Die Vorteile von Ultraschallschweißen für Membranen zur Filtration und Entlüftung

Ob in der Automobilindustrie oder der Medizintechnik – das Ultraschallschweißen hat sich als bewährtes Verfahren zur Integration von Membranen in Anwendungen mit Druckausgleichs- oder Filtrationsfunktion etabliert. Verkürzte Prozesszeiten sowie saubere, reproduzierbare Ergebnisse machen die Verbindungstechnologie insbesondere für automatisierte Produktionsanlagen attraktiv, in denen eine Steigerung von Output und Effizienz im Fokus steht.

So funktioniert das Einbetten von Membranen mit Ultraschall

Beim Einbetten von Membranen in einen z. B. Vorspritzenfilter wird hochfrequente mechanische Schwingungsenergie über ein Schweißwerkzeug, die sogenannte Sonotrode, gezielt in die Fügezone eingebracht.

Die entstehende Schmelze dringt in die oberflächlichen Poren der Membrane ein und bildet dort eine mikromechanische Verankerung. So entsteht eine dichte, feste Verbindung ohne zusätzliche Hilfsstoffe wie Klebstoffe.

Tipp: Welche Kunststoffe für den Ultraschall-Schweißprozess am besten geeignet sind, erfahren Sie hier:

Schweißbare Kunststoffe entdecken

Highlight: Stanzen und Schweißen in einem Schritt

Um Prozesszeiten zu verkürzen und die Effizienz weiter zu steigern, ermöglicht unser innovatives Ultraschallfügeverfahren die Kombination mehrerer Arbeitsschritte in einem einzigen automatisierten Ablauf. Dabei wird die Membran direkt aus einem Bandmaterial gestanzt und in einem zweiten Schritt präzise in das Kunststoffbauteil eingebettet. Das reduziert sowohl den Materialverbrauch als auch die Zykluszeiten erheblich.

Der Prozess erfolgt in vier aufeinander abgestimmten Schritten:

1. Stanzen: Die Membran wird aus dem Bandmaterial in dem gewünschten Durchmesser ausgestanzt.
2. Positionierung: Mithilfe eines Vakuums wird die Membran an die Sonotrode gesaugt und dann an präzise an die vorgesehene Schweißposition transportiert.
3. Einbetten: Durch gezielten Ultraschalleintrag und einer definierten Kraft wird die Membran in dem Kunststoffbauteil verankert.
4. Bandweiterführung: Das Bandmaterial wird automatisch weitergeführt, um den nächsten Takt zu starten.

Vorteile für Anwender:

• Kurze Taktzeiten
• Kein Vorstanzen notwendig
• Schweißnaht direkt belastbar
• Ideal für Rundmembranen 

Praxisbeispiel: Anwendung in der Automobilindustrie

Für das Einbetten einer Membrane in einem Notentgasungssystem suchte die Firma KACO nach einem präzisen und schnellen Fügeverfahren.

Die Herausforderung: Trotz ihres geringen Gewichts und einer leichten Wölbung musste die Membrane exakt mittig im Gehäuse positioniert werden. Eine ungenaue Platzierung hätte die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems beeinträchtigen können.

Alternative Fügeverfahren, wie etwa das Kleben, konnten diese Kriterien nicht erfüllen. Zudem hätten die im Klebstoff enthaltenen Chemikalien die Atmungsaktivitäten der feinen Membran eingeschränkt. Auch die Prozesszeiten hätten sich aufgrund der Trocknungszeit des Klebstoffs verlängert.

Die Lösung: Ultraschallschweißen – präzise und materialschonend. Ultraschall ermöglicht eine dauerhafte Verbindung ganz ohne den Einsatz von Klebstoffen oder sonstigen Fügemitteln. Dadurch bleiben die empfindlichen Materialeigenschaften der Membran vollständig erhalten. Dank einer individuell ausgelegten Werkzeuglösung und einer kompetenten, anwendungsspezifischen Prozessberatung lässt sich die Membran präzise im Bauteil positionieren – reproduzierbar, zuverlässig und prozesssicher.

Kundenvorteile: 

• sicheres, reproduzierbares Ergebnis
• schnelle Taktraten in einem automatisierten Verfahren
• schonender Prozess für sensible Membranen
• feste Verbindungen zwischen Membran und Gehäuse

Mehr über die Kundenvorteile für KACO erfahren

Ultraschallschweißen von Membranen in Medical-Anwendungen

In der Medizintechnik wächst der Bedarf an zuverlässigen Fügeverfahren mit hohem Automatisierungspotenzial. Das Ultraschallschweißen von Membranen bietet gegenüber dem Kleben oder thermischen Siegeln entscheidende Vorteile:

Vorteile des Ultraschallschweißverfahrens für Hersteller von Medizinprodukten:

• Keine Pick-and-Place-Handhabung notwendig: Stanzen & Einbetten in einem Arbeitsschritt
• Dokumentation: Lückenlose Erfassung und Dokumentation der Prozessdaten jeder einzelnen Schweißung
• Schonende Energieeinbringung: Auch empfindlichere Filtermedien werden zuverlässig und beschädigungsfrei gefügt

Typische Anwendungen:

• Vorgefüllter Spritzenfilter / Pre-Fill-Spritzenfilter
• Needle-Hub-Membranen
• Inline-Filter für Infusionssysteme
• Sterile Belüftung von IV-Lösungen (PTFE-Venting-Membranen)
• Belüftungs- und Entlüftungslösungen für Stomabeutel
• IV-Filter
• Infusionsfilter
• Nadelfreier Inline-Filter
• Belüftungs- und Entlüftungskappen für Zellkulturflaschen
• Druckausgleichselementen (DAE)

Mehr über die Vorteile von Ultraschall in der Medizinbranche erfahren Sie hier:

Ultraschallschweißen für Medizinprodukte

Fazit: Prozesssicheres Einbetten von Membranen mit Ultraschall – ideal für Großserien

Das Ultraschallschweißen stellt eine optimale Lösung für das zuverlässige, saubere und wirtschaftliche Fügen von Membranen in Kunststoffbauteilen dar. Das Verfahren erfüllt höchste Anforderungen an Dichtheit, Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit bei Membranen von führenden Anbietern wie Gore, Porex, Berghof oder Schreiner.

Durch die schonende Arbeitsweise und die präzise Steuerung der Schweißparameter lassen sich selbst empfindlichere Membranmaterialien sicher und dauerhaft verbinden. Die einfache Integration in automatisierte Fertigungslinien sowie die Möglichkeit zur lückenlosen Prozessüberwachung machen den Ultraschall zum bevorzugten Fügeverfahren für Großserienanwendungen.

Eine fundierte Beratung durch Ultraschall-Experten ist dabei entscheidend. Sie unterstützen sowohl beim Bauteildesign, der Prozessentwicklung als auch bei der Integration der Ultraschallsysteme in bestehende oder neue Produktionsanlagen – und ermöglichen so eine reibungslose und schnelle Inbetriebnahme.