Industrie-Lexikon

Ultraschallschwei├čen

Das Ultraschallschwei├čen (EN ISO 4063: Prozess 41) ist ein Verfahren zum F├╝gen von thermoplastischen Kunststoffen und metallischen Werkstoffen. Das Verfahren findet in vielen Bereichen der Industrie Verwendung. So werden z. B. in der Verpackungsindustrie Kunststoffverpackungen oder in der Automobilindustrie Kabelb├Ąume mittels Ultraschall geschwei├čt.  Bei den metallischen Werkstoffen kommt es vor allem bei Aluminium, Kupfer und deren Legierungen zum Einsatz. Die Verschwei├čung wird durch eine hochfrequente mechanische Schwingung im Bereich von i. d. R. 20 bis 35 kHz erreicht, welche zwischen den Bauteilen zu Erw├Ąrmung durch Molekular- und Grenzfl├Ąchenreibung, bei Metallen auch zur Verzahnung und Verhakung der F├╝gepartner f├╝hrt. Somit geh├Ârt das Ultraschallschwei├čen zur Gruppe der Reibschwei├čungen.

Mit Hilfe eines Generators wird hochfrequenter Wechselstrom erzeugt und ├╝ber ein Koaxialkabel zu einem Ultraschallwandler, dem sogenannten Konverter, ├╝bertragen, der daraus mit Hilfe des piezoelektrischen oder des magnetostriktiven Effekts eine mechanische Ultraschallschwingung erzeugt. Diese Schwingungen werden ├╝ber ein Amplitudentransformationsst├╝ck auf die Sonotrode ├╝bertragen. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Bauformen von Sonotroden, die meist aus Stahl, Aluminium oder Titan hergestellt werden. Die Amplitude der Schwingung und die Impedanzanpassung wird durch die Form und Masse des Amplitudentransformationsst├╝ckes beeinflusst. Die Schwingungen werden unter Druck ├╝ber die strukturierte, oft geriffelte Arbeitsfl├Ąche der Sonotrode auf die zu verbindenden Werkst├╝cke ├╝bertragen.

Beim Schwei├čen von Kunststoff wird die Schwingung meist vertikal zu den F├╝gepartnern eingeleitet. Diese erhitzen sich und beginnen zu erweichen, wodurch der D├Ąmpfungskoeffizient ansteigt. Die Zunahme des D├Ąmpfungskoeffizienten f├╝hrt zu h├Âherer innerer Reibung, was die Temperaturerh├Âhung weiter beschleunigt. Die aufgeschmolzenen Werkstoffe verbinden sich und sind nach dem Abk├╝hlen und Erstarren miteinander verschwei├čt.

Beim Ultraschallschwei├čen von Metallen wird die Schwingung horizontal zu den F├╝gepartnern eingeleitet, so dass diese aneinanderreiben. Die Verbindung entsteht nach dem Abscheren von Rauhigkeitsspitzen und dem Aufbrechen der Oxidschicht im Wesentlichen durch ein Ineinanderverzahnen und -verhaken der F├╝gepartner. Dies geschieht durch plastisches Flie├čen, ohne dass die Materialien schmelzen, was insbesondere bei Folien, d├╝nnen Blechen oder Dr├Ąhten, wie zum Beispiel beim Drahtbonden, vorteilhaft ist.

Neben punktf├Ârmigen Schwei├čungen sind mit abrollenden Sonotroden auch Nahtschwei├čungen m├Âglich, so z. B. bei der Fertigung von Solarkollektoren.

Das Verfahren ist weiterhin durch sehr geringe Schwei├čzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Es lassen sich unterschiedliche Materialien miteinander verbinden, die Werkst├╝cke werden nur im Schwei├čbereich geringf├╝gig erw├Ąrmt, das umliegende Material somit nicht gesch├Ądigt

Quelle: Wikipedia

 

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