Häufig gestellte Fragen – Ultraschalltechnik

Ultraschalltechnik

Was ist Ultraschallschweißen?
Beim Ultraschallschweißen werden hochfrequente Schwingungen auf zwei Bauteile gerichtet, die miteinander verspannt sind. Dadurch entsteht eine schnelle Wärmeentwicklung, die innerhalb weniger Sekunden eine Schweißnaht oder Verbindung erzeugt, ohne dass die Ausgangsmaterialien nennenswert schmelzen.

Beim Verkleben von synthetischen Textilien oder Filtermedien wird das Gewebe unter einem Horn hindurchgeführt, das die Ultraschallschwingungen durch die Schichten leitet. Die Materialien werden dabei erwärmt und miteinander verschmolzen, wodurch eine fertige Naht oder eine versiegelte Kante entsteht.

Was sind die Vorteile des Ultraschallschweißens?
Es werden weder Klebstoffe noch Verbrauchsmaterialien – wie Lötzinn oder Faden – benötigt. Die Schweiß- oder Klebestelle entsteht schnell – in der Regel innerhalb von zwei bis vier Sekunden –, ohne dass die Umgebung erhitzt wird. Dieses Verfahren sorgt für äußerst zuverlässige und wiederholgenau präzise Schweiß- und Klebestellen. Das Ultraschallschweißen ist umweltfreundlich, erzeugt keinen Abfall und ist wirtschaftlich im Einsatz.

In welchen Branchen wird das Ultraschallschweißen eingesetzt?
Die Bekleidungs-, Haushaltsgeräte-, Automobil-, Elektronik-, Filter-, Einrichtungs-, Medizin- und Verpackungsindustrie sind nur einige der Branchen, in denen das Ultraschallschweißen zum Einsatz kommt.

Welche Anlagenkonfigurationen sind verfügbar?
Sonobond produziert sowohl Einzelgeräte als auch Modelle, die sich problemlos in Produktionslinien integrieren lassen.

Aus welchen Komponenten besteht eine Ultraschallschweißanlage?
EIN NETZTEIL, das Netzstrom in die vom Wandler benötigte Hochfrequenz und Hochspannung umwandelt.
EIN WANDLER, der piezoelektrische Kristalle enthält und das eingehende hochfrequente elektrische Signal in mechanische Schwingungen umwandelt.
EIN VERSTÄRKER, der die Schwingungsenergie überträgt und deren Amplitude erhöht.
EIN HORN, das die Schwingungsenergie an die Schweißstelle weiterleitet.
EIN AMBOSCH oder EINE AUFNAHME, die die zu schweißenden Teile stützt.

Gibt es gesundheitliche Bedenken oder Gefahren im Zusammenhang mit dem Ultraschallschweißen? Welche Auswirkungen hat Ultraschall auf die Gesundheit?
Dieses Thema war Gegenstand zahlreicher Studien, die belegen, dass das Ultraschallschweißen sicher und zuverlässig ist. In einigen wenigen Fällen kann es zu Problemen durch übermäßigen Lärm kommen, der durch Ultraschallschwingungen verursacht wird. In Situationen, in denen die Lärmpegel die OSHA-Grenzwerte überschreiten, lässt sich das Problem durch die Installation einer Schallschutzhaube und/oder die Verwendung eines persönlichen Gehörschutzes beheben.

Sind Sie in der Lage, maßgeschneiderte Maschinen herzustellen?
Ja. Die Ingenieure von Sonobond arbeiten gerne mit Ihnen zusammen, um die optimale Ausführung einer Ultraschallmaschine oder einer kundenspezifischen Vorrichtung gemäß Ihren Vorgaben zu entwickeln.

Beeinträchtigt das Ultraschallgerät andere in der Nähe installierte computergesteuerte Geräte?
Sehr selten. In einigen besonders empfindlichen Umgebungen kann es erforderlich sein, elektromagnetische Störungen zu unterdrücken.

Bieten Sie kostenlose Schweißmuster an?
Ja. Sonobond bittet Sie sogar ausdrücklich darum, Teile einzusenden, damit wir Ihnen Schweißmuster für Ihre spezifische Anwendung bereitstellen und Ihnen das für Ihre Anforderungen am besten geeignete Gerät empfehlen können.

Ultraschall-Metallschweißen

Welche Werkstoffe lassen sich mit Ultraschallschweißgeräten schweißen?
Aluminium, Messing, Kupfer, die meisten Edelmetalle und Nickellegierungen lassen sich problemlos schweißen. Das Ultraschallschweißen bietet zudem den Vorteil, dass sich viele Kombinationen aus unterschiedlichen Metallen schweißen lassen.

Welche Vorteile bietet das Ultraschallschweißen von Metall gegenüber dem Crimpen?
Das Ultraschallschweißen von Drähten ist aus mehreren Gründen überlegen. Bei diesem Verfahren werden keine zusätzlichen Materialien benötigt. Es ermöglicht das Verbinden von Draht mit Draht oder von Draht mit Anschlüssen ohne Füllmaterialien oder Crimpwerkzeuge. Gecrimpte Drähte hingegen können sich im Laufe der Zeit manchmal lockern und lösen.

Wie groß darf ein Kabelbündel sein, das mit dem Ultraschall-Kabelverbinder verarbeitet werden kann?
Wir empfehlen in der Regel eine maximale Bündelgröße von 30 mm² für blanken Kupferlitzen und weniger für verzinntes Kabel. Mit unserem 2500-Watt-Kabelschweißgerät haben wir bereits Bündel von bis zu 35 mm² mit einem einzigen Impuls und von bis zu 48 mm² mit zwei Impulsen verschweißt.

Kann ich dieselbe Maschine sowohl zum Verbinden von Drähten als auch zum Anbringen von Stiften oder Kabelschuhen verwenden?
Das ist möglich, wenn Sie die Werkzeuge austauschen. Wir empfehlen jedoch generell, den SpliceRite™ für das Verbinden von Draht zu Draht und das Punktschweißgerät SonoWeld® 1600 für Anwendungen vom Typ „Draht zu Anschluss“ zu verwenden.

Wie lange hält die Spitze im Durchschnitt?
Die aus wärmebehandeltem Werkzeugstahl gefertigte Spitze kann in der Regel für bis zu 100.000 Schweißnähte verwendet werden, bevor sie ausgetauscht werden muss.

Worin bestehen die Unterschiede zwischen dem Keil-Reed-Verfahren und dem Lateral-Drive-Schweißverfahren?
Sonobond verwendet das Keil-Reed-System, bei dem der Wandler/das Horn eine Stange oder ein Reed antreibt. Die Stange (das Reed) verfügt über einen konisch zulaufenden Hohlraum, in den die Spitze eingeführt wird. Dadurch wirkt die Kraft des Zylinders direkt über der Schweißstelle, und die Spitze lässt sich leicht austauschen.

Demgegenüber wird beim seitlichen Antrieb ein Wandler/Horn mit einem kurzen Verlängerungsstück verwendet, um Kontakt mit dem zu schweißenden Werkstück herzustellen. Die Kraft des Zylinders wirkt nicht direkt über der Schweißstelle, sondern versetzt dazu. Wenn das Verlängerungsstück an der Spitze abgenutzt ist, muss das gesamte Horn ausgetauscht werden, was mitunter eine Neukalibrierung des Systems erforderlich macht.

Ultraschall-Verklebung von Vliesstoffen und Textilien

Welche Materialien lassen sich mit Ultraschallschweißgeräten für Vliesstoffe/Textilien verschweißen? Kann ich unterschiedliche Materialien miteinander verschweißen?
Die Materialien können zu 100 % synthetisch sein oder Mischungen mit bis zu 40 % Naturfasern enthalten.

Acryl, Acetat, Polyester, Nylon, Polypropylen, Elasthan und PVC eignen sich alle zum Verschweißen oder Schneiden. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Kunststoffanteil, desto leichter lassen sich die Materialien mit Ultraschallenergie schneiden und verschweißen. Vliesstoffe, einschließlich gefilzter Filtermedien, eignen sich besonders gut für das Ultraschallverschweißen.

Ja, viele unterschiedliche Werkstoffe lassen sich miteinander verbinden. Der Unterschied in der Schmelztemperatur zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen darf nicht größer als 50 °F sein.

Lässt sich mein Material auch dann noch ultraschallverschweißen, wenn es mit einem Flammschutzmittel behandelt wurde?
In vielen Fällen gibt es dabei keine Probleme. Einige Flammschutzmittel beeinträchtigen jedoch die Schweißfestigkeit.

Was sind die Vorteile bzw. Unterschiede zwischen dem rotierenden/kontinuierlichen Ultraschallverschweißen und den stationären/Traversierverfahren?
Das rotierende Verfahren funktioniert wie eine Nähmaschine und erzeugt eine durchgehende Naht oder ein durchgehendes Muster. Die Reibung zwischen Stoff, Musterwalze und Ultraschallhorn wird erheblich reduziert, wenn sich beide Seiten drehen, anstatt dass sich die Walze auf einem stationären Horn dreht.

Was ist Ultraschallschneiden?
Ultraschallschneidemaschinen schneiden synthetische oder Mischgewebe sauber ab und versiegeln die Schnittkanten, wodurch die Nachteile von Heißdraht- oder Rotationsmessern vermieden werden. Ausfransen, Auflösen oder Perlenbildung entlang der Schnittkante werden verhindert.

Welcher Glasanteil ist für das Ultraschallschweißen von Textilien akzeptabel?
Füllstoffe wie Glasfasern werden hinzugefügt, um die physikalischen Eigenschaften zu verändern, obwohl Glas an sich nicht schweißbar ist. Bei einem Glasanteil von 20 % oder weniger kann dennoch eine akzeptable Verbindung erzielt werden.

Ultraschallschweißen von Kunststoffen

Welche thermoplastischen Werkstoffe lassen sich mit Ultraschall-Kunststoffschweißgeräten verschweißen? Kann ich unterschiedliche Thermoplaste miteinander verschweißen?
Schweißbare thermoplastische Kunststoffe lassen sich in amorphe und kristalline Kunststoffe unterteilen.

Zu den schweißbaren amorphen Kunststoffen zählen: Polycarbonat, Polyphenylenoxid, Polystyrol, ABS, Polyetherimid, Acryl und Polysulfon. Zu den schweißbaren kristallinen Werkstoffen zählen: thermoplastischer Polyester, Nylon, Acetal, Polyethylen, Polyphenylensulfid und Polypropylen.

Ja, eine begrenzte Anzahl unterschiedlicher, amorpher Thermoplaste lässt sich miteinander verschweißen (z. B. ABS und Polycarbonat). Der Unterschied in der Schmelztemperatur zwischen den unterschiedlichen Materialien darf nicht größer als 50 °F sein.

Lässt sich mein Kunststoff auch dann noch ultraschallverschweißen, wenn er mit einem Flammschutzmittel behandelt wurde?
Flammschutzmittel können die Schweißnaht beeinträchtigen, indem sie die Festigkeit der Verbindung verringern. In solchen Fällen kann manchmal ein „Überverschweißen“ die Lösung sein. Dabei wird ein Gerät mit höherer Amplitude oder eine etwas längere Schweißzeit verwendet, um eine ausreichend feste Verbindung herzustellen.

Welcher Glasanteil ist für das Ultraschallschweißen von Kunststoffen akzeptabel?
Ein Anteil von bis zu 20 % wird bevorzugt. Manchmal lassen sich jedoch auch mit einem Glasanteil von bis zu 30 % zufriedenstellende Schweißnähte erzielen.

Welche gängigen Verbindungsarten gibt es beim Kunststoffschweißen?
Bei vielen Verbindungen kommt der sogenannte „Energy Director“-Ansatz zum Einsatz. Dabei muss an einem der zu verbindenden Teile ein dreieckiger Vorsprung angebracht werden, der genau an der Stelle positioniert wird, an der der Schmelzprozess beginnt. Für leckdichte Verbindungen und bestimmte teilkristalline Teile wird eine Scherverbindung empfohlen. Eine Scherverschweißung erfordert einen gewissen Übermaßsitz zwischen den zu verschweißenden Teilen. Während die Teile ultraschallbeheizt und zusammengedrückt werden, „schert“ ein Teil den erweichten Kunststoff vom anderen ab.