Ultraschallschweißen für thermoplastische Materialien

Das Verfahren des Ultraschallschweißens (EN ISO 4063: Prozess 41) kommt beim Verfügen von thermoplastischen Kunststoffen wie Folien und Verbundstoffen sowie metallischen Werkstoffen wie Kupfer, Aluminium zum Einsatz.

Schweißen mit Ultraschallgenerator und Sonotrode

Das Prinzip des Ultraschallschweißens basiert auf hochfrequenter Energie, die mittels eines Generators aus eingehender Netzspannung erzeugt wird. Die Energie wird über den Konverter (Ultraschallwandler) in mechanische Schwingungsenergie verwandelt. Die Verbindung zwischen Ultraschallgenerator und dem Werkstück wird durch eine Sonotrode hergestellt. Wichtig ist dabei, dass die Sonotrode so am Werkstück anliegt, dass die Schallübertragung perfekt gewährleistet wird. Schon eine kleine seitliche Verschiebung kann die Schweißleistung reduzieren.

Plastifizierung durch Molekular- und Grenzflächenreibung

Unterschiedliche Werkstücke erfordern unterschiedliche Sonotroden. Diese sind meist aus Titan, Stahl oder Aluminium gefertigt. Die mechanischen Schwingungen verursachen dann in der Fügezone des Werkstücks Reibung zwischen den Molekülen. Die entstehende Wärme erweicht den Kunststoff bzw. schmilzt das Metall auf. Durch den Fügedruck entsteht eine homogene Verfestigung, die je nach Form der Sonotrode und des Ambosses gestaltet ist. Nach der Abkühlung erfolgt die Verfestigung. Beim Ultraschallschweißen können sowohl punktuelle Schweißungen als auch Nahtschweißungen vorgenommen werden.

Phasen des Ultraschallschweißens

Der Ultraschallschweißvorgang gliedert sich grundsätzlich in drei Phasen: Nach dem Anschmelzen des Energierichtungsgebers in der ersten Phase folgt in der Abschmelzphase die Verbindung von Ober- und Unterteil. In der letzten Phase kühlt das Werkstück unter Druck ab und verfestigt sich homogen.

Wesentliche Vorteile des Ultraschallschweißens

Ultraschal-Schweißnähte sind sehr fest und gut reproduzierbar. Aber die Liste der Vorteile dieser Schweißmethode ist noch länger:

  • Umweltfreundliche Technologie, da keine Klebstoffe benötigt werden und der Energiebedarf gering ist
  • Sehr schnelle Fertigungszeiten
  • Verschweißung von unterschiedlichsten thermoplastischen Materialien wie PVC, PP, PE, PET etc. und Folien, Gewebe und Vliese
  • Schweißnähte sind wasser- und luftundurchlässig und daher ideal für die Versiegelung von Verpackungen geeignet
  • Die Schweißwerkzeuge sind kalt und die zu verpackende Ware wird nicht erhitzt

 

Einsatzgebiete des Ultraschallschweißens

Ultraschallschweißen ist in der Industrie in vielen Bereichen wichtig:

  • In der Textilindustrie zum Verschweißen von Geweben
  • In der Automobilindustrie zum Verbinden von Kabelbäumen
  • In der Medizintechnik zum Verschweißen von Einmalverpackungen
  • In der Verpackungsindustrie zum Versiegeln von Kunststoffverpackungen
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