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Untersuchung der Schweissbarkeit thermoplastischer Kunststoffe mit Ultraschall

Die Arbeit behandelt die Grundlagen des Ultraschallschweißens von Kunststoffen. Schwerpunkte sind die Energieübertragung und die Energieumwandlung. Theoretisch und mit Hilfe von Modellversuchen wird gezeigt, dass die Geometrie der Fügeteile einen gravierenden Einfluss auf die Schweißeignung hat. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich in den Fügeteilen ein stehendes Wellenfeld ausbildet. Dadurch wird die Energieübertragung und Energieumwandlung geometrieabhängig.

Die maximale Energieumsetzung in Wärme erfolgt in den Zonen maximaler Wechselspannungen und -dehnungen durch innere Reibung. Lage und Geometrie der Fügeflächen haben daher einen großen Einfluss auf die Güte der Schweißverbindung. Zusätzlich kann die Grenzflächenreibung zwischen den Fügeteilen zum Aufschmelzen ausgenutzt werden. Entscheidend ist hier die Ankoppelungskraft bzw. der Ankoppelungsdruck. Letzterer ergibt sich aus der Kraft und der durch sie sich ergebende Kontaktfläche in der Fügenaht.

Grundsätzlich ist zwischen der Nahfeld- und Fernfeldschweißung zu unterscheiden. Beim Nahfeldschweißen – auch direkte Methode genannt – ist der Abstand zwischen Sonotrode und Schweißnaht kleiner als 6 mm. Bei der Fernfeldschweißung – auch indirekte Methode genannt – muss der Schall über eine größere Distanz durch das obere Fügeteil geleitet werden. Ein theoretisch hergeleitetes Kennfeld – basierend auf dimensionslosen Potenzgruppen – gibt Aufschluss darüber, nach welcher Methode ein Thermoplast schweißbar ist. Bei der Schweißeignung von Folien muss zusätzlich die Schalldurchlässigkeit beachtet werden. Diese ist der Quotient aus durchgelassener zu zugeführter Energie. Die Foliendicke ist hier eine dominante Größe.

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Helmut Potente
Institut für Kunststoffverarbeitung
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Informationen

Freie Schlagwörter: Amorphe Thermoplaste, dimensionslose Potenzprodukte (Kennzahlen), Energieübertragung, Energieumwandlung, Fernfeld, Grenzflächenreibung, innere Reibung, Modellexperimente, Nahfeld, Schweißbarkeit Schweißnaht, teilkristalline Thermoplaste
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. G. Menges (Betreuer), Prof. Dr. phil. R. Pohlman
Erscheinungsjahr: 1971
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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