Ultraschall Schweißen

Funktionsprinzip:

Die von einem Ultraschall-Generator erzeugten elektrischen Schwingungen werden durch den Ultraschall-Wandler (Konverter) in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgewandelt und über ein Transformationszwischenstück (Booster) und die Sonotrode (Schweißwerkzeug) dem Werkstück zugeleitet. Durch die Einwirkung des Ultraschalls werden die zu verschweißenden Formteile an den Fügeflächen plastifiziert und unter Anwendung von Druck verschweißt.

Funktionsprinzip des Ultraschall-Schweißens

Anwendungshinweise:

maschineller Einsatz des Ultraschall-Schweißens

Zur Erzielung einer reproduzierbaren guten Schweißqualität sind neben der Auswahl des richtigen US-Schweißgerätes die rohstoffbedingten Einflüsse der thermoplastischen Kunststoffe und besonders die konstruktive Gestaltung der Formteile (Werkstücke), sowie die Ausbildung der Fügeflächen und das Arbeiten mit optimierten Schweißparametern von wesentlichem Einfluss.

  • Gasdichte Verbindungen sind realisierbar.
  • Durch Ultraschall-Bördeln und -Nieten, lassen sich Thermoplaste auch mit artfremden Werkstoffen verbinden.
  • Ultraschallschweißen ist aufgrund kurzer Taktzeiten hervorragend zur Automatisierung geeignet.

Bewährte Werkstoffe

Alle Thermoplaste aus gleichem Grundwerkstoff

ABS mit PMMA gut, PMMA mit PC,
PS und SAN bedingt miteinander schweißbar

Anwendungsbeispiele für das Ultraschallschweißen:

Schalterelemente, Steckerbaugruppen, Beros, Sensoren, Tonrufkapseln für Fernsprecher, Akkupacks für Mobiltelefone, diverse Gehäuse, Verbindungstechnik bei Hausgeräten, Sichtfenster aus PC u. PMMA in Mobiltelefon-Gehäusen, Bauteile der Medizintechnik, Schweißen von beschichteten Werkstoffen (Pappen, Gewebe, Folien), Nieten, Bördeln, Punktschweißen, Prägen.

Ultraschall Metallschweißen

Funktionsprinzip:

Die Sonotrode überträgt die Ultraschallschwingung und die Schweißkraft auf das obere Werkstück. Das untere Werkstück ist auf dem Schweißamboss fixiert. Durch die so entstehende Relativbewegung zwischen beiden zu schweißenden Teilen werden die Oberflächengebirge sowie die Oxidschichten abgetragen und die Kristallgitter nähern sich einander so stark, daß wechselseitig Gitterkräfte in der Fügezone wirksam werden. Die Verbindung entsteht unterhalb der Schmelztemperatur.

Anlage zum US-Metallschweißen:

Anwendungshinweise:

Mittels US-Metallschweißen werden hauptsächlich punktuelle Überlappverbindungen hergestellt.
Mit Spezialmaschinen sind auch Rollnahtschweißungen oder das Verbinden ringförmiger Querschnitte möglich.
Das zur Sonotrode zugeordnete Fügeteil sollte möglichst dünn und massearm sein.
Die Fügeflächen müssen fettfrei sein und parallel zur Ankoppelfläche der Sonotrode liegen.
Während des Schweißens tritt eine Verformung in der Fügezone auf, die speziell zu einer Querschnittsreduzierung des der Sonotrode zugeordneten Teiles führt.
Ultraschallschweißen ist aufgrund kurzer Taktzeiten hervorragend zur Automatisierung geeignet.

Bewährte Werkstoffe:

Al - Al Cu - Cu Ms - Ms Ms - AgCdO Gold - Gold
Al - Cu Cu - Ag Ms - Ag Cu - AgC3 Gold - Al
Al - Ni Cu - AgCdO Ms - Cu CuFe2P - Ms Bimetall - Cu
Al - Ti Cu - AgFe2O3
Al - Ag Al - Hartmetall

Anwendungsbeispiele für das Ultraschallschweißen:

Cu-Lackdrahtschweißen, Litzenschweißen, Schweißen von Al-Gehäusen, Verbindung Metall-Keramik, Aufschweißen von Lötfahnen auf harte Trägermaterialien.

Ultraschall Löten

Funktionsprinzip:

Beim Ultraschall-Löten wird mit Hilfe einer schwingenden Sonotrode in einem flüssigen Lot Kavitation erzeugt. Das zu lötende Teil wird partiell oder vollständig in das Lot getaucht. Unter Kavitation versteht man das Aufreißen des flüssigen Lotes in der Zugphase der Ultraschall-Schwingung und das Zusammenschlagen der winzigen Bläschen in der Druckphase. Hierdurch entsteht in nächster Umgebung der Kavitationsbläschen eine Druckwelle, welche die Oxide oder Verunreinigungen von der Oberfläche des Lötteils absprengt.

Prinzipbild einer US-Verzinnanlage in Schwallbadausführung mit Schutzgas:

Vorteile des US-Löten:

  • bessere Benetzung im Kavitationsfeld
  • Verzicht bzw. verminderter Einsatz von Flussmitteln
  • Schaffung von oxidfreien Substratoberflächen durch die Ultraschall-Kavitation während des Lötprozesses
  • keine Reinigung von Flussmittelrückständen nach dem Verzinnen

Bewährte Werkstoffe:

  • Aluminium
  • Kupfer
  • Messing

Anwendungsbeispiele:

Bauelementanschlüsse mit stark oxidierter bzw. schwer lötbarer Oberfläche, kontinuierliches Beloten von Drähten und Bändern. Verzinnen von Al-Kondensatorwickeln.

Ultraschallunterstützte Verfahren

Ultraschallunterstütztes Einpressen:

Bei Pressvorgängen können die Einpresskraft und somit die Belastung der zu fügenden Bauteile durch Ultraschallerregung verringert werden.

Anwendungsbeispiele:

Ultraschall unterstütztes Einpressen und Justieren von Relaiskernen, Aufziehen von Zahnrad und Kupplung auf Schreibwalzenwelle für Drucker, Einpressen von Gewindeeinsätzen.

Ultraschallmischen und -Applizieren von Mehrkomponentenklebstoffen

Die Veränderung von Hafteigenschaften an einer schwingenden Sonotrode und die Wirkung der Kavitation werden beim Ultraschall-Mischen und -Applizieren kleinere Mengen von Mehrkomponentenklebstoffen genutzt.

Nach dem Absetzen auf der Sonotrode fließen die verschiedenen Komponenten an der Mantelfläche nach Einschalten des Ultraschalls zur Sonotrodenspitze, wo die Mischung erfolgt. Der Mehrkomponentenklebertropfen wird durch Absenken der Sonotrode auf dem Träger appliziert. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht im Mischen der einzelnen Komponenten kurz vor deren Verwendung. Es treten daher keine Topfzeitprobleme auf.

Ultraschallreinigen und -vereinzeln:

Durch Nutzung der Kavitation in Flüssigkeiten können Reinigungsprozesse, sowie die Trennung aneinander klebender Teile unterstützt werden.

Anwendungsbeispiele:

Ultraschallreinigen- und vereinzeln von Keramikscheiben nach dem Sägen, Ultraschall-Reinigungsbäder.