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Was ist Ultraschall?

  • Schall stellt die Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichteschwankungen in einem elastischen Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar. Wenn z.B. ein Geräusch entsteht, wird an dieser Stelle die Luft dichter zusammengedrückt. Danach breitet sich die Schicht mit verändertem Druck erstaunlich schnell aus, und zwar in alle Richtungen mit der Schallgeschwindigkeit von 343 m/s.

     

    Als Ultraschall bezeichnet man die akustischen Frequenzen von 16 kHz bis 1 GHz. Zur Einordnung: der Mensch kann Frequenzen zwischen 16 Hz und 20 kHz hören, d.h. die unteren Frequenzbereiche beim industriellen Ultraschall sind hörbar, vor allem wenn sich noch Nebenfrequenzen entwickeln. Und man kann den Ultraschall fühlen, wenn man das Schweißwerkzeug berührt. Für das Ultraschallschweißen wird der Frequenzbereich von 20 kHz bis 70 kHz genutzt.

    Weitere Einsatzbereiche: Der bildgebende Ultraschall in der medizinischen Diagnostik bewegt sich zwischen 1 und 40 MHz. Dieser ist unhörbar und kann auch nicht gefühlt werden. Die industrielle Materialprüfung mit Ultraschall nutzt den Frequenzbereich von 0,25 bis 10 MHz.

     

     

     

     

  • Frequenzbereiche beim Ultraschall
    Einordnung der Frequenzbereiche beim Ultraschall – der Hörbereich für das menschliche Ohr umfasst nur einen Bruchteil
Infrarotdarstellung des Temperaturanstiegs während einer Schweißung
Infrarotdarstellung des Temperaturanstiegs während einer Schweißung

Wie wirkt Ultraschall?

Ultraschallschwingungen sind mechanische Longitudinalwellen, die

  • Eine Verformung im Kunststoff erreichen
  • Reibung zwischen den Molekülen bewirken


Die daraus entstehende Reibungswärme erzeugt Schmelze, die die Fügepartner auf molekularer Ebene verbindet.

Die Reibung entsteht durch Impedanzen im Material, Absorption und Reflexion der Schwingungsenergie:

  • Innere Reibung im Molekülverband = Verformungsarbeit
  • Äußere Reibung zwischen den Fügepartnern = Grenzflächenreibung

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