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Ultraschallschweißen von Kunststoffen

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.14

Einführung

Zwei Kunststoffplatten werden unter der Einwirkung von Ultraschall miteinander verschweißt.

Material

Stativfuß
2 x Stativstange, 4kt, l = 400 mm
2 x Doppelmuffe
2 x Universalklemme
Rundstab, l = 50 mm
Glycerin, 250 ml
Polymethylmethacrylat
Ultraschallgenerator

Versuchsaufbau Versuchsaufbau siehe Abb. 14 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Auf den Schallkopf, auf den als Kopplungsflüssigkeit einige Tropfen Glycerin aufgetragen wurden, legt man zwei Kunststoffplättchen. Der Rundstab wird so justiert, dass er die übereinanderliegenden Platten gegen die Stirnfläche des Schallkopfes drückt. Die Platten müssen an ihren Berührungsflächen sauber, insbesondere fettfrei und trocken sein. Sie werden gegebenenfalls vorher mit Alkohol oder Spiritus gereinigt.

Durchführung

Am Generator wird die maximale Amplitude eingestellt. Die Platten werden eine halbe bis eine Minute der Einwirkung des Ultraschalls ausgesetzt.

Es ist zu beachten, dass die Marke des Amplitudenstellknopfes weniger als 1 Minute bis in den schraffierten Bereich gedreht werden sollte, da andernfalls die Wärmeentwicklung den Schallknopf zerstören kann.

Nach dem Beschallen wartet man eine Abkühlzeit von etwa einer halben Minute ab, bevor man die Kunststoffplatten aus der Versuchsanordnung herausnimmt und ihre Verbindung überprüft.

Ergebnis

Die Kunststoffplatten sind in einem kreisförmigen Bereich ihrer Berührungsfläche fest miteinander verschweißt. Dieser Bereich hat sich während der Beschallung so stark erwärmt, dass auch nach einer begrenzten Abkühlzeit noch eine deutliche Temperaturerhöhung gegenüber der Umgebung festzustellen ist.

Anmerkung

Kunststoffe zeigen eine starke Ultraschallabsorption, so dass infolge innerer Reibung ein großer Teil der Schallenergie in Wärme umgewandelt wird.

Durch das "Aneinanderschlagen" der Werkstoffe tritt eine zusätzliche Erwärmung an den inneren Grenzflächen auf, so dass gerade dort, wo geschweißt werden soll, der Schmelzpunkt der Werkstoffe zuerst überschritten werden kann. Das Ultraschallschweißen ist ein häufig verwendetes Fertigungsverfahren in der Kunststoffverarbeitung.

Es wird auch in der Metallfertigung angewendet und eignet sich hier insbesondere zum Verbinden dünner Bleche oder Drähte.