Ultraschall, eine vielseitig einsetzbare, höchst innovative Technologie!

Beim Verschweißen von thermoplastischen Materialien mittels Ultraschallenergie wird eine untrennbare Verbindung von zwei oder mehreren Teilen hergestellt. Jede herzustellende Verbindung bedarf einer schweißnahtgerechten Gestaltung in Bezug auf das Material, die Geometrie und die Lage der zu verbindenden Bauteile. Daher gilt, je besser die Schweißverbindungsauslegung, desto reproduzierbarer und risikoarmer ist die Umsetzung der Verbindung in den Schweißanlagen.

Funktionsweise des Ultraschallschweißens:

Die von einem Generator erzeugte hochfrequente Wechselspannung wird über den Konverter in mechanische Schwingungsenergie gleicher Frequenz umgewandelt. Mittels der dadurch erzeugten Molekular- und Grenzflächenreibung wird entsprechend Wärme erzeugt, die den Kunststoff plastifizieren lässt. Mit entsprechendem Druck werden die Bauteile dann zusammengefügt. Das für diesen Prozess benötigte Schwinggebilde besteht aus einem Konverter, einem Booster (Amplitudenverstärker) sowie einer Sonotrode, welche in Resonanz arbeitet.

Zum Verschweißen geeignete Bauteile:

Als Bauteile sind theoretisch alle thermoplastischen Kunststoffe, amorphe und teilkristalline Polymere zum Verschweißen denkbar, wobei sich das Schweißverhalten der Kunststoffe erheblich differenzieren kann. Amorphe und teilkristalline Polymere lassen sich beispielsweise nicht miteinander verschweißen. Harte, amorphe Kunststoffe wie z.B. PC, PS und PMMA haben hingegen einen günstigen Übertragungskoeffizienten für Ultraschallenergie. Teilkristalline Kunststoff wie z.B. PA, PP und POM haben dagegen einen hohen akustischen Dämpfungsfaktor.

Mögliche Verbindungsarten mittels Ultraschall:

Flächenschweißen:
Das Flächenschweißen kommt dort zum Einsatz, wo eine flächige oder eine umlaufend dichte Verschweißung erforderlich ist. Um zwei Bauteile flächig miteinander zu verschweißen, ist eine Schweißnahtgestaltung mittels Energierichtungsgebern erforderlich.

Punktschweißen:
Diese Methode zur Verschweißung wird überwiegend dort eingesetzt, wo z.B. flächige Teile ohne Schweißnahtvorbereitung miteinander verbunden werden müssen. Beide zu fügende Bauteile müssen jedoch planparallel, ohne Spalt, aufeinander liegen. Die Wandstärke des unteren Teils sollte nicht zu klein sein. Die Sonotrode sollte möglichst rechtwinklig zur Schweißfläche positioniert werden, um ein verschieben der Schweißteile während des Prozesses zu verhindern.

Zapfenschweißen:
Zapfenschweißen ist eine Art der Quetschnahtverbindung und wird dort angewendet wo z.B. dünne Stege eine andere Art der Schweißnaht ausschließen. Durch die Zapfen zentrieren sich die Bauteile beim Fügen von selbst. Beim Schweißprozess dringt die Schmelze in die Hohlstelle des Körpers, somit ist kein Schweißaustrieb sichtbar. Der Vorteil liegt in der geringen Schweißzeit und dem damit verbundenen geringen Energiebedarf.

Nieten:
Ultraschallnieten bietet die Möglichkeit, schweißbare Kunststoffe mit Metallen oder nicht schweißbaren Kunststoffen zu verbinden. Eine feste Verbindung kommt durch überwinden der Rückstellelastizität zustande. Der Vorteil ist der kleine Erwärmungsbereich, der eine thermische Überlastung des Bauteils ausschließt. Zudem wird die in dem Schweißprozess erzeugte Wärme durch die Masse der Sonotrode rasch abgeführt.

Bördeln:
Das Bördeln wird oft eingesetzt, wenn das Anspritzen eines Nietzapfens an das Kunststoffteil nicht möglich ist. Die Prozesszeiten entsprechen den Nietzeiten. Wichtig ist hier, dass das plastifizierte Material nach dem Schweißen unter Druck unter der Sonotrode auskühlt. Somit ist eine Rückstellung des Bauteils ausgeschlossen.

Ultraschallschweißen im Vergleich:

Das Verfahren des Ultraschallschweißens ist im Vergleich zu anderen Verbindungstechnologien nicht nur schnell und effizient, sondern ebenso umweltfreundlich. Entsprechend ist diese Technologie am Markt aufgrund kurzer Zykluszeiten und einen geringen Energiebedarf beständig etabliert.

Hier finden Sie eine Übersicht über unsere Ultraschallanlagen sowie unsere Standard-Ultraschallmaschinen MTV-SUS.