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Kunststoff-Ultraschallschweißen

1965-12-21
  • Robert Soloff
  • Seymour Linsley
Ultrasonic welding machine joining plastic components in a factory setting, Polymer Technology.

Ultrasonic welding joins Kunststoffe using high-frequency acoustic vibrations, typically between 15 kHz and 70 kHz. The vibrations are applied to parts clamped under pressure, generating intense frictional heat at their interface. This localized heat rapidly melts the thermoplastisch. Once the vibration ceases, the molten material solidifies under pressure, creating a strong, solid-state weld without the need for adhesives or fasteners.

The core of an ultrasonic welding system consists of a power supply (generator), a transducer (converter) that changes high-frequency electrical energy into mechanical vibrations, a booster to amplify these vibrations, and a sonotrode (or horn) that transmits the energy to the workpiece. The process is extremely fast, with weld times often under one second. A critical aspect of successful ultrasonic welding is the joint design. Parts are often molded with ‘energy directors’—small, sharp triangular ridges on one of the surfaces. These features concentrate the ultrasonic energy, initiating a rapid melt and ensuring a uniform bond. The technique is best suited for amorphous polymers like ABS, polystyrene, and polycarbonate, as their random molecular structure allows for efficient transmission of vibrational energy. Semi-crystalline polymers like polyethylene and polypropylene can also be welded, but they require higher energy levels due to their ordered structure, which dampens the vibrations. The process is clean, energy-efficient, and highly repeatable, making it ideal for automated, high-volume manufacturing.

UNESCO Nomenclature: 3322
– Polymer Technology

Typ

Physikalischer Prozess

Unterbrechung

Revolutionär

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Entdeckung der Piezoelektrizität durch Jacques und Pierre Curie
  • Entwicklung von Hochleistungs-Ultraschallwandlern für Sonar
  • Verständnis von Reibung und Wärmeentwicklung
  • Fortschritte in der Hochfrequenzelektronik zur Stromerzeugung

Anwendungen

  • Automobilkomponenten (Instrumententafeln, Türverkleidungen)
  • medizinische Geräte (Filter, Katheter, Masken)
  • elektronische Geräte (Telefongehäuse, Anschlüsse)
  • Konsumgüter (Spielzeug, Verpackungen)
  • Textil- und Gewebeverbindungen (Vliesstoffe)

Patente:

  • US3224916A

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