Ultraschallschweißen für Atemschutz: Zusammenhalt in der Corona-Krise

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Ultraschallschweißen für Atemschutz: Zusammenhalt in der Corona-Krise

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Atemschutz-und OP-Masken können auch in Deutschland gefertigt werden. Effiziente Verbindungstechnologien wie das Ultraschallschweißen und die Zusammenarbeit unterschiedlicher Unternehmen machen es möglich.
Ultraschallschweißen für Atemschutzmasken

Quelle: Weber Ultrasonics AG

  • Seit der Ausbreitung des Corona-Virus sind Atemschutz- und OP-Masken oft Mangelware.
  • Die Weber Ultrasonics AG fertigt Masken und Mundschutz jetzt in Deutschland, unterstützt von weiteren Unternehmen.
  • Ultraschallschweißen spielt bei der Herstellung von OP- und Atemschutzmasken eine wichtige Rolle als zuverlässige und effiziente Verbindungstechnologie.

Beim Gedanken an OP- und Atemschutzmasken, die derzeit überwiegend in Asien produziert werden, fällt einem Ultraschall sicher nicht als erstes ein. Und doch spielt das Ultraschallschweißen bei der Herstellung dieser Produkte eine wichtige Rolle. Als Technologieanbieter für Equipment zur Maskenherstellung, fertigt die Weber Ultrasonics AG Masken und Mundschutz jetzt in Deutschland. Möglich machte dies die schnelle und tatkräftige Unterstützung weiterer Unternehmen sowie das große Engagement der eigenen Mitarbeiter.

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 Atemschutzmasken 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.

Die FFP-Masken werden nach dem Tiefziehen mit Ultraschall an den Rändern verschweißt. Bildquelle: Weber Ultrasonics AG

Ultraschallschweißen: 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 mit Ultraschallschweißen 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.

Die entsprechend den Normen für Schutzklasse FFP3 gefertigte Atemschutzmasken wird eine beschleunigte Prüfung von Corona-Virus-Pandemie-Atemschutzmasken (CPA) für Deutschland durchgeführt. Bildquelle: Weber Ultrasonics AG

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“.

Bild oben: Um schnell mit der Produktion der Atemschutzmasken beginnen zu können, lieferten verschiedene Unternehmen erforderliches Equipment für das Tiefziehen der Vliesstoffe. Bildquelle: Weber Ultrasonics AG

Weitere Informationen: www.weber-ultrasonics.com

Erfahren Sie hier mehr über eine ungewöhnliche Kooperation für die Herstellung von Schutzmasken.

Lesen Sie auch: „Projekt ViRAI: Wie Konstrukteure von morgen mit Virtual Reality lernen“

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