Ultraschall schweißen

Ultraschall schweißen

Per Ultraschall schweißen werden Kunststoffe und auch Aluminium verbunden, wobei sich grundsätzlich nur thermoplastische Kunststoffe für das Ultraschall schweißen eignen. Beim Verschweißen von Metallen wird das Ultraschallschweißen beispielsweise bei der Fertigung von Mikroelektronikchips eingesetzt, wobei hier dünne Aluminiumdrähte zwischen den Bondinseln und den Anschlüssen verschweißt werden.

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Dabei bieten per Ultraschallschweißen verbundene dünne Aluminiumverbindungen den Vorteil, dass deren Oxidschicht nicht zum Aufreißen neigt. Bei thermoplastischen Kunststoffen wird die Wärme, die benötigt wird, um das Material an der Schweißstelle zu erweichen oder aufzuschmelzen, durch eine mechanische Schwingung mit Hochfrequenz erreicht.

Durch diese Schwingung reiben die Moleküle aneinander, was die Wärme erzeugt und gleichzeitig das Ultraschall schweißen als Schweißverfahren aus der Gruppe der Reibscheißungen charakterisiert.

Eine Schweißgerät für Ultraschallschweißen setzt sich im Wesentlichen aus drei Bauteilen zusammen, einem Generator, einem Schwinggebilde, bestehend aus einem Konverter, einem Amplitudentransformationsstück und einer Sonotrode, sowie einem Amboss.

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

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

Schweißgeschwindigkeit

Das Amplitudentransformationsstück überträgt die entstandenen mechanischem Schwingungen auf die Sonotrode. Durch das Übertragen der Schwingungen auf das Werkstück unter Druck entsteht die Reibung der Moleküle an- und gegeneinander, was wiederum Wärme erzeugt, die den Kunststoff erweicht oder aufschmilzt. 

Die Werkstücke werden abschließend unter großem Druck zusammengefügt. Im Gegensatz dazu entsteht beim Verschweißen von Aluminium durch Ultraschall nur eine sehr geringe Wärme, hier entsteht die Verbindung durch die Verzahnung der Werkstücke nach Aufbrechen der Oxidschicht. Insgesamt zeichnet sich das Ultraschall schweißen durch eine hohe Schweißgeschwindigkeit und gute Wirtschaftlichkeit aus, wobei es in erster Linie der Industrie vorbehalten ist und somit eine Einführung unter fachkundiger Anleitung voraussetzt.

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