Ultraschallschweissen

soniKKs entwickelt und fertigt digitale Hightech-Ultraschall-Schweissgeneratoren und -Schwingsysteme für die unterschiedlichsten Anwendungen in in vielen verschiedenen Ausführungs- und Leistungsvarianten.

In der Industrie ist besonders die Anwendung Ultraschallschweissen verbreitet und wird in vielen Bereichen eingesetzt: z.B. in der Verpackungsindustrie, die mit Ultraschall die unterschiedlichsten Verpackungen verschweisst, in der Kunststofftechnik und in der Vebindungstechnik, um nur einige Beispiele zu nennen.

Ultraschallschweissen hat im Gegensatz zu anderen Verfahren den Vorteil, dass der Energieverbrauch um einiges geringer ist als bei anderen Maschinen, die zum Großteil mit dem Prinzip Wärme arbeiten. Auf Grund der hohen Stromkosten, die sich aller Voraussicht nach nicht verringern werden, hat sich der etwas höhere Preis für eine Anlage zum Ultraschallschweissen durch die eingesprten Stromkosten in kurzer Zeit amortisiert.

Die grosse Stärke unserer Systeme liegt in der modularen Bauweise. Dadurch sind die Generatoren für die verschiedensten Anwendungen im Ultraschallschweissen anpassbar.

In der Regel setzt sich ein Schweißgerät für Ultraschallschweissen aus drei Bauteilen zusammen:

• einem Generator

• einem Schwinggebilde, bestehend aus einem Konverter und einem Booster (Amplitudentransformationsstück),

• einer Sonotrode

Der Generator wandelt die Netzspannung in Hochfrequenz um, ein Kabel überträgt die Hochfrequenz zu einem Konverter, der die Leistung in Ultraschall umwandelt, wobei er mit dem piezoelektrischen oder magnetostriktivem Effekt arbeitet.

Die Piezoelektrik beschreibt, dass bei Verformungen durch mechanischen Druck auf der Oberfläche einiger Materialien elektrische Ladung auftritt, bei der Magnetostriktion entsteht die Verformung durch ein Magnetfeld.

Der Booster, das sog. Amplitudentransformationsstück, überträgt die entstandenen mechanischen Schwingungen auf die Sonotrode. Durch die Übertragung der Schwingungen auf das Werkstück unter Druck entsteht die Reibung der Moleküle an- und gegeneinander, was die notwendige Wärme erzeugt, die den Kunststoff erweicht oder aufschmilzt.

Die von einem Ultraschall-Generator erzeugten elektrischen Schwingungen werden durch den Konverter (Ultraschallwandler) in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgewandelt und über einen Booster und die Sonotrode dem Werkstück zugeleitet.

Durch die Einwirkung des Ultraschalles werden die zu verschweissenden Formteile an den Fügeflächen plastifiziert und unter Anwendung von Druck zusammengefügt.

Ultraschallschweissen für Kunststoffe ist ein Schmelzschweissverfahren. Es beruht auf einer Umwandlung von Reibungs- und Schwingungsenergie in Wärme.

Ultraschallschweissen wird  hauptsächlich im Anlagenbau, Fügetechnik, Autombilbau, Verpackungsindstrie und in sehr vielen Bereichen für die Anwendung kunststoffschweissen  eingesetzt.

Ultraschallschweissen: Vorteile

Die grosse Stärke unserer digitalen Ultraschallsysteme ist die modularen Bauweise. Dadurch sind sie für die verschiedensten Anwendungen im ultraschallschweissen anpassbar und einsetzbar.

So können z.B. eine unterschiedliche Anzahl Generatoren in Gehäuse oder Schaltschränke eingebaut werden.

Mittels Ultraschall werden in der Automobilindustrie hauptsächlich Teile im Fahrzeuginnenraum verschweisst und Kabelbäume miteinander verbunden. Wir können Ihnen Geräte für den Einbau im Ultraschall-Anlagenbau anbieten.

Verpackungsmaschinen mit Ultraschall sind als Anwendung in der Zwischenzeit sehr verbreitet, da durch Ultraschallschweissen z.B. Tetra-Paks schnell und sicher verschlossen und versiegelt werden.

Es werden auch andere Verpackungsmaschinen mit Ultraschallschweissgeräten ausgestattet.

Dank Ultraschalltechnologie können in der Textilindustrie Textilien aus thermoplastischen Geweben mit Ultraschall absolut nahtfest miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren wird auch beim Ultraschallverschweissen von Zelt- oder LKW-Planen angewandt.

Auch in der Haushaltstechnik, der Elektronik und in der Medizintechnik findet das Ultraschallschweissenl vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Meistens werden, ähnlich wie im industriellen Umfeld, auch in diesem Fall die Ultraschallgeräte in die Maschinen eingebaut.

Als Fügeverfahren für technische Thermoplaste hat sich das Ultraschallschweissen ebenfalls bewährt. Besonders geeignet ist dieses Verfahren bei der Produktion von Serienteilen bei grossen Stückzahlen.

Der Vorteil liegt hierbei:

• in der hohen Prozessgeschwindigkeit
• in der Reproduzierbarkeit der Schweiss-Ergebnisse.

Ultraschallschweissen kann praktisch bei allen thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt werden.

Im Gegensatz zur Kunststoffverarbeitung entsteht beim Verschweissen von Aluminium nur eine sehr geringe Wärme. Die Verbindung entsteht bei Aluminium durch die Verzahnung der Werkstücke nach Aufbrechen der Oxidschicht.

Insgesamt zeichnet sich das Ultraschallschweissen durch eine hohe Schweissgeschwindigkeit und eine gute Wirtschaftlichkeit aus.

Für die Anwendung Ultraschallschweissen spricht ebenfalls der erheblich geringere Energieaufwand im Vergleich zu anderen Verfahren. Ein weiterer Vorteil sind die sehr kurzen Schweisszeiten.

Ein weiterer wichtiger Punkt beim Ultraschallschweissen ist der Aufbau der Sonotrode.

Eine Strukturierung der Sonotroden-Unterseite verhilft zu einer gleichmässigen Anpressung. Dadurch lassen sich Teiltolerannzen ausgleichen und das Schwingungsverhalten von Schwingergebilde und Generator verbessern.

Grundsätzlich haben harte, amorphe Kunststoffe wie PC, PS, SAN, ABS und PMMA einen günstigen Übertragungskoeffizienten für Ultraschallenergie.

Die Schwingungen lassen sich über grosse Strecken bis zur Nahtstelle weiterleiten.

Teilkristalline Kunststoffe wie PA, PP, PE un d POM haben dagegen einen hohen akustischen Dämpfungsfaktor.

Diese Materialien sind also normalerweise nur im unmittelbaren Nahfeld schweissbar.

Insbesondere bei teilkristallinen Kunststoffen ist eine grossflächige Ankopplung der Sonotrode an das Formteil ausschlaggebend für die Festigkeit der Naht.

Die hauptsächlichen Vorteile des Ultraschallschweissen sind:

• Verschweissen von verschiedenen thermoplastischen Materialien, Verbundstoffe, Vliese, Geweben oder Folien
• Sehr schnelle Fertigungszeiten
• digitale Steuerung und Überwachung des Schweissprozesses
• Konstante Schweissqualität
• optisch perfekte und stabile Schweissnähte
• Geringer Energiebedarf - dadurch umweltfreundlicher als andere Verfahren
• Keine Zusätze chemischer oder anderer Art erforderlich
• Möglichkeit des Recyclings der geschweissten Werkstücke

Ultraschallschweissen - Anwendungsbeispiele

Medizintechnik: Herstellung von Medizinbedarf aus diversen Kunststoffen

Spielzeugindustrie: Fügen von Kunststoff-Formteilen aller Art

Haushaltstechnik: Fügen von Kunststoffgegenständen

Textilindustrie: Schweissen von beschichteten Werkstoffen wie Gewebe, Planen, Folien usw.

Elektrotechnik: Gehäusebearbeitung, Ausschneiden von Sichtfenstern und vielem mehr

Elektronik: elektrische Kontakte bearbeiten

Verpackungsindustrie: Verschweissen und Versiegeln von Kunststoffverpackungen der unterschiedlichsten Art.