Ultraschallschweißen

Das Ultraschallschweißen ist ein Verfahren zum Fügen von Kunstoffen. Grundsätzlich können nur thermoplastische Kunststoffe geschweißt werden. Wie bei allen anderen Schweißverfahren, muss an der Schweißstelle das Material durch zuführen von Wärme aufgeschmolzen werden. Beim Ultraschallschweißen wird die zum Schweißen erforderliche Wärme durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erzeugt. Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens ist, dass die zum Schweißen notwendige Wärme zwischen den Bauteilen durch molekular- und Grenzflächenreibung in den Bauteilen entsteht. Somit gehört das Ultraschallschweißen zur Gruppe des Reibschweißens.

Das Ultraschallschweißgerät besteht im wesentlichen aus den Baugruppen:

  • Generator
  • Schwinggebilde (Konverter, Amplitudentransformationsstück, Sonotrode)
  • Amboss

Erzeugt wird die Ultraschallfrequenz mit Hilfe des Generators. Dieser wandelt die Netzspannung in eine Hochspannung und Hochfrequenz um. Durch ein geschirmtes Kabel wird die elektrische Energie zu einem Ultraschall – Wandler, dem sog. Konverter übertragen. Der Konverter arbeitet nach dem piezoelektrischen Effekt, bei dem die Eigenschaft bestimmter Kristalle, die sich bei angelegtem elektrischen Wechselfeld ausdehnen und zusammenziehen genutzt wird. Hierdurch entstehen mechanische Schwingungen, die über ein Amplitudentransformationsstück auf die Sonotrode übertragen werden. Die Amplitude der Schwingung kann durch das Amplitudentransformationsstück in ihrer Größe beeinflusst werden. Die Schwingungen werden unter Druck auf das Werkstück übertragen, wobei durch Molekular- und Grenzflächenreibung die zum plastifizieren notwendige Wärme erzeugt wird. Durch die örtliche Temperatur beginnt der Kunststoff zu erweichen und der Dämpfungskoeffizient steigt. Die Zunahme des Dämpfungsfaktors führt zu weiterer Wärmeerzeugung, was den Effekt einer sich selbst beschleunigenden Reaktion gewährleistet. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch sehr geringe Schweißzeiten und dadurch oft hohe Wirtschaftlichkeit.

 

 

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