Zirkularreibschweißen

 

Das hermetisch dichte Hausen von elektronischen Schaltungsträgern stellt eine besondere Herausforderung dar. Der Grund ist die hohe Anzahl unterschiedlicher Anforderungen. So dürfen elektronische Komponenten durch den Schweißprozess nicht in Mitleidenschaft gezogen werden, gleichzeitig sollte die Zykluszeit gering sein und eine Partikelbildung möglichst verhindert werden. Die Erfüllung all dieser Anforderungen erfolgt in vielen Fällen durch den Einsatz des Laserdurchstrahlschweißens.

Mit dem Zirkularreibschweißen bietet die Firma PolyMerge nun eine kostengünstige Alternative ohne die Notwendigkeit spezieller Pigmentierung an. Bei diesem Verfahren wird, anders als beim Ultraschallschweißen, die Schmelzenergie durch Reibung zwischen den Fügepartnern erzeugt. Nichts Neues könnte man denken -richtig- das Prinzip ist ja bereits vom Vibrationsschweißen bekannt. Aber anders als bei dieser Technologie eignet sich das Zirkularreibschweißen für Bauteile in den Dimensionen bis ca. 100 x 100mm² sowie für nicht symmetrische Bauteile. Die erzeugte Schwingung ist eine harmonische kreisförmige Bewegung ähnlich der eines Exenterschleifers. Der Vorteil hierbei sind die deutlich geringeren Beschleunigungsbelastungen. Das Werkzeug und damit der obere Fügepartner führen eine kontinuierliche Bewegung aus, ohne regelmäßig in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt zu werden. Hierdurch entsteht eine umlaufend identisch aussehende Schweißnaht. Es können im Oberwerkzeug Sensorik und Aktorik realisiert und auch Bauteile bearbeitet werden, die einen Hinterschnitt im Schweißbereich aufweisen.

Der von PolyMerge zum Patent angemeldete Ansatz bietet sehr schnelle An- und Abschwingzeiten. Eine Partikelbildung ist zwar noch vorhanden, aber deutlich geringer ausgeprägt als bei anderen Aufbauten. Da dieses Verfahren unabhängig vom Dämpfungsverhalten des Kunststoffes funktioniert sind auch Materialien, wie Polyamid mit und ohne glasfaserverstärkt, problemlos verarbeitbar.

Zwischen den Welten…Das Zirkularreibschweißen bietet sich als sinnvolles Schweißverfahren überall da an, wo das Ultraschallschweißen aufgrund der hochfrequenten Anregung nicht zum Einsatz gebracht werden kann und das Laserschweißen aber aufgrund wirtschaftlicher- oder aus Zugänglichkeitsgründen nicht sinnvoll einsetzbar ist. Durch die vergleichsweisen hohen Frequenzen von bis zu ~300 Hz sowie durch den bidirektionalen Bewegungsablauf entstehen sehr fein ausgeprägte Schweißnähte bei kurzen Schweißzeiten von üblicherweise ~2s. Somit ist das Zirkularreibschweißen dann optimal, wenn Qualität und Wirtschaftlichkeit in Einklang gebracht werden sollen.

 

 

Circular friction welding

 

Hermetically sealing of electronic circuit carriers is a challenging task. The reason is the high number of different requirements. Electronic components must not be affected by the welding process, while at the same time the cycle time should be short and particle formation should be prevented as far as possible. In many cases, all these requirements are met by using laser transmission welding.

With circular friction welding, PolyMerge now offers a cost-effective alternative without the need for special pigmentation. In this process, unlike ultrasonic welding, the melting energy is generated by friction between the joining partners. Nothing new, you might think - right - the principle is already known from vibration welding. But unlike this technology, circular friction welding is suitable for components in dimensions up to approx. 100 x 100mm² as well as for non-symmetrical components. The generated motion is a harmonic circular movement similar to that of an excenter grinder. The advantage here are the significantly lower acceleration loads. The tool and thus the upper joining partner perform a continuous movement without being regularly accelerated in opposite directions. This results in a weld seam with an identical appearance all around. Sensors and actuators can be implemented in the upper tool and components can also be processed when having an undercut in the welding area.

PolyMerge's patent-pending approach offers very fast start-up and shutdown times. Particle formation is still present, but much less pronounced than with other setups. Since this process works independently of the attenuation behaviour of the polymer. Materials such as polyamide with and without glass fibre reinforcement can also be processed without any problems.

Between the worlds...Circular friction welding is an useful welding process wherever ultrasonic welding cannot be used due to the high-frequency excitation and laser welding cannot be used sensibly due to economic or accessibility reasons. Due to the comparatively high frequencies of up to ~300 Hz and the bidirectional motion sequence, very fine weld seams are produced with short welding times of usually ~2s. Circular friction welding is thus optimal when quality and economy are to be brought into harmony.