweite Becken transportiert und in das Bad abgesenkt. Danach fahren zwei zirka 60 mm lange Messersonotroden, die sich auf einer X-Achse bewegen, in knappem Abstand über die rotierenden Teile in das Becken. Durch die Kombination der Frequenz von 20 kHz und hoher Amplitude entsteht ein intensives Schallfeld an der Oberfläche der Teile, das die Gratwurzel gezielt abträgt. Parallel dazu wird der Grat durch die Strömung bewegt, abgebrochen und abtransportiert. Im dritten Bad erfolgt mit einer Frequenz von 40 kHz eine Feinreinigung und danach im vierten Becken ein Tauchspritz-Spülprozess.

Das Ultraschallsystem wird durch in der Leistung angepasste Sonic Digital HS Generatoren mit jeweils 1.000 Watt Maximalleistung betrieben. Bei der als integrierbare, hutschienenkompatibel ausgeführte Systemkomponente wird die digitale Frequenz durch einen 32-Bit Microcontroller erzeugt und geregelt. Die Leistung kann im Bereich von 10 bis 100 Prozent in 1%-Schritten geregelt werden. Dies ermöglicht die optimale Anpassung an teilespezifische Entgrat- und Reinigungsprogramme. In diesem Fall kann es, nicht zuletzt durch die hohe Amplitude – wirtschaftlich mit 300 Watt Leistung durchgeführt werden. Für eine hohe Betriebs- und Prozesssicherheit sorgen unter anderem serienmäßig integrierte Einrichtungen für Frequenzüberwachung, Lüftersteuerung, Temperaturmanagement und Trockenlaufsicherung. Durch die Ausstattung mit einer optionalen Profibus- oder Profinet-Schnittstelle lassen sich die Generatoren in übergeordnete Steuerungsprozesse und/oder eine Fernwartung einbinden.

Ein Verfahren für die Entgratung von Metall- und Kunststoffteilen

Optimale Entgratergebnisse werden nicht nur bei diesen Bauteilteilen aus Edelstahl erzielt, sondern auch bei der Entfernung von innen- und außenliegenden Flittergraten an Aluminium- und Zinkdruckgussteilen sowie bei Messingteilen erzielt. Es lassen sich mit Ultraschall auch dünnwandige Werkstücke bearbeiten. Darüber hinaus eignet sich das Ultraschallentgraten für Spritzgussteile aus Polypropylen (PP), Polyamiden (PA) und Polycarbonaten (PC) – auch faserverstärkt. Es können damit sowohl Grate gezielt entfernt werden, die an den Trennebenen der Spritzgusswerkzeuge entstehen als auch so genannte, flächige „Schwimmhäute“. www.weber-ultrasonics.com

Rund 3,8 Millionen Euro investierte die chinesische Changtai Kemei Kitchen & Bathroom Technology Ltd., der größte Armaturenhersteller in Asien, im Werk Zhangzhou in eine neue Galvaniklinie. Sie wird für die Veredelung von Bad- und Küchenarmaturen aus Edelstahl und Kupferlegierungen eingesetzt.

Moderne Technik für erstklassige Oberflächenqualität

Entscheidendes Kriterium für ein optimales Beschichtungsergebnis ist eine saubere und fettfreie Oberfläche der Teile. Entsprechend verfügt die neue die Anlage über eine Reinigungslinie mit sechs Stationen. In vier Becken erfolgt die Abreinigung wachsartiger Polierpasten, in den anderen beiden findet das Entfetten vor der anschließenden galvanischen Behandlung statt.

Um in kurzer Zeit ein optimales und stabiles Reinigungsergebnis sicherzustellen, wird die Wirkung des Mediums in allen Bädern durch Ultraschall mit einer Frequenz von 25 kHz unterstützt. Changtai Kemei setzt dabei auf die Generatoren Sonopower 3S in der Leistungsklasse 2.600 Watt und auf in der Leistung abgestimmte Tauchschwinger der Weber Ultrasonics AG.

Hohe Prozess- und Betriebssicherheit

Jedes Becken ist aufgrund des hohen Badvolumens mit zwölf Sonosub-Tauchschwingern ausgestattet. Ihre Kapsel wird in einer speziellen Laser-Schweißtechnik gefertigt, die für extreme Verschlussfestigkeit und Maßhaltigkeit sorgt.

Die digitale Frequenzerzeugung und -regelung erfolgt für jeden Schwinger durch einen Sonopower 3S Generator. Diese Single-Frequenzsysteme ermöglichen durch eine kombinierte Frequenz- und Amplitudenmodulation sehr homogene Schallfelder und verhindern so genannte stehende Wellen. Dies erhöht die Ultraschallwirkung, so dass die Reinigungs- und Entfettungsprozesse schneller und effizienter erfolgen können. Einen Beitrag zur gleichbleibenden Schallleistung leistet auch der Sonoscan. Er ermittelt die Arbeitsfrequenz vor der Schallabgabe automatisch und stellt das System entsprechend ein. Während des Prozesses kann die Frequenz kontinuierlich überwacht und automatisch angepasst werden. Dadurch wird auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen wie beispielsweise Temperaturschwankungen stets mit der effizientesten Leistung gearbeitet. Da die Anpassungen im laufenden Betrieb erfolgen, ist ein unterbrechungsfreier Betrieb gewährleistet. Ein Kriterium, dass bei Changtai Kemei ebenso wie die hohe Qualität und Lebensdauer besonders ins Gewicht fällt. Denn die Anlage ist an sieben Tagen der Woche im Dreischichtbetrieb im Einsatz.

Steuerung über Profibus

Die 72 Generatoren sind in einem klimatisierten Raum untergebracht und mit einer optionalen Profibus-Schnittstelle ausgestattet. Sie ermöglicht, dass die teilespezifischen Reinigungsprogramme, beispielsweise abgestimmt auf die verschiedenen Materialien und Teileabmessungen, aus der Ferne ausgewählt werden können. Ebenso kann die Leistung im Bereich von 10 bis 100 Prozent stufenlos eingestellt werden.

Die Galvanikanlage ist ein Pilotprojekt für einen neuen Industriepark, in dem bis zu 20 solcher Galvaniklinien eingesetzt werden sollen. Er soll bis 2022 in Betrieb gehen.

Die Batchreinigung von Massenteilen macht ein aufwendiges und kostspieliges Teilehandling für das Umpacken der Werkstücke in Reinigungsbehältnisse und anschließendes Entnehmen für den nächsten Fertigungsschritt erforderlich. Außerdem beansprucht die Teilereinigung in Batchprozessen selbst viel Zeit. Nicht selten kommt es dadurch zu Staus in der Produktion. Außerdem besteht bei der Batchreinigung das Risiko einer Teilevermischung. Aufgrund dieser Nachteile suchte ein Hersteller von Massenteilen nach einer Lösung, die eine schnelle und kontinuierliche Inline-Reinigung der Werkstücke im Fertigungstakt ermöglicht. Die Zeitvorgabe lag bei 50 Sekunden.

Inline-Ultraschallreinigungsanlage für Schüttgut
Dieser Herausforderung stellten sich die Weber Ultrasonics AG, Technologieführer im Bereich Ultraschallkomponenten und -lösungen für das Schweißen, Schneiden und Reinigen, und die kundenspezifische Förder- und Verfahrenstechnik sowie Automationssysteme spezialisierten Dr. Ing. Gössling Maschinenfabrik GmbH. Auf Basis der Ergebnisse der Prozessentwicklung, die im Technikum von Weber Ultrasonics erfolgte, konzipierten die Unternehmen ein innovatives Förder- und Anlagenkonzept für die Einzelteilreinigung von Schüttgut um.
Nach der Produktion werden die Teile zu einer Bunkerschwingrinne transportiert, aus der sie auf ein Transportband gefördert werden. Hier erfolgt eine Vereinzelung der Werkstücke, so dass sie auf dem 800 mm breiten Förderband einen „Teileteppich“ bilden. Dieser durchläuft in vorgegebener Geschwindigkeit die mit rund 3.800 Litern Reinigungsmedium gefüllte Arbeitskammer. In dieser sind oben drei Tauchschwinger mit einer Frequenz von 25 kHz angeordnet. Sie übertragen die von drei Hutschienengeneratoren HS 1 mit jeweils 1.000 Watt Leistung erzeugten Schallwellen in die Reinigungsflüssigkeit. Um eine optimale Schallabgabe sicherzustellen, können die Schwinger in der Höhe und im Abstand zueinander verstellt werden. Die Reinigungswirkung basiert auf dem physikalischen Effekt der Kavitation. Er sorgt dafür, dass Verunreinigungen wie Bearbeitungsöl, Kühlschmiermittel, Späne und Abrieb schnell und prozesssicher entfernt werden.
Dem Reinigungsband folgt ein ansteigendes, gekapseltes Förderband mit integrierten Spritzdüsen für das Spülen der Teile. Sie erreichen danach einen ebenfalls gekapselten, waagrechten Bereich des Förderbandes, in dem anhaftende Wassertropfen durch Abblasen von den Werkstücken entfernt werden. Anschließend wird das Fördergut auf ein sogenanntes Polterband geleitet, das mit drei Heißluftgebläsen ausgestattet ist. Sie sorgen auf einer Strecke von rund 1,5 Metern für eine ausreichende Teiletrocknung. Nach der Reinigung und Trocknung werden die Teile automatisch zum nächsten Fertigungsschritt transportiert.

Optimal abgestimmte Ultraschalltechnik
Die Tauchschwinger sind – um dem kontinuierlichen Betrieb der Anlage Rechnung zu tragen – als Langlebe-Version ausgeführt. So verfügen sie unter anderem über eine lasergeschweißte Kapsel. Dadurch wird einerseits eine beispielhafte Verzugsarmut und Maßhaltigkeit erreicht, andererseits eine wesentlich höhere Qualität und Festigkeit der sehr glatten Schweißnaht.
Die als integrierbare, hutschienenkompatibel ausgeführten Ultraschallgeneratoren verfügen heute für die digitale Frequenzerzeugung und -regelung über einen 32-Bit Microcontroller. Die Leistung kann im Bereich von 10 bis 100 Prozent in 1%-Schritten geregelt werden und lässt sich dadurch optimal an teilespezifische Reinigungsprogramme anpassen.

Kontakte:
Weber Ultrasonics AG, 76307 Karlsbad, Deutschland,
Telefon +49 7248 9207-0, www.weber-ultrasonics.com

Dr. Ing. Gössling Maschinenfabrik GmbH, 46514 Schermbeck,
Deutschland, Telefon +49 2853 9144-0, www.dr-goessling.de

Steigende Anforderungen an die partikuläre und filmische Sauberkeit, veränderte Aufgaben durch fortschreitende Miniaturisierung, Elektromobilität und neuartige Werkstoffe für Leichtbaulösungen stellen sowohl Hersteller als auch Betreiber von Reinigungsanlagen vor neue Herausforderungen. Die Forderung, Reinigungsprozesse in eine Industrie 4.0-Fertigung einzubinden und lückenlos zu dokumentieren, wird ebenfalls immer häufiger gestellt. Hinzu kommt, dass der Fertigungsschritt Teilereinigung schnell und kosteneffizient erfolgen muss, um im globalen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben. All dies lässt sich nur mit hochflexiblen, anwendungsgerecht ausgestatteten und wirtschaftlichen Reinigungslösungen im Fertigungsalltag umsetzen. Der Einsatz von Ultraschall spielt dabei eine zunehmend wichtigere Rolle.

Ultraschalltechnologie der nächsten Generation
Die vierte Generation der kraftvollen, hochflexiblen und intelligenten Generatorserie Sonopower 3S der Weber Ultrasonics AG, Technologieführer im Bereich Ultraschallkomponenten und -lösungen, ist darauf ausgelegt, diese Anforderungen und Trends zukunftsorientiert zu erfüllen. Kombiniert mit entsprechenden Ultraschallschwingern eröffnen die als Single-, Dual- und Multifrequenz-Geräte mit 3.000 beziehungsweise 2.000 Watt Leistung verfügbaren Generatoren neue Perspektiven beim Bau von Reihentauch- und Kammerreinigungsanlagen – auch unter Vakuum. Dadurch lassen sich Reinigungsaufgaben, die zwei oder mehr Ultraschallfrequenzen erfordern und deshalb bisher mehrere Reinigungssysteme notwendig machten, wirtschaftlich und platzsparend in einem System durchführen. Dabei ermöglichen die Frequenzen von 25 bis 132 kHz ein sehr breites Anwendungsspektrum von der Grob- bis zur Fein- und Feinstreinigung. Ein weiterer Vorteil der Generatoren ist ihre 19“-Einbaufähigkeit. In einen handelsüblichen Schaltschrank lassen sich bis zu zehn Geräte integrieren, so dass eine Leistung von maximal 30.000 Watt zur Verfügung steht.

Schneller und effizienter zum besseren Reinigungsergebnis
Durch verschiedene innovative Funktionen ermöglicht die neue 3S-Serie eine höhere Prozesssicherheit sowie beschleunigte Reinigungsprozesse mit besserem Ergebnis. Dazu zählt beispielsweise die kombinierte Frequenz- und Amplitudenmodulation. Sie sorgt nicht nur für homogene Schallfelder, sondern verhindert auch so genannte „stehende Wellen“. Das konkurrenzlose Feature stellt darüber hinaus sicher, dass die gewünschte Leistung auch im Reinigungs- oder Spülbad ankommt und sogar darüber liegende Spitzenleistungen erzielt werden. Einen Beitrag zur gleichbleibenden Schallleistung, die für stabile Reinigungsprozesse mit reproduzierbarem Ergebnis unverzichtbar ist, leistet auch der Sonoscan. Er ermittelt die Arbeitsfrequenz vor der Schallabgabe automatisch und stellt das System entsprechend ein. Während des Prozesses wird die Frequenz kontinuierlich überwacht und automatisch angepasst. Dadurch wird auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen, beispielsweise Temperaturschwankungen, oder beim Wechsel von Reinigungs- und Spülmedien stets mit der optimalen Leistung gearbeitet wird. Die Anpassungen erfolgen ebenso wie ein Frequenzwechsel im laufenden Betrieb, so dass es zu keinen Unterbrechungen des Reinigungsprozesses kommt. Ein weiteres Feature des Sonopower 3S ist die automatische Erkennung und Anpassung der Netzspannung. Sie stellt sicher, dass auch bei instabilen Stromnetzen oder Schwankungen durch die Zu-Abnahme von Verbrauchern mit gleichbleibender Leistung weitergearbeitet wird.

Zweiter Schwingeranschluss – ein Generator für zwei Prozesse
Ein Novum beim Sonopower 3S ist die Möglichkeit, den Generator mit einem zweiten Schwingeranschluss auszustatten. Er ermöglicht, zwei gleiche oder unterschiedliche Prozesse, beispielsweise Reinigen und Spülen in zwei Becken und mit verschiedenen Medien, mit nur einem Generator durchzuführen. Dies macht den sonst in diesen Fällen erforderlichen zweiten Generator überflüssig und leistet damit ebenfalls einen Beitrag zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit bei der Reinigung.

Auf Industrie 4.0 ausgelegt
Durch eine optionale, in den Generator integrierte Profinet-Schnittstelle werden die ultraschallspezifischen Prozessparameter während der Reinigung präzise gesteuert und dokumentiert. Sie macht den Sonopower 3S darüber hinaus Industrie 4.0-kompatibel.
Mit einer maximalen Leistung von 3.000 Watt sind die Sonopower 3S-Generatoren der vierten Generation serienmäßig als Single Frequenz-Variante mit 25, 40 und 50 kHz verfügbar. Bei den Dual-Frequenz-Geräten (40/80 kHz, 40/132 kHz und 80/132 kHz) sowie der Multifrequenz-Ausführung (40/80/132 kHz) steht mit 2000 Watt die doppelte Leistung als bisher zur Verfügung.