Ultraschallschweißen ist ein Fügeverfahren für thermoplastische Kunststoffe. Hochfrequente mechanische Schwingungen werden in die Fügezone eingeleitet; durch Reibung an den Grenzflächen und innere Dämpfung entsteht dort Wärme, das Material plastifiziert und verbindet sich unter Druck.
Bei der Montage von Baugruppen ist es eines der wichtigsten Verfahren, weil es ohne Zusatzstoff auskommt, in Sekundenbruchteilen abläuft und sich gut überwachen lässt.
Das Wichtigste in Kürze
| Kernaussage | Bedeutung |
|---|---|
| Wärme entsteht im Bauteil | Nicht von außen zugeführt, sondern durch Reibung in der Fügezone – das umgebende Material bleibt weitgehend unbeeinflusst. |
| Der Energierichtungsgeber entscheidet | Eine kleine, meist dreieckige Erhebung an der Fügefläche konzentriert die Energie. Ohne sie verteilt sich die Wärme unkontrolliert und die Naht wird unzuverlässig. |
| Werkstoffe müssen zusammenpassen | Verschweißen lassen sich artgleiche oder chemisch verträgliche Thermoplaste mit ähnlichem Schmelzbereich. Unverträgliche Paarungen verbinden sich nicht. |
| Amorph vor teilkristallin | Amorphe Kunststoffe wie ABS oder PC lassen sich leichter schweißen. Teilkristalline wie PP oder POM brauchen mehr Energie und eine engere Prozessführung. |
Wie der Prozess abläuft
- Generator und Konverter: Der Generator erzeugt eine hochfrequente Wechselspannung, der Konverter wandelt sie in mechanische Schwingungen um – üblich sind Frequenzen im Bereich von 20 bis 35 Kilohertz.
- Booster und Sonotrode: Sie passen die Amplitude an und übertragen die Schwingung auf das Bauteil. Die Sonotrode ist an die Bauteilgeometrie angepasst.
- Aufnahme: Das untere Teil liegt in einer formangepassten Aufnahme, die es abstützt und die Schwingung gezielt in die Fügezone leitet.
- Fügen und Abkühlen: Nach dem Schwingungsende hält der Druck noch kurz an, bis die Naht erstarrt ist. Diese Haltezeit gehört zum Prozess.
Was die Konstruktion beachten muss
- Fügegeometrie einplanen: Energierichtungsgeber, Zentrierung und gegebenenfalls eine Quetschnahtaufnahme gehören ins Bauteil – nachträglich lassen sie sich nicht ergänzen, ohne das Werkzeug zu ändern.
- Abstützung sicherstellen: Wo das Bauteil nicht abgestützt ist, kann die Schwingung Rippen oder dünne Wände beschädigen.
- Füllstoffe berücksichtigen: Glasfaserverstärkte Werkstoffe lassen sich schweißen, erreichen in der Naht aber nicht die Festigkeit des Grundmaterials, weil dort weniger Fasern die Grenzfläche überbrücken.
- Alternativen prüfen: Wo eine dichte, dauerhafte Verbindung zwischen zwei Werkstoffen gefragt ist, kann die direkte Verbindung im Werkzeug per 2K-Spritzguss den Fügeschritt ganz ersetzen.
Häufige Fragen zum Ultraschallschweißen
Welche Kunststoffe lassen sich per Ultraschall schweißen?
Thermoplaste, sofern die Fügepartner artgleich oder chemisch verträglich sind und ihre Schmelzbereiche nahe beieinanderliegen. Amorphe Werkstoffe wie ABS, PC oder PS sind gutmütiger als teilkristalline wie PP, PE oder POM. Duroplaste und Elastomere lassen sich nicht schweißen.
Wozu dient der Energierichtungsgeber?
Er konzentriert die eingebrachte Energie auf eine definierte Kontaktlinie. Dort plastifiziert das Material zuerst und fließt in die Fügezone. Ohne ihn verteilt sich die Wärme unkontrolliert, und die Naht wird in Festigkeit und Dichtheit nicht reproduzierbar.
Ist eine ultraschallgeschweißte Naht dicht?
Bei passender Fügegeometrie und stabilem Prozess lassen sich dichte Verbindungen herstellen. Vorausgesetzt sind eine umlaufend geschlossene Nahtgeometrie, ausreichende Abstützung und eine Prozessüberwachung, die Abweichungen erkennt.