Ultraschallschweißwerkzeuge
Ultraschallschweißwerkzeuge – Sonotroden & Nester | Schwinn GmbH
Die Schwinn GmbH entwickelt und fertigt Ultraschallschweißwerkzeuge für die industrielle Serienfertigung – Sonotroden, Booster und Gegenwerkzeuge (Nester) präzise abgestimmt auf Ihr Bauteil und Ihre Ultraschallanlage.
Ultraschallschweißen verbindet Kunststoffteile durch hochfrequente Schallschwingungen in Millisekunden – punktgenau, reproduzierbar und ohne Klebstoffe oder Lösungsmittel. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich für kleine bis mittelgroße Bauteile mit definierten Schweißpunkten oder -nähten und kurzen Taktzeiten.
Als Werkzeugbauer mit über 70 Jahren Erfahrung aus Mühlheim am Main fertigen wir Ultraschallwerkzeuge mit Werkzeugbau-Präzision – CNC-gefräst, exakt auf Ihre Bauteilgeometrie und Schweißanlage ausgelegt.
Was ist Ultraschallschweißen? – Verfahren & Funktionsprinzip
Beim Ultraschallschweißen erzeugt ein piezoelektrischer Konverter hochfrequente elektrische Schwingungen (typisch 20, 30 oder 35 kHz), die über einen Booster verstärkt und von der Sonotrode auf das Bauteil übertragen werden. Die Schallenergie wird an der Fügezone in Wärme umgewandelt – der Thermoplast schmilzt lokal auf und verbindet sich beim Erstarren unter Druck zur fertigen Schweißnaht.
Der Prozess läuft in drei Phasen ab:
Phase 1 – Energieeinbringung:
Die Sonotrode drückt auf das Bauteil. Die Ultraschallschwingungen werden in die Fügezone geleitet – durch spezielle Energierichtungsgeber (ERG) an der Fügefläche punktgenau konzentriert.
Phase 2 – Aufschmelzen & Fügen:
Das Material an der Fügezone schmilzt auf. Der Schallgeber stoppt im richtigen Moment – die Schmelze erstarrt unter definiertem Nachdruck.
Phase 3 – Entnahme:
Das fertig verschweißte Bauteil wird aus dem Nest entnommen. Gesamte Zykluszeit: typisch 0,1 – 3 Sekunden.
Aufbau eines Ultraschallschweißwerkzeugs
Sonotrode (Horn)
Die Sonotrode überträgt die Ultraschallschwingungen auf das Bauteil. Sie wird auf die Resonanzfrequenz der Anlage (20, 30 oder 35 kHz) abgestimmt und präzise auf die Bauteilkontaktfläche gefräst.
Material: Titan (Ti-6Al-4V) für hohe Belastung, Aluminium für Standardanwendungen, Werkzeugstahl für abrasive Werkstoffe.
Kritisch: Jede Sonotrode muss auf exakt die richtige Eigenfrequenz abgestimmt werden – durch präzise Dimensionierung und Frequenzmessung.
Booster
Der Booster sitzt zwischen Konverter und Sonotrode und verstärkt oder reduziert die Schwingungsamplitude – je nach Materialanforderung.
Standard-Verstärkungsfaktoren: 1:1, 1:1,5, 1:2
Material: Titan oder Aluminium, präzise auf Resonanzfrequenz gefertigt.
Hinweis: Booster werden in der Regel vom Anlagenhersteller geliefert – wir fertigen auf Anfrage auch Sonder-Booster für spezifische Amplituden- anforderungen.
Nest (Gegenwerkzeug)
Das Nest nimmt das Unterteil des Bauteils formgenau auf und fixiert es während des Schweißvorgangs. Präzise Passform verhindert Verschieben und sichert reproduzierbare Schweißergebnisse.
Material: Aluminium oder Stahl, CNC-gefräst auf Bauteilkontur.
Kritisch: Das Nest muss das Bauteil direkt unter der Schweißzone vollflächig abstützen – Hohlräume führen zu Schwingungsverlusten und Schweißfehlern.
Verarbeitbare Werkstoffe & technische Spezifikationen
Schweißbare Thermoplaste
Sehr gut geeignet (amorph):
- ABS
- PS (Polystyrol)
- SAN, ASA
- PC (Polycarbonat)
- PMMA (Acrylglas)
- PVC (hart)
Gut geeignet (teilkristallin):
- PP (mit Energierichtungsgeber)
- PE (mit ERG)
- PA 6, PA 66
- POM
- PBT
Bedingt geeignet:
- Gefüllte und verstärkte Thermoplaste (GF, Talkum)
- Thermoplastische Elastomere (TPE)
- Compounds mit hohem Füllgrad
Nicht geeignet:
- Duroplaste
- Elastomere (ohne Einschränkung)
- Faserverbundwerkstoffe
Technische Kennwerte
Ultraschallparameter:
- Frequenz: 20 kHz (Standard, groß), 30 kHz (mittel), 35 kHz (klein, fein)
- Amplitude: 10 – 60 µm (frequenz- und materialabhängig)
- Schweißzeit: 0,1 – 3 s
Werkzeugkennwerte:
- Sonotroden-Material: Ti-6Al-4V oder Al 7075
- Frequenzabstimmung: ± 50 Hz auf Nennfrequenz
- Maßtoleranz Nest: ± 0,05 mm
- Bauteilgröße: bis ca. 200 x 150 mm (anlagenabhängig)
- Kompatibel mit: Branson, Herrmann, Rinco, Telsonic, Weber Ultrasonics
Energierichtungsgeber (ERG) – der Schlüssel zur Nahtqualität
Der Energierichtungsgeber (ERG) ist eine feine Rippe oder Spitze an der Fügefläche des Bauteils, die die Ultraschallenergie punktgenau auf die Schmelzzone konzentriert. Ohne ERG verteilt sich die Energie unkontrolliert – das Ergebnis sind ungleichmäßige Nähte, Verbrennungen oder Schweißversager.
Wir beraten Sie bereits in der Bauteilkonstruktion:
- Welche ERG-Geometrie für Ihren Werkstoff und Ihre Nahtanforderung optimal ist (Dreieck, Stufengeometrie, Hutform)
- Wie die ERG in die Bauteilkonstruktion integriert wird – ohne optische Beeinträchtigung der Sichtflächen
- Wie die Sonotrode auf die ERG-Lage abgestimmt wird
Eine gute ERG-Auslegung ist die wichtigste Voraussetzung für reproduzierbare, mediendichte Schweißnähte beim Ultraschallschweißen.
Anwendungsbeispiele aus der Praxis
Ultraschallschweißwerkzeuge von Schwinn GmbH werden eingesetzt für:
Automotive & Elektronik
Sensor- und Steuergerätegehäuse aus ABS und PC, Schalter- und Steckverbinder- Gehäuse, Lautsprechergitter und Akustikbauteile, Lichtleiter-Einheiten in Fahrzeuginnenräumen, Clipse und Rastverbindungen aus Kunststoff.
Medizintechnik & Pharma
Einwegbehälter und Kassetten aus PP und PE, Filtergehäuse für medizinische Anwendungen, Blisterverpackungen und Medikamentenbehälter, Diagnostik-Einwegprodukte.
Verpackung & Consumer
Kunststoffverpackungen und Blister, Spielzeuggehäuse und Kleinteile, Kosmetikverpackungen, Elektronikartikel-Gehäuse.
Industrie & Präzisionstechnik
Kleine Ventil- und Filtergehäuse, Präzisionsgehäuse für Sensoren und Messgeräte, Feinmechanische Kunststoffbauteile mit engen Toleranzen.
Unser Prozess – von der Anfrage zum fertigen Werkzeug
1. Bauteilanalyse & ERG-Beratung
Prüfung Ihrer Bauteilzeichnung: Fügeflächen-Geometrie, Wandstärken, ERG-Auslegung, Werkstoff-Schweißbarkeit. Empfehlung Frequenz (20/30/35 kHz) und Amplitude.
2. Abstimmung auf Ihre Anlage
Aufspannmaße, Frequenz, Boosterfaktor und Einbaulage werden auf Ihre bestehende Schweißanlage abgestimmt.
3. Sonotroden-Konstruktion & Berechnung
Auslegung der Sonotrode auf die Resonanzfrequenz Ihrer Anlage – Längen- und Massenberechnung für exakte Frequenzabstimmung.
4. CNC-Fertigung & Frequenzabstimmung
Fräsen der Sonotrode auf unseren 5-Achs-CNC-Zentren, anschließende Frequenzmessung und Feinabstimmung durch Materialabtrag.
5. Nest-Fertigung
Fräsen des Gegenwerkzeugs auf Bauteilkontur – Maßtoleranz ± 0,05 mm.
6. Try-Out & Parameteroptimierung
Erprobung auf der Schweißanlage, Optimierung von Amplitude, Zeit und Druck für optimale Nahtqualität und kurze Zykluszeiten.
Häufige Fragen von Einkäufern
Für welche Ultraschallanlagen fertigen Sie Werkzeuge?
Wir fertigen für alle gängigen Ultraschall- schweißanlagen – Branson, Herrmann Ultraschall, Rinco, Telsonic, Weber Ultrasonics und andere. Bitte Hersteller, Modell, Frequenz und Aufspannmaße bei der Anfrage angeben.
Können Sie auch Sonotroden für bestehende Werkzeuge nachfertigen?
Ja. Wenn die Originalsonotrode verschlissen oder beschädigt ist, fertigen wir eine identische Ersatzsonotrode nach – nach Originalmaß oder nach Zeichnung. Bitte das Original oder die Zeichnung mitschicken.
Was ist der Unterschied zwischen 20 kHz und 35 kHz?
20 kHz: hohe Amplitude, großflächige Bauteile, dickere Wandstärken. Standard für die meisten Automotive- Anwendungen. 35 kHz: niedrige Amplitude, filigrane Bauteile, dünne Wandstärken, empfindliche Oberflächen. Standard für Elektronik und Medizintechnik. Wir empfehlen die passende Frequenz nach Prüfung Ihres Bauteils.
Wie lange dauert die Lieferzeit?
Standardsonotroden: 3–5 Wochen. Komplexe Sonotroden mit aufwändiger Bauteilkontur: 5–8 Wochen. Nest: 2–4 Wochen (parallel zur Sonotrode fertigbar).
Bieten Sie Frequenzmessung und -protokoll an?
Ja. Jede Sonotrode wird nach der Fertigung vermessen und auf die Nennfrequenz abgestimmt. Das Messprotokoll liefern wir standardmäßig mit.
Ultraschallschweißwerkzeug anfragen – Antwort in 24 Stunden
Sie planen ein neues Ultraschallschweißprojekt oder benötigen eine Ersatzsonotrode? Senden Sie uns Ihre Anfrage mit Bauteilzeichnung oder CAD-Datei (STEP) sowie Hersteller und Typ Ihrer Schweißanlage – wir melden uns innerhalb von 24 Stunden mit einer ersten technischen Einschätzung.
