Ultraschallschneiden

Welche Materialien kann man mit Ultraschall schneiden?

Besonders beliebt ist das Ultraschallschneiden in der Lebensmittelindustrie. Beispielsweise Torten, Süsswarenriegel, Käse, Cremeschnitten und Wraps werden gerne mit Ultraschalltechnologie geschnitten, da das Ultraschallschneiden die Lebensmittel weder verformt noch beschädigt. Die Konsistenz der Lebensmittel spielt dabei für einen präzisen Schnitt keine Rolle. Sie können frisch, gefroren, brüchig, cremig oder zusammengesetzt sein.

Auch technische Textilien, Vliese und Gewebe können mit Ultraschall besonders effizient geschnitten werden, da das vibrierende Messer beim Schneiden nicht nur trennt, sondern gleichzeitig auch die Kanten versiegelt.

Selbst dickere und elastische Werkstoffe wie Kunststoffe oder Gummi - beispielsweise Fensterdichtungen oder Autoreifen bei der Herstellung – lassen sich problemlos schneiden, weil das schwingende Messer wegen der geringen Oberflächenreibung bereits bei minimalem Druck durch den Gummi gleitet. Das Material schmilzt an der Grenzfläche auf und bietet dem Messer kaum Widerstand.

Wie funktioniert Ultraschallschneiden?

Wie auch beim Ultraschallschweissen nutzt die Technologie des Ultraschallschneidens eine Sonotrode. Beim Schneiden wird sie Schneidsonotrode genannt, denn sie besitzt eine scharfe Klinge. Diese Ultraschallklinge ist dabei genauso scharf wie bei einem handelsübliches Küchenmesser. Der Schneidvorgang selbst basiert jedoch auf einem anderen Prinzip. Mit dem Küchenmesser wird das Lebensmittel durch Druck und Oberflächenreibung geteilt. Gummi beispielsweise lässt sich so aber nicht schneiden.

Beim Ultraschallschneiden gleitet das Ultraschallmesser dank der Vibration und dem Aufschmelzen des Materials durch den Ultraschall fast mühelos durch das Produkt. Das zu teilende Produkt bietet der schwingenden Ultraschallklinge kaum Widerstand. Deshalb wird weder das Lebensmittel verformt, noch bleibt das Messer im Gummi stecken. Auch durch Textilien mit einem thermoplastischen Anteil gleitet das Messer dank der aufgeschmolzenen Schnittflächen und der geringen Reibung mit nur leichtem Druck.

Das Aufschmelzen geschieht alleine durch die mittels Ultraschall zugeführte Energie. Das stellt einen grossen Vorteil beim Lebensmittelschneiden dar, da sich so auch (temperatur-)empfindliche Produkte wie Käse oder Torten sauber schneiden lassen.

Ultraschallschneiden von Lebensmitteln ist auch deshalb eine saubere Technologie, weil Anhaftungen am Messer durch die Vibration noch im Schneidprozess wieder abgeschüttelt werden. Das Messer verklebt oder verschmutzt nicht – es bleibt sauber.

Welche Anforderungen kann die Ultraschall-Schneidtechnologie erfüllen?

• Durch die Ultraschallklinge entstehen glatte, reproduzierbare Schnitte –ob Sie Folien wie PE, PP oder PVC schneiden, Käse in Scheiben teilen oder Cremeschnitten portionieren.
• Die Produkte – von cremigen Torten bis zu Plastik – behalten beim Ultraschallschneiden ihre Form.
• Ultraschallschneiden eignet sich für temperaturempfindliche Materialien, da die kalte Ultraschallklinge keine thermischen Schäden verursacht. Schokoladenriegel schmelzen in der Hand – aber nicht beim Schneiden mit Ultraschall.
• Dank Ultraschalltechnologie sind beim Schneiden der Lebensmittel, Textilien oder Kunststoffe die Taktzeiten sehr kurz. Auch ein schnelles kontinuierliches Schneiden lässt sich einfach realisieren.
• Durch das Funktionsprinzip des Ultraschallschneidens findet insbesondere bei technischen Textilien, Vliesen und Geweben mit dem sauberen und präzisen Schnitt auch gleichzeitig eine Kantenversiegelung statt. So wird das Ausfransen der Kanten verhindert.
• Die Wartungsintervalle für die Ultraschallklinge zum Säubern sind sehr lang. Da die Materialien nicht wie am Küchenmesser anhaften, sondern die Ultraschallklinge beim Lebensmittelschneiden durch die Vibration immer wieder gesäubert wird, sind die Stillstandszeiten für das Reinigen der Schneide und der Flächen stark reduziert.
• Bedingt durch das Technologieprinzip ist das Textilienschneiden eine sehr saubere Angelegenheit, da es nur zu einer geringen Staubentwicklung kommt.

Wie wird das Ultraschallschneiden in den Produktionsprozess integriert?

Die Ultraschallschneidkomponenten kommen in automatisierten Produktionslinien und in Sondermaschinen zum Einsatz.

Lebensmittelschneiden mit Ultraschall:

Beim Schneiden von Lebensmitteln mit Ultraschall unterscheidet man nach dem Layout der Produktionslinien zwischen getaktetem und kontinuierlichem Schneiden.

Getaktetes Schneiden

Das getaktete Schneiden eignet sich beispielsweise zum Portionieren von Käse, Torten oder Brot. Dabei teilt eine Schneidsonotrode das Produkt mit einer vertikalen Hubbewegung in gleichmässige Scheiben oder Stücke. Die Ultraschallkomponenten werden in die Schneidanlage integriert.

Kontinuierliches Schneiden

Für eine horizontale Schnittbewegung mit einem vertikalen Schnitt durch ein Produkt wird dagegen das kontinuierliche Ultraschallschneiden eingesetzt. Das Ultraschallmesser ist in dieser Anwendung fix installiert und das Produkt bewegt sich - zum Beispiel auf einem Laufband - auf das Messer zu. Die Schneidsonotrode gleitet dabei widerstandsarm und präzise durch das Produkt und teilt es horizontal.

Ultraschallschneiden von technischen Textilien, Vliesen und Geweben

Der wichtigste Vorteil beim Ultraschallschneiden von Textilien, Vliesen und Geweben ist, dass die Kanten beim Schneiden gleichzeitig geschmolzen und so versiegelt werden. Das reduziert Staubbildung auf ein Minimum.

Im Gegensatz zum Lebensmittschneiden werden Gewebe nicht nur automatisiert, sondern in einigen Anwendungen mit Ultraschall auch manuell geschnitten – zum Beispiel, wenn ein automatisiertes Schneiden nicht möglich ist.

Kontinuierliches Schneiden

Ein kontinuierlicher Schneidprozess mit Ultraschall lässt sich für Textilien auf Rollen realisieren. Hier können die Bahnen in Automationslinien mittels Schneidsonotrode endlos getrennt und simultan versiegelt werden. Je nach Gewebeart und Grundmaterial sind unterschiedliche Geschwindigkeiten möglich. Das Prinzip zeigen wir in diesem Video.

Konturschneiden

Das Konturschneiden von Vliesen und Geweben ähnelt dem Stanzen. Der Schneidvorgang wird hier durch den Stanzhub realisiert. Die Kontur ist festgelegt. Als Schneide wird entweder eine entsprechend geformte Sonotrode genutzt, die das Produkt auf einer planen Aufnahme bei jedem Hub ausschneidet …

… oder es handelt sich um eine flache Sonotrode und die Klinge – das «Stanzmesser» – wird durch die Form der Aufnahme bestimmt, auf der das Produkt aufliegt. Dabei sind der Kontur kaum Grenzen gesetzt. Typische Anwendungen für diese Art des Ultraschallschneidens sind Hygienemasken und Filtermasken.

Flexibles Schneiden

Beim flexiblen Schneiden mit Ultraschall geht es nicht darum, vorgegebene Formen oder Schnitte zu realisieren, sondern überzählige Gewebereste in einem Säuberungsschritt zu entfernen. Dieser Arbeitsschritt ist häufig manuell, lässt sich aber auch gut automatisieren. Zum flexiblen Schneiden wird das kaschierte Bauteil entweder fixiert und die Ultraschallklinge gleitet um das Kunststoffteil oder das Messer wird fixiert und die Kante des zu säubernden Bauteils wird an der Schneidsonotrode entlang geführt.

Eine typische Anwendung für das flexible Schneiden ist das Befreien verkleideter Kunststoffteile von überstehenden Stoffresten in der Automobilbranche – zum Beispiel an A-B-C-Säulen.

Vorteile - Lebensmittel:

Keine Verformung
Das Ultraschallmesser gleitet mit wenig Druck durch das Lebensmittel. Dies verhindert Verformungen am Produkt. So können selbst bei empfindlichen Lebensmitteln besonders dünne, exakte Scheiben geschnitten werden.

Minimaler Wärmeeintrag in das Produkt
Die Schneidsonotrode erhitzt sich während des Schneidprozesses nicht. Das ist besonders wichtig für temperaturempfindliche Lebensmittel, weil nur ein minimaler Wärmeeintrag in das Produkt stattfindet und das Lebensmittel besonders geschont wird.

Keine Produktanhaftung am Messer
Selbst beim Schneiden klebriger Lebensmittel bleibt das Messer durch die Ultraschallbewegung sauber. Stillstandszeiten zum Reinigen des Messers können so auf ein Minimum reduziert werden, die Verfügbarkeit der Anlage erhöht sich und die Kosten sinken.

«Save Food»: Minimale Produktionsabfälle
Die Ultraschalltechnologie ist eine sehr präzise Technologie, weshalb die Schnitte gut reproduzierbar sind und so der Anteil der Produktionsabfälle auf ein Minimum reduziert werden kann. Zudem reduziert auch das sauber bleibende Schneidmesser die produktionsbedingten Lebensmittelabfälle.

Vorteile - Textilien und Kunststoffe/Gummi:

Schnell, kaum Widerstand
Ultraschallschneiden ist eine schnelle Technologie. Mit wenig Druck gleitet das Messer mühelos und schnell durch das Material. Durch das Prinzip der Ultraschalltechnologie – Vibration und Plastifizierung – ist der Materialwiderstand sehr gering, sodass auch zähe Materialien wie Gummi einfach geschnitten werden können.

Präzise und sauber
Schnitte mit Ultraschall sind in höchstem Mass reproduzierbar, zudem sehr präzise und sauber. Ultraschallklinge und Schnittkanten verschmutzen nicht und es entsteht kaum Staub.

Schneiden mit hoher Taktfrequenz/Geschwindigkeit
Das Ultraschallschneiden ist ein schnelles Verfahren: Die Ultraschallklinge schafft je nach Material und Anforderungen bis zu 120 Schnitte pro Minute, beispielsweise bei Textiletiketten, oder 25 Meter pro Minute beim kontinuierlichen Schneiden.

Schneiden und Versiegelung der Schnittkanten in einem Schritt – keine Ausfransung
Technische Textilien, Vliese und Gewebe können in einem Schritt geschnitten und versiegelt werden. Die Kanten werden durch den Ultraschall leicht geschmolzen, sodass keine Fransen entstehen. Dies sorgt nicht nur für eine geringe Staubentwicklung, sondern spart auch Kosten und Zeit, weil die Kanten nicht mehr nachbearbeitet werden müssen.

Schneiden und Verbinden in einem Arbeitsschritt
Sollen zwei lose übereinanderliegende Gewebe-Layer geschnitten und miteinander verschweisst werden, lässt sich das dank der Ultraschalltechnologie in einem Arbeitsschritt realisieren. Durch das leichte Anschmelzen des Gewebes verbinden sich die beiden Gewebe dauerhaft miteinander.

Fragen und Antworten zum Thema Ultraschallschneiden