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Technologie

Das Ultraschallschweißen ist eine schnelle und wirtschaftliche, stoffschlüssige Fügetechnik für Thermoplaste in der industriellen Serienfertigung von qualitativ hochwertigen Kunststoffformteilen.

BRANSON Ultraschall informiert über das Ultraschallschweißen

Das Schweißen von Thermoplasten mittels Ultraschall hat mit der zunehmenden Verbreitung von Kunststoffen und sauberen, einfachen Umsetzung dieser Fügetechnologie schnell auf breiter Basis etablieren können. Es ermöglicht eine reproduzierbare und langzeitige Verbindung verschiedenster Halbzeuge und Formteilhälften, wobei ihre Unlösbarkeit (beispielsweise um eine spätere Demontage und Reparatur bewusst zu verhindern) zu dieser Marktdurchdringung beigetragen hat. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Herstellung von Einmalhygieneprodukten, etwa in der Medizintechnik.

Von der Erzeugung bis zur Einwirkung des Ultraschalls lassen sich vier Schritte unterscheiden:

  1. Ein Ultraschallgenerator erzeugt aus der Netzversorgung (220 V, 50 Hz)hochfrequente elektrische Wechselspannungen in einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 40 kHz.
  2. Der angeschlossene piezoelektrische Konverter wandelt diese in mechanische Längsschwingungen.
  3. Deren Amplitude wird über den Booster, ein rein mechanisches Transformations- und Verstärkungselement, an die Erfordernisse der Applikation angepasst.
  4. Schlussendlich überträgt die Sonotrode diese hochfrequenten Oszillationen auf die Fügefläche.

Unter Einwirkung einer äußeren Kraft werden diese Schwingungen durch Reibrelativbewegungen in der Kontaktfläche und Dämpfungseffekte im Kunststoff in Wärme umgesetzt. Aufgeschmolzenes Material von beiden Fügepartnern vermengt sich und bildet nach Abkühlung eine homogene Verbindung aus. Die Schmelzeschicht – und damit auch die resultierende Nahtfestigkeit – kann dabei durch eine Profilierung der einwirkenden Amplitude und Fügekraft positiv beeinflusst werden. Kommerziell verfügbare Ultraschallschweißsysteme werden entweder als kompakte Integrationseinheiten, frei stehende Standardmaschinen oder komplette Sonderanlagen ausgeführt und in der Serienproduktion eingesetzt. Der Schweißprozess selbst ist sehr schnell, energieeffizient und umweltfreundlich, zumal keine Zusatzstoffe benötigt werden, Abgesehen vom flächigen Verbinden kann der Ultraschallprozess zum Nieten, Bördeln, Punktschweißen oder Einbetten (von metallischen Inserts) verwendet werden. Andere Einsatzgebiete sind das Trennen und Besäumen thermoplastischer Folien und Gewebe sowie das rückstandsfreie Schneiden in der Lebensmittelproduktion.

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