Ultraschalltechnik im Detail

VIAL Automation, Ihr Entwicklungspartner für Ultraschallschweißen und Automatisierung.

Unsere Arbeit endet nicht mit der Lieferung eines Schweißkopfes. Wir begleiten unsere Kunden über den gesamten Entwicklungsweg, und drei Phasen tragen den größten Teil des Werts:

• Designoptimierung. Beratung zu schweißgerechter Geometrie und Fügestellengestaltung, bevor ein Bauteil festgelegt wird.
• Prototyping. Erste Schweißversuche auf unseren eigenen Werkzeugen und Maschinen.
• Prüfung und Validierung. Empirischer Nachweis der Verbindungsqualität, bevor eine Investition getätigt wird.

Im Zentrum steht unser hauseigenes Ultraschalllabor, in dem wir F&E an Ultraschallanwendungen betreiben, Fügekonzepte validieren und dokumentierte Ergebnisse erstellen, die eine saubere und planbare Skalierung ermöglichen. Gestützt auf 27 Jahre Praxis und mehr als 350 Projekte begleiten wir Sie von der Fügestellengestaltung und Parametrierung über die Musterfertigung bis zur Serienproduktion.

Die meisten Kunden kommen mit einem Fügeproblem zu uns, nicht mit einer Technologie:

• Ein Klebstoff, der für die Liniengeschwindigkeit zu langsam aushärtet.
• Ein gelöteter Kontakt, der die Isolationsprüfung nicht besteht.
• Eine verschraubte Stromschiene, die den Widerstand erhöht.

Was Ultraschallschweißen ist

Ultraschallschweißen ist ein Fügeverfahren im Festkörperzustand, angetrieben durch mechanische Schwingung, ohne externe Wärmequelle, Zusatzwerkstoff oder Klebstoff. Ein Konverter wandelt elektrische Energie in hochfrequente Schwingung um (typisch 20 bis 40 kHz), die ein Booster verstärkt und über ein präzisionsgefertigtes Werkzeug, die Sonotrode, in die Bauteile überträgt.

• Thermoplaste. Die Schwingung schmilzt kurzzeitig die Fügezone auf, die unter Haltedruck zu einer molekularen Verbindung erstarrt.
• Metalle. Die Temperatur erreicht nie den Schmelzpunkt. Die Schwingung bricht Oxidschichten auf und bringt reines Metall in Kontakt, wodurch eine metallurgische Verbindung ohne Wärmeeinflusszone entsteht.

In beiden Fällen besteht die Verbindung aus demselben Werkstoff wie die Bauteile. In der Praxis bedeutet das:

• Taktzeiten von etwa 0,1 bis 3 Sekunden pro Schweißung.
• Keine Verbrauchsmaterialien: kein Klebstoff, keine Schrauben, kein Flussmittel, kein Schutzgas.
• Keine Wärmeeinflusszone rund um empfindliche Bauteile.
• Qualitätsdaten pro Zyklus: Schweißenergie, Kraft und Weg werden für jede Verbindung protokolliert.

Drei Irrtümer, die der Klärung bedürfen

• „Das ist nur Vibrationskleben.“ Im Prozess gibt es keinen Klebstoff. Die Verbindung besteht aus demselben Werkstoff wie die Bauteile: molekular bei Kunststoffen, metallurgisch bei Metallen.
• „Ohne Wärme wird die Schweißung spröde.“ Das Gegenteil ist der Fall. Da die Wärme an der Fügezone bleibt und der Grundwerkstoff nie erwärmt wird, vermeiden Sie die Schwächung durch eine Wärmeeinflusszone, die Schmelzschweißungen mit sich bringen. Die Werkstoffeigenschaften bleiben erhalten.
• „Die Qualität lässt sich schwer prüfen.“ Jede Schweißung wird in Echtzeit gemessen. Energie, Kraft, Weg und Zeit werden pro Zyklus protokolliert, und Toleranzgrenzen können eine nicht konforme Schweißung in dem Moment ausschleusen, in dem sie entsteht, was Klebeverbindungen selten zulassen.

Ein Hinweis zu den Grenzen, weil er wichtig ist: Ultraschallschweißen ist nicht die richtige Antwort für Duroplaste, dicke Metallquerschnitte, ungleichartige Metalle mit stark unterschiedlicher Härte oder sehr große Verbindungsflächen. Wir klären das frühzeitig, nicht erst nach dem Werkzeugbau.

Das Ultraschalllabor und die Qualität

Unser hauseigenes Labor ist mit digitaler Mikroskopie, Zug- und Druckprüfung sowie Dichtheitsprüfung ausgestattet und wird durch eine breite Palette an Schweißsystemen unterstützt, womit wir die Verbindungsqualität empirisch nachweisen.

Über die Entwicklung hinaus übernehmen wir die Lohnfertigung kleiner bis mittlerer Serien, von wenigen Musterteilen bis zur Volumenproduktion, einschließlich in unserem Reinraum ISO 8 für Anwendungen aus Medizin und Pharma. Jedes Werkstück wird geprüft und dokumentiert, und die Qualität jeder Ultraschallverbindung wird gemessen und protokolliert, sodass Sie einen nachvollziehbaren Nachweis statt einer Annahme erhalten.

Das Prinzip dahinter ist einfach: Der kostengünstigste Weg, eine Fügeentscheidung abzusichern, ist, die ersten Schweißungen im Labor zu machen, nicht in der Produktion.

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Sie prüfen Ultraschallschweißen für eine konkrete Verbindung? Senden Sie uns Ihren Werkstoff und Ihre Geometrie. Wir sagen Ihnen ehrlich, ob es passt, wo die Grenzen liegen und wie die validierte Schweißung aussieht.