Ultraschallschweißen

Das Ultraschallschweißen ist ein Verfahren, mit dem sich Kunststoffe zusammenfügen lassen. Daneben ist es möglich, auch Metalle damit zu verschweißen. So wird dieses Verfahren in der Elektrotechnik verwendet, um Mikrochips zu verdrahten.

Die Hitze, die für das Aufschmelzen der Werkstoffe benötigt wird, wird beim Ultraschallschweißen durch hochfrequente, mechanische Schwingungen erzeugt. Diese Schwingungen werden durch den Ultraschall in den Werkstoffen selbst erzeugt. Die Hitze entsteht dabei durch die Molekularreibung innerhalb der Bauteile. Das bedeutet auch, dass das Ultraschallschweißen sich der Gruppe der Reibschweiß-Varianten zurechnen lässt.

Schweißen – Geräte

Für den Prozess werden mehrere Geräte bzw. Baugruppen benötigt. Dazu gehören ein Generator, ein Schwinggebilde, zum Beispiel ein Konverter, und ein Amboss. Der Generator hat die Aufgabe, die Ultraschallfrequenz zu erzeugen. Dafür wandelt er die vorhandene Netzspannung in eine Hochspannung mit Hochfrequenz um.

Ein abgeschirmtes Kabel überträgt die elektrische Energie dann zu dem Konverter, der als Ultraschallwandler fungiert. Der Konverter nutzt den piezoelektrischen Effekt, nach dem sich Kristalle innerhalb eines Wechselfeldes ausdehnen und wieder zusammenziehen. Das bewirkt eine mechanische Schwingung. Über ein Amplitudentransformationsstück wird nun die Schwingung auf die verwendete Sontrode übertragen.

Mit der Sonotrode werden die erzeugten Schwingungen nun mittels Druckes auf den Werkstoff gerichtet. In diesem kommt es nun zur Molekularreibung, die dann zur Entstehung der Wärme führt.

Beim Ultraschallschweißen von Kunststoff lässt die an der Berührungsstelle erhöhte Temperatur den Kunststoff erweichen. Das führt dazu, dass der Dämpfungsfaktor des Materials zunimmt, was nun wiederum die Erwärmung verstärkt. Daraus entsteht ein Kreislauf, der einen raschen Wärmeanstieg bewirkt. Damit ergeben sich sehr geringe Schweißzeiten, was wiederum für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sorgt.