Wie Ultraschallschweißen funktioniert

Baugruppen, die keine Verbindungs- oder Befestigungselemente wie Nägel, Bolzen, Klebstoffe oder Lötmittel benötigen, um die Materialien miteinander zu verbinden, haben den Vorteil, dass sie weniger Schwachstellen aufweisen. Selbst während der Montage werden viele Komponenten aufgrund von Verbindungsfehlern wie abgerissenen Gewinden oder Schäden am Schraubenkopf verschrottet.

Das Ultraschallschweißen überwindet diese Fertigungsherausforderungen und geht noch einen Schritt weiter. Es ist eines der wenigen Schweißverfahren, das unterschiedliche Materialien wie Kunststoff und Metall miteinander verbinden kann.

Vorteile von Ultraschallschweißen

Ultraschallschweißen nutzt die Wärme, die durch mechanische Bewegung mit hoher Frequenz erzeugt wird, um zwei Materialien effektiv zu schweißen oder zu verbinden. Der Prozess wandelt hochfrequente elektrische Energie zusammen mit Kraft in hochfrequente mechanische Bewegung um. Der gesamte Prozess erzeugt genügend Reibungswärme, um Kunststoffmaterialien zu schmelzen und miteinander oder mit anderen Materialien zu verbinden.

Der Hauptvorteil des Ultraschallschweißens besteht darin, dass es eine sehr saubere, dichte und hochwertige Versiegelung ohne die Verwendung von Füllmaterialien wie Klebstoff oder Lot erzeugt. Das Ergebnis ist ein Produkt ohne sichtbare Nähte an Verbindungsstellen, was zu einem Produkt führt, das optisch ansprechender und hygienischer ist.

Das Ultraschallschweißen ist auch ein schnelleres Verfahren, da kein Mitarbeiter oder keine Maschine benötigt wird, um sowohl das Befestigungselement als auch das Werkzeug zu handhaben. Die höhere Produktivität und die niedrigeren Produktionskosten führen zu mehr Gewinn für die Hersteller.

Und das Ultraschallschweißen schlägt andere Verbindungsmethoden ohne Verbindungselemente wie Kleben, Schweißen oder Löten, da es keine Aushärte- oder Trocknungszeit gibt. Heutzutage sind Ultraschallschweißprozesse hochgradig automatisiert, was zu Kosteneinsparungen bei der Arbeitskraft führt. Die daraus resultierenden höheren Gewinne sind direkt an die Herstellung von Produkten durch Ultraschallschweißen gebunden, die zu wettbewerbsfähigen Preisen und mit höherer Qualität verkauft werden können.

Was ist der Unterschied zwischen Ultraschallschweißen und Vibrationsschweißen?

Während des typischen Vibrationsschweißens von Thermoplasten bewegt sich eines der beiden Teile mit hoher Frequenz, während es unter Druck steht, um die Reibungswärme zu erzeugen, die zum Verbinden der beiden Oberflächen erforderlich ist. Diese Frequenz ist jedoch viel niedriger als die beim Ultraschallschweißen verwendeten Frequenzen.

Beim Ultraschallschweißen wird elektrische Energie in Vibrationsenergie von etwa 20 kHz (am weitesten verbreitet) oder 40 kHz (verwendet für kleine, empfindliche Teile) umgewandelt. Vergleichen Sie dies mit den meisten industriellen Vibrationsschweißmaschinen, die mit Schweißfrequenzen von 120–240 Hz arbeiten.

Auch die Amplitude (das Maß der Vibration oder Oszillation, gemessen von der Gleichgewichtsposition) beim Vibrationsschweißen ist größer, typischerweise zwischen 0,4 und 1,8 mm. Im Gegensatz dazu sind die Ultraschallschweißamplituden viel kleiner, zwischen 25 und 125 Mikrometer oder 0,025–0,125 mm.

Je niedriger die Wellenamplitude, desto höher die Frequenz, was zu einer schnelleren und qualitativ besseren Schweißnaht führt. Tatsächlich können die Schweißzeiten für Ultraschallprozesse zwischen 1 und 3 Sekunden liegen, während das gleiche Vibrationsschweißen einen Zyklus im Bereich von 5 bis 10 Sekunden benötigen würde.

Ultraschallschweißen wird für kleinere Teile unter 6 Zoll und sogar elektronische Miniaturkomponenten empfohlen. Dies ist einer der größten Vorteile, da so viele unserer elektronischen Produkte auf gute Schweißnähte an extrem kleinen Teilen wie Ohrstöpseln und vielen Luft- und Raumfahrt- und Automobilkomponenten sowie medizinischen Produkten angewiesen sind.

Beste Verwendung von Ultraschallschweißen

Ultraschallschweißen wird wegen seiner Fähigkeit, Thermoplaste miteinander zu verbinden, ohne eine Naht zu hinterlassen, in einigen überraschenden Anwendungen verwendet. Sportschuhe, Gummireifen und Plastiksäcke sind einige Verbraucherprodukte, die mit dieser kostengünstigeren Tischlermethode hergestellt werden.

Die medizinische Industrie benötigt medizinische Geräte aus Gummi und Kunststoff, die keine Nähte haben, wodurch sie hygienischer und leichter zu reinigen sind. Und diese Artikel bleiben leicht, da diese Art von Schweißprozess kein anderes Material benötigt, um die Verbindung zu sichern. Es ist das Gerätematerial selbst, das verwendet wird, um eine dichte, vollständig dichte Verbindung auf einer Vielzahl von medizinischen Geräten und Produkten zu bilden.

Die Computer- und Elektronikindustrie profitiert von Gehäusen, die aufgrund der durch Ultraschallschweißen erzeugten Abdichtung etwas Feuchtigkeit standhalten können. Die in Leiterplatten, Kabelverbindungen und Kabelbändern verwendeten thermoplastischen Verbindungen sind durch diese Art des Schweißverfahrens von besserer Qualität und zuverlässiger.

Ultraschall-Befestigungs- und -Schneidprozesse wurden automatisiert, wodurch viele der Fehler beseitigt wurden, die durch herkömmliche Herstellungsmethoden bei kleinen, komplexen oder empfindlichen Baugruppen verursacht wurden. In der gesamten Automobil-, Schiffs- und Luftfahrtindustrie hat das Ultraschallschweißen zu einer schnelleren Produktion und einer besseren Qualitätssicherung geführt.

STE für Ultraschallschweißen

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