Ultraschallschweissen

Welche Kunststoffe kann man mit Ultraschall schweissen und welche Materialien lassen sich kombinieren?

Mit Ultraschall lassen sich Formteile dicht und sicher fügen sowie Folien und technische Textilien verschweissen oder versiegeln. Die Fügepartner sollten zu einem wesentlichen Teil aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen, die man in teilkristalline und amorphe Werkstoffe unterscheiden kann. Zu den teilkristallinen Thermoplasten zählen POM, CA, LCP, PEEK, PA, PBT, PE, PPS, PP, PTFE. Als amorphe Kunststoffe werden beispielsweise ABS, MABS, PMMA, PC, PET, PS oder PVC bezeichnet. Dabei gilt, dass Ultraschall besonders gut Gleiches mit Gleichem schweissen kann, doch auch untereinander gibt es schweissbare Paarungen.

Hier finden Sie eine Liste mit kompatiblen Kunststoffen.

Wie funktioniert das Ultraschallschweissen von Kunststoffen?

Die Definition von «Schweissen» ist, zwei oder mehr Werkstücke oder Materialien durch Anwendung von Wärme an den Grenzflächen aufzuschmelzen und so dauerhaft miteinander zu fügen.

Wie verschweissen die Kunststoffteile unter Ultraschall? - Der Ultraschall-Schweissprozess kurz erklärt

Beim Ultraschallschweissen thermoplastischer Kunststoffe werden die mechanischen Ultraschallschwingungen einer bestimmten Frequenz und Amplitude sowie ein bestimmter Druck über eine gewisse Dauer in die Kunststoffteile geleitet. Durch die Schwingung entsteht zunächst auf molekularer Ebene Reibung und damit auch Wärme im Werkstoff selbst. Die Molekularverbindungen im Kunststoff werden durch Wärme und die Schwingung aufgebrochen. Dieser Prozess beschleunigt sich dabei während des Schweisszyklus ganz von selbst. Der Kunststoff plastifiziert, wird weich und schmilzt. Beendet man die Schalleinleitung, kühlt der Thermoplast mangels Energiezufuhr schnell wieder ab und verfestigt sich. Dabei verketten sich die Moleküle über beide Kunststoffteile hinweg neu miteinander. Während dieses Verfestigungsprozesses muss der anstehende Fügedruck noch kurz beibehalten werden, um eine homogene Materialstruktur zu erreichen und den Kunststoff unlösbar zu fügen.

Die Grundlagen des Ultraschallschweissens für Kunststoffe kurz erklärt

Lernen Sie die Grundlagen des Ultraschallschweissens in diesem Video kennen. Wir zeigen Ihnen, wie der Fügeprozess im Detail funktioniert.

Welche Anforderungen kann die Ultraschall-Schweisstechnologie erfüllen?

Das Schweissen mit Ultraschall sollte man als Prozess-Technologie für die eigene Anwendung prüfen, wenn die Schweissnaht eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen soll, denn mit Ultraschall gefügte Teile sind widerstandsfähig gegen mechanischen Stress und Belastungen. Ausserdem ist die Verbindung sehr reissfest. Die Fügenaht ist hermetisch dicht gegen Wasser, Druck und Vakuum.

Doch nicht nur hohe Anforderungen an Dichtigkeit oder Festigkeit können für den Einsatz der Ultraschalltechnologie sprechen. Ebenfalls spricht für das Ultraschallschweissen, dass es ein besonders materialeffizienter und auch schneller Fügeprozess ist. Ein Ultraschallschweissgerät ist ultraschnell betriebsbereit – es dauert nicht länger, als einen Computer hochzufahren.

Ein weiteres Plus: Nähte, die mit Ultraschall geschweisst wurden, sind auch optisch und ästhetisch sehr ansprechend. Sie weisen keine Markierungen auf, die Formteile deformieren nicht und die Schweissnaht an sich ist sehr präzise.
 
 

Formteile müssen ultraschallkonform gestaltet sein - Das Design der Formteile

Damit zwei Formteile in kurzer Zeit reproduzierbar und mit guter Festigkeit verschweisst werden können, bedarf es an einem der beiden Formteile angespitzte Materialstege.
Diese Stege, die sogenannten Energierichtungsgeber oder Quetschnähte, leiten die Ultraschallschwingung in das zweite Formteil. Beide Formteile schmelzen so in der Naht gleichzeitig ab und verbinden sich dauerhaft.

Werden keine Energierichtungsgeber oder Quetschnähte vorgesehen, kommt es zu einer Flächenschweissung statt zu einer Nahtbildung. Die Festigkeit der Schweissung ist dadurch mangelhaft, die Schweisszeit wird wesentlich erhöht und eine Beschädigung der Bauteile kann nicht ausgeschlossen werden.

Sehen wir uns die beiden häufigsten Fügezonengeometrien näher an:

Das Design der Formteile spielt eine grosse Rolle bei der Dichtigkeit, Festigkeit und Optik der Schweissung. Deshalb ist eine enge Abstimmung mit RINCO ULTRASONICS schon zu Beginn des Projekts wichtig. Wir beraten Sie gerne. Kontaktieren Sie uns unter: info@rincoultrasonics.com oder verwenden Sie das Kontaktformular rechts unten.

Vorteile des Ultraschallschweissens

Wirtschaftlichkeit
Ultraschallschweissen ist eine sehr wirtschaftliche Technologie. Im Vergleich zum thermischen Schweissen braucht das Ultraschallschweissen

• keine Aufwärmzeit
• keine Abkühlphase der Anwendung
• weniger Material

Effizient
Der Schweisszyklus erfordert meist nur wenige Zehntelsekunden. Auch die Erstarrungsphase der Schweissnaht dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde.
Da die Nähte sehr schmal gestaltet werden können, kann zusätzlich an Material gespart werden.

Perfekte Schweissnähte
Die Schweissnähte können ganz nach Ihren Anforderungen gestaltet werden. Egal ob sie hermetisch dicht oder optisch perfekt sein sollen, die Schweissnähte sind immer fest und präzise.

Keine Zusatzstoffe
Das Ultraschallschweissen ist sehr materialeffizient, da keine Zusatzstoffe für das Verbinden der Bauteile nötig sind. So ist auch ein sortenreines Recycling möglich.
Schweissen ohne Zusatzstoffe wie Schrauben oder Klebstoffe machen Produkte sicherer – beispielsweise Kinderspielzeug.

Dreidimensionale Fügenähte
Die Sonotrode – also das eigentliche Schweisswerkzeug – wird individuell für die Kundenbedürfnisse konstruiert und gefertigt. Dank der individuellen Form ist es möglich, auch dreidimensionale Fügenähte zu schweissen.

Fragen und Antworten zum Thema Ultraschallschweissen