Ultraschallschweissen

Funktionsprinzip beim Ultraschallschweissen von Kunststoffen

Beim Ultraschallschweissen überträgt eine Sonotrode mechanische Schwingungen auf die Fügepartner. In der Kontaktzone entsteht durch Reibung und innere Werkstoffdämpfung Wärme, sodass die thermoplastischen Oberflächen aufschmelzen und sich unter Druck verbinden. Nach dem Abkühlen bleibt eine stoffschlüssige Verbindung zurück. Der Prozess setzt eine auf das Bauteil abgestimmte Nahtgeometrie und stabile Spannverhältnisse voraus.

Typische Einsatzbereiche in der Kunststoffverarbeitung

Das Verfahren wird häufig für Gehäuse, Kappen, technische Formteile, Filterkomponenten, Verpackungsteile und andere montagefertige Kunststoffbauteile genutzt. Geeignet ist es vor allem für Anwendungen mit lokal begrenzten Fügeflächen und wiederkehrenden Bauteilgeometrien. Auch bei Einlegeteilen oder funktionalen Baugruppen kann Ultraschallschweissen eingesetzt werden, sofern Werkstoff, Toleranzen und Zugänglichkeit des Werkzeugs passen.

Werkstoffwahl, Nahtauslegung und Verfahrensvarianten

Ultraschallschweissen wird vor allem bei thermoplastischen Kunststoffen angewendet. Ob eine Verbindung gut herstellbar ist, hängt unter anderem von Steifigkeit, Dämpfungsverhalten, Füllstoffen, Bauteilgeometrie und der Auslegung der Fügezone ab. In der Konstruktion werden je nach Anforderung unterschiedliche Nahtformen verwendet, etwa mit Energierichtungsgebern oder scherbelastbaren Fugen. Unterschieden werden zudem Nahfeld- und Fernfeldanwendungen, je nachdem wie weit die Schweissstelle von der Sonotrode entfernt liegt.

Abgrenzung zu Heissluft-, Heizelement- und Vibrationsschweissen

Innerhalb der Kunststoff-Schweissverfahren gehört Ultraschallschweissen zum Bereich Schweissen und damit zum Fügen. Im Unterschied zu Heissluftschweissen, Extruderschweissen oder Heizelementschweissen wird keine äussere Wärmequelle zur flächigen Erwärmung der Naht eingesetzt; die Energie entsteht direkt durch Schwingung in der Fügezone. Gegenüber Vibrationsschweissen arbeitet das Verfahren mit deutlich höheren Frequenzen und kleineren Bewegungswegen und eignet sich deshalb eher für kleinere Bauteile und feinere Schweissbereiche. Von HF-Schweissen unterscheidet es sich auch in der physikalischen Energieeinbringung und in den typischen Werkstoff- und Bauteilanforderungen.