Ultraschallschweißen Marke Eigenbau

»Wir liefern nie Komplettanlagen nur das Herz der Anlage, den Schweißkopf, die Sonotroden und den Generator«, trägt der Geschäftsführer der Individualität der Branche Rechnung. 28 Ultraschallgeräte hat der Unternehmer aus Grävenwiesbach inzwischen in der Solarbranche verkauft – davon sind drei beim israelischen Hersteller Chromagen und acht bei Greenonetec in Österreich im Einsatz. Die meisten seiner Kunden bauen die Maschinen um den Ultraschallschweißkopf selber. 

Firmenkooperation: Der Ultraschallschweißgenerator dieser Vollflächenabsorber-Schweißanlage stammt von Stapla, die Sondermaschine zum automatischen Handling der Bleche von Holmatec

In Ausnahmefällen arbeitet Steckmann mit der Salzbergener Firma Holmatec zusammen, die das Herzstück in eine Komplettmaschine für das Schweißen von Vollflächenabsorber einbaut und an den Kollektorhersteller liefert. »Die Solarindustrie ist für uns ein interessantes Geschäftsfeld«, bestätigt Geschäftsführer Heribert Große-Flechtlen, der seinen Hauptumsatz mit Sondermaschinen für die lebensmittelverarbeitende Industrie macht. Vier Ultraschallschweißanlagen für Vollflächenabsorber hat Holmatec bisher ausgeliefert, die letzte ging an den österreichischen Kollektorhersteller Böhm Absorber Tech GmbH, A-Kirchdorf, und wurde dort Anfang Juli in Betrieb genommen. »Neu und auch weltweit erstmalig ist eine revolutionäre Zubringtechnik, die uns ermöglicht sowohl Mäander- als auch Harfenabsorber zu produzieren«, so wird im Prospekt für die neue Ultraschall-Schweißanlage geworben. Was steckt hinter dieser angeblich revolutionären Technik? »Wir nutzen den Schweißkopf optimal aus, in dem wir das Blech zum Ultraschallschweißkopf führen und nicht umgekehrt«, beschreibt Böhm-Geschäftsführer Manuel Grundner die Anordnung. Die Transporttechnik besteht aus zwei Rollteppichen mit getrenntem Antrieb, die in einem ovalen Kreis laufen. Während der eine Rollteppich das Blech unter dem Schweißkopf durchführt, kann Rohrregister und Blech an der Einlagestelle auf dem zweiten Rollteppisch über Vakuumsauger fixiert werden. Ist das Blech fertig geschweißt, wird es entnommen und der Rollteppich läuft unter der Maschine durch zurück zur Einlegestelle. Damit verliert man wenig Zeit mit dem Handling und das Verhältnis Schweißzeit zu Nichtschweißzeit ist optimal.

Ein weiterer Unterschied betrifft die Spannvorrichtung. Normalerweise wird bei Ultraschallschweißanlagen für Vollflächenabsorber das ganze Rohrregister von unten mit Spannbacken gehalten bevor der Ultraschallschweißkopf das Rohrregister abfährt. In diesem Fall müssen bei einer Umstellung des Rohrabstandes alle Spannbacken neu positioniert werden. Im Fall Böhm wird jeweils nur das eine Rohr des Registers gespannt, das gerade geschweißt wird. Ist der Schweißkopf über die Nahtstelle gelaufen, lassen die Spannbacken das Rohr los, das Rollband läuft den voreingestellen Rohrregisterabstand weiter und das nächste Rohr wird während des Schweißvorgangs wieder eingespannt. Änderungen bei der Form des Rohrregisters oder der Rohrabstände sind hier über die Steuerung einfach zu bewerkstelligen.

Das Herzstück der Böhmschen Anlage stammt von der Stapla Ultraschall-Technik GmbH, dem zweiten deutschen Anbieter von Ultraschallschweißgeneratoren. Der internationale Vertriebsleiter Herbert Holzweißig verkaufte seine erste Maschine 1992 an den griechischen Kollektorhersteller Foco. Seitdem lieferte das Kelsterbacher Unternehmen rund 40 Ultraschallschweißgeneratoren an die Solarindustrie. Zur Produktpalette gehören die einfache Variante Solstar für die stationäre Absorberstreifen-Fertigung sowie das RM 20 Rollnaht-Schweißmodul zum Endlosschweißen von Kupfer-Absorberflächen bis zu 6 m Länge.

Amplitudenkontrolle ist Standard

Der dritte Anbieter von Ultraschallschweiß-Anlagen für die Solarindustrie ist die Erlanger Telsonic GmbH, wie auch Stapla breit aufgestellt im Bereich Metall- und Kunststoffschweißen. »Wir vertreiben ausschließlich Ultraschallschweißköpfe und Generatoren aus eigener Entwicklung und eigener Fertigung«, betont Wolf-Rüdiger Behnke, Vertriebsleiter im Bereich Metallschweißen bei Telsonic. Bei Komplettlösungen für die Absorberhersteller arbeitet Telsonic mit Sondermaschinenbauern zusammen.

Sämtliche Ultraschweiß-Systeme der Telsonic-Gruppe mit dem Hauptsitz im Schweizer Bronschhofen sind standardmäßig mit einer Überwachung der abgegebenen Energie versehen. Druck, Schwingungsamplitude und Geschwindigkeit des Ultraschallkopfes können während des Schweißens kontinuierlich geregelt werden. Auch Steckmann bietet seit letztem Jahr eine solche Regelelektronik an. »Damit können wir Verunreinigungen oder Oxide auf der Oberfläche des Bleches feststellen und die Amplitude innerhalb von Millisekunden nachregeln, so dass auf jeden Fall eine ausreichende Verschweißung entsteht«, erklärt Steckmann das neue Verfahren, das bei bestehenden Anlagen nachgerüstet werden kann.

Wie reagieren nun die Absorberhersteller auf das Problem der störenden Oxide auf den Metalloberflächen. »Wir haben damit keine Probleme«, antwortet Gerhard Rabensteiner, kaufmännischer Geschäftsführer bei Greenonetec. Die Kupferrohre werden bei dem österreichischen Hersteller vor dem Schweißvorgang mechanisch gereinigt, anschließend optisch kontrolliert und stichprobenweise Abzugstests gemacht.

Oxide auf der Oberfläche hält Solar Diamant-Geschäftsführer Gerold Wenisch für ein Qualitätsproblem beim Ultraschallschweißen. Amplitudenregelung sei Standard, doch auf eine gründliche Reinigung der beiden zu verschweißenden Metallflächen – Absorberunterfläche und Rohroberfläche – will der Wettringener Hersteller nicht verzichten: »Wir haben einen eigenen Reinigungsschritt in die automatisierte Fertigung eingebaut.« Außerdem musste Wenisch feststellen, dass die Qualität der Verbindung auch erheblich von der Schweißkopfführung also der maschinenbautechnischen Seite abhängig ist.

Solar Diamant stieg 1996 als eine der ersten deutschen Kollektorhersteller in die Ultraschallschweißtechnik ein. »Inzwischen haben wir die damals von Holmatec und Stapla gelieferte Anlage komplett umgebaut«, so Wenisch. Solar Diamant arbeitet mit zwei Tischen und einem in drei Achsen beliebig schwenkbaren Schweißkopf. Während das auf einem Tisch festverspannte Rohrregister und der Vollflächenabsorber geschweißt werden, kann am zweiten Tisch der nächste Absorber vorbereitet werden.

Bei der Anwendung der Ultraschall-Technik für die Absorberfertigung musste Solar Diamant einiges Lehrgeld bezahlen. »In unserem edelgasgefüllten Kollektor können wir uns keinerlei Lecks durch Schnitte und Löcher in der Absorberplatte leisten«, beschreibt Wenisch die Herausforderung. Das nun zur Erzeugung gasdichter Absorberplatten optimierte Ultraschallschweiß-Verfahren führt der Geschäftsführer nicht gerne vor. Steckmann behält also Recht: Es wird auch weiterhin viele individuelle Lösungen für den Einsatz der Ultraschallschweißtechnik in der Absorberfertigung geben.