Die Technologie des Ultraschallschweißens
Was ist Ultraschall?
Als Ultraschall wird der Schall im Frequenzbereich jenseits des vom Menschen hörbaren Bereichs von 20 kHz bis hin zu Frequenzen von 1 GHz bezeichnet und ist ein Teilgebiet der Akustik. Ultraschall ist physikalisch betrachtet die Lehre von den mechanischen Schwingungen in unterschiedlichen Medien.
Wie erzeugt man Ultraschall?
Die Schallerzeugung basiert auf der Anregung fester Körper oder gasförmiger Säulen zu mechanischen Schwingungen. Die Schwingungsanregung erfolgt in der Praxis auf elektrischem Wege. In einem Generator werden elektrische Schwingungen erzeugt. Durch das beim Ultraschallschweißen grundsätzlich angewandte piezoelektrische Wandlerprinzip ist es möglich, die elektrische Generatorleistung bei einem sehr hohen Wirkungsgrad in mechanische Energie umzuwandeln. Somit entstehen aus elektrischen Schwingungen im Ultraschallbereich f = 20 KHz bis 1010 KHz mechanische Schwingungen gleicher Frequenz.
Das Ultraschall-Schweißverfahren
Beim Schweißen von Metallen mit Ultraschall werden die vom Generator erzeugten elektrischen Schwingungen im Konverter (Schallwandler) in mechanische Schwingungen umgewandelt, durch das Amplituden-Transformationsstück übersetzt und über die Sonotrode (Schweißwerkzeug) den zu verbindenden Werkstücken zugeleitet (Absorberblech und Kupferrohr).
Die den Werkstücken unter einem bestimmten Anpressdruck zugeleiteten mechanischen Schwingungen werden an der Kontaktfläche Blech – Rohr absorbiert, so dass die beiden Teile an ihrer Kontaktgrenze mit großer Scherkraft aneinander gerieben werden. Durch die daraus entstehende Molekular- und Grenzflächenreibung entsteht Wärme. Es findet also ein Verschweißen durch innere Reibung statt.
Die Vorteile des Ultraschallschweißverfahrens
Derzeit sind vier Ultraschallschweißanlagen in Verwendung.