Beim Ultraschallschweißen wird Ultraschall-Kunststoffschweißtechnologie verwendet, die hochfrequente elektrische Energie durch Ultraschallwandler in mechanische Schwingungsenergie umwandelt und dann die mechanische Schwingungsenergie nach Änderung ihrer Amplitude durch ein Bannergerät an den Schweißkopf überträgt. Wenn sich der Schweißkopf der Oberfläche des verarbeiteten Produkts nähert, werden automatisch Ultraschallwellen erzeugt, die hochfrequente Schwingungen mit Mikroamplitude auf der Oberfläche des verarbeiteten Produkts verursachen. Durch Reibung mit der Oberfläche des verarbeiteten Produkts wird Wärme umgewandelt, die das verarbeitete Produkt vor dem Verschmelzen schmilzt. Aufgrund des Punktschweißvorgangs ist das Schweißen relativ perfekter und durch Austauschen des Schweißkopfs können unterschiedliche Schweißeffekte erzielt werden.
Wie funktioniert Ultraschallschweißen?
Treffen Ultraschallschwingungen auf ein Material (z. B. Kunststoff), geraten Molekülketten in Schwingungen. Die Moleküle geraten in Bewegung und reiben aneinander. Dabei entsteht Energie (sogenannte Reibungswärme). Bei thermoplastischen Materialien kann dieser Vorgang zum Schmelzen führen. Dieses Prinzip macht sich das Ultraschallschweißen zunutze. Nach einer kurzen Haltezeit unter zusätzlichem Druck können im Verbindungsbereich unterschiedliche Materialien (Bauteile) auf molekularer Ebene miteinander verschweißt werden.
Wofür eignet sich Ultraschallschweißen?
Das Ultraschallschweißen erfolgt innerhalb von Sekunden, ohne dass Hilfswerkzeuge wie Klebstoffe oder Schrauben erforderlich sind. Ultraschall wird beispielsweise bei der Herstellung von Verpackungen, Autoteilen, Spielzeugen usw. eingesetzt, um:
1. Verbinden von Spritzgussteilen (z. B. Spielzeug)
2. Eingebettete Membranen (z. B. Filtermembranen für medizinische Komponenten)
3. Integration von Leder, Vliesstoffen und Textilien (z. B. Luftfilter in Autos)
4. Stapeln unterschiedlicher Materialien (zB für Airbags)
5. Verwenden Sie Umformtechniken, um Steckverbinder mit Formanpassungen herzustellen (z. B. Magnetkontakte in Ladegeräten).
6. Senkbuchse und Magnet (zB gekapselter Magnet zur Sensorbetätigung)
Ultraschall-Schweißsystem:
Das komplette Ultraschallschweißsystem besteht aus verschiedenen Komponenten. Aktive Komponenten erzeugen Vibrationen, übertragen Vibrationen und übertragen sie auf Schweißverbindungen. Die passiven Komponenten absorbieren die erzeugte Kraft und fixieren die Komponenten in geeigneten Positionen, insbesondere an den Schweißverbindungspunkten, an denen die tragenden Komponenten miteinander verbunden sind.
Komponenten:
Ultraschallgenerator
Ultraschallwandler
Ultraschall-Amplitudenhebel
Ultraschall-Werkzeugkopf
Die Kombination aus Wandlern, Amplitudenstäben und Ultraschallgeneratoren bildet einen sogenannten Stack.
Prozesstechnologie: Prinzip der Energiefokussierung:
Um die Bauteile präzise zu schmelzen, ist es notwendig, die Schwingungsenergie an einem Punkt zu konzentrieren. Dies nennt man Energiefokussierung. An diesem Punkt ist die Wärmeentwicklung am stärksten und es kommt zum Schmelzen – ein Schweißprozess mit niedriger Energie.
Arten der Energiefokussierung:
Alles ist eine Frage der Form: Damit die Schwingungsenergie am richtigen Punkt zusammenläuft, muss die geometrische Form der zu schweißenden Teile oder Werkzeuge entsprechend gestaltet sein. Bei der Fokussierung der Bauteilintegration fokussiert ein Energiedirektor (ED) die Energie auf das Material selbst. Bei der geometrischen Form des Fokussierungswerkzeugs ist die Form des Werkzeugs für eine bestimmte Anwendung geeignet.
Welche Materialien können mit Ultraschallwellen geschweißt werden?
Grundsätzlich lassen sich die meisten thermoplastischen Materialien (Kunststoffe, die durch Erhitzen verformbar sind) mit Ultraschallwellen schweißen. Je härter das Material, desto besser. Neben Kunststoff eignen sich auch verschiedene Nichteisenmetalle wie Aluminium, Nickel, Messing und Kupfer zum Ultraschallschweißen.