+ umweltfreundlich
– Elektrische Energie wird direkt über den piezoelektrischen Effekt in hochfrequente, mechanische Schwingungen umgewandelt. Diese Schwingungen wirken direkt im Zielbereich (Schweissnaht, Sieb, Reinigungsmedium, etc.).
+ energiesparend
– Ultraschall bedingt keine Zusatzstoffe und Verbrauchsteile. Durch den fokussierten Energieeintrag im Zielbereich (Schweissnaht, Sieb, Reinigungsmedium, etc.) sind die Energieverluste minimal.
+ schnell
– Durch den fokussierten Energieeintrag gleichzeitig über den ganzen Zielbereich läuft der Ultraschallprozess schnell ab. So werden in der Verbindungstechnik typische Prozesszeiten von Zehntelsekunden (Kunststoff) bis ca. 3 Sekunden (Metall) erreicht.
Industrieller Ultraschall kurz erklärt
Ultraschall dürfte wohl am bekanntesten aus der Diagnostik sein, wo Bilder von ungeborenen Kinder damit gemacht werden. In der Industrie wird Ultraschall in unzähligen Verfahren eingesetzt, z.B. zum Reinigen, Schweissen von Kunststoffen und Metallen, Schneiden, Umformen, Prüfen von Werkstoffen, Separieren, Mischen, Entgasen, Zerstäuben, Orten, Messen, und vielem mehr.
Unter Ultraschall versteht man Schall im für Menschen nicht hörbaren Bereich. Schall stellt die Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar. Die Anzahl der Schwingungen innerhalb einer Sekunde wird als Frequenz bezeichnet und hat die Einheit Hertz (Hz). Der vom Menschen hörbare Frequenzbereich liegt zwischen 16 Hz und 20.000 Hz. Der Bereich über 20.000 Hz wird als Ultraschall bezeichnet.
Ultraschall Technische Grundlagen
Um den Ultraschall zu erzeugen wird der piezoelektrische Effekt von sogenannter PZT-Keramik genutzt. Durch Anlegen einer Spannung an der PZT-Keramik ändert sich ihre Länge. Wird nun eine (hochfrequente) Wechselspannung angelegt, so verlängert und verkürzt sich die PZT-Keramik abhängig von der aktuellen Spannung – die PZT-Keramik schwingt.
Die Schwingungen der PZT-Keramik werden über akustisch abgestimmte Komponenten in den Zielbereich übertragen, z.B. in die Schweissfläche, einen Siebrahmen oder in das Reinigungsmedium. Damit die Übertragung der Schwingungen effizient erfolgt, wird das ganze Schwingsystem akustisch so abgestimmt, dass seine Komponenten in Resonanz schwingen.
Das Schwingsystem besteht aus den folgenden Komponenten:
- Der Konverter enthält die PZT-Keramik welche die elektrische Energie in eine mechanische Schwingungen umwandelt
- Der Booster erhöht oder reduziert die Schwingweite des Konverters so, dass sie optimal zur Sonotrode passt. Es wird nicht für alle Anwendungen ein Booster benötigt.
- Die Sonotrode ist das Werkzeug das die Schwingungen in den Zielbereich überträgt
Arten von Schwingsystemen
Longitudinale Schwingsysteme
Longitudinale Schwingsysteme werden in vielen Bereichen eingesetzt, so zum Beispiel zum Schweissen von Kunststoffen und Buntmetallen oder zum Reinigen.
Torsionale Schwingsysteme
Das torsionale Verfahren bietet den Vorteil, dass die Schwingungen nur wenig in den die Schweissnaht umgebenden Bereich eingeleitet werden. Dadurch werden einerseits empfindliche Bauteile und Oberflächen geschont, und anderseits im Schweissbereich höhere Energiedichten erzielt.
Transversale Schwingsysteme
Zur Anregung von Sieben werden transversale Schwingsysteme eingesetzt.
