Prinzip / Theorie des Ultraschallschweißens
Ultraschallschweißen, auch als Ultraschallbindung bekannt, ist ein Prozess, bei dem hochfrequente (Ultraschall-) Schallwellen auf zwei oder mehr Werkstücke angewendet werden, die unter Druck zusammengehalten werden, um sie zu einem einzigen Stück zu verschmelzen. Das Ultraschallschweißen, das üblicherweise zum Verbinden von Kunststoffteilen verwendet wird, insbesondere von Teilen aus verschiedenen Kunststofftypen, verbindet die einzelnen Werkstücke dauerhaft, ohne dass Klebstoffe oder mechanische Befestigungselemente erforderlich sind.
Das Ultraschallschweißen ist eine industrielle Technik, bei der hochfrequente akustische Ultraschallschwingungen lokal auf Werkstücke angewendet werden, die unter Druck zusammengehalten werden, um eine Festkörperschweißung zu erzeugen. Es wird üblicherweise für Kunststoffe und Metalle und insbesondere zum Verbinden unterschiedlicher Materialien verwendet. Beim Ultraschallschweißen sind keine Verbindungsbolzen, Nägel, Lötmaterialien oder Klebstoffe erforderlich, um die Materialien miteinander zu verbinden. Bei der Anwendung auf Metallen ist ein bemerkenswertes Merkmal dieses Verfahrens, dass die Temperatur deutlich unter dem Schmelzpunkt der beteiligten Materialien bleibt, wodurch unerwünschte Eigenschaften verhindert werden, die sich aus der Exposition der Materialien bei hohen Temperaturen ergeben können.
Wie funktioniert das Ultraschallschweißen?
Jeder Ultraschallschweißvorgang hängt von den zu verbindenden Kunststoffen, der Form der Werkstücke und anderen Faktoren ab. Der Gesamtprozess ist jedoch im Allgemeinen der gleiche. Die zu beschallenden Teile werden zusammengefügt und zwischen einem Metallnest, das sie an Ort und Stelle hält, und einer Metallsonotrode oder einem Horn eingeklemmt.
Das Horn ist mit einem Wandler verbunden, der extrem schnelle Vibrationen erzeugt. Das Horn überträgt diese Vibrationsbewegung auf die Werkstücke, gegen die es gedrückt wird. Durch die Vibrationen schmilzt der Kunststoff leicht, und der vom Nest ausgeübte Druck verschmilzt sie zu einer Verbindung. Typischerweise ist der Grenzflächenbereich, in dem die beiden Teile zusammenkommen, speziell dafür ausgelegt, die Schmelz- und Verbindungsprozesse zu erleichtern. Nachdem die Teile richtig zusammengefügt wurden, hören die Vibrationen auf und der Kunststoff kühlt sehr schnell ab, wodurch eine unglaublich starke Verbindung entsteht.
