DE102008044370A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen (5, 6) mittels Ultraschallwellen (8), umfassend einen Ultraschallerzeuger (2), einen Wellenleiter (3, 9, 12), welcher zwischen dem Ultraschallerzeuger (2) und den zu verbindenden Bauteilen (5, 6) angeordnet ist; und eine Fokussiereinrichtung (4), welche die vom Ultraschallerzeuger (2) erzeugten Ultraschallwellen (8) in einem Fokusbereich (7) fokussiert, wobei der Fokusbereich (7) auf eine Verbindungsstelle zwischen den zu verbindenden Bauteilen (5, 6) gerichtet ist, um die Bauteile zu fügen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, thermoplastische Kunststoffe unter Verwendung von Ultraschall miteinander zu verbinden. Dieses bekannte Verfahren wird als Ultraschall-Schweißverfahren bezeichnet und der Gruppe der Reibschweißverfahren zugeordnet. Bei bekannten Ultraschall-Schweißverfahren werden von einem Schallwandler (sog. Konverter) mechanische Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich erzeugt, die über ein Amplitudentransformationsstück (sog. Booster) und ein Schweißwerkzeug (sog. Sonotrode) den zu verbindenden Werkstücken zugeleitet werden. Die gesamte Einheit arbeitet in Resonanz. Ein verwendeter Frequenzbereich des Ultraschalls liegt zwischen 20 kHz und 40 kHz. Durch Molekular- und Grenzflächenreibung entsteht die zum Plastifizieren notwendige Wärme. Dabei müssen die mechanischen Schwingungen unter einem bestimmten Anpressdruck und mit einer geeigneten Fügenahtgeometrie (z. B. sog. Energierichtungsgeber) den zu verbindenden Bauteilen zugeführt werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 42 06 584 A1 offenbart.
  • Die Vorteile dieses bekannten Ultraschall-Schweißverfahrens liegen vor allem im kostengünstigen Verfahren und in sehr kurzen Zykluszeiten. Zur Erreichung der zum Plastifizieren notwendigen Erwärmung werden bei den verwendeten Frequenzen Schwingungsamplituden von einigen wenigen Mikrometern bis zu ca. 40 μm benötigt. Dies führt zur Vibrationsanregung der zu fügenden Bauteile und kann bei entsprechender Anregung von Eigenschwingungen zu Bauteilschädigungen führen. Der notwendige Anpressdruck von einigen wenigen MPa bis zu ca. 50 MPa führt zur mechanischen Belastung der zu fügenden Bauteile. Bei Materialien mit hohem akustischem Dämpfungsfaktor, beispielsweise bei teilkristallinen Kunststoffen, wird die lokal über die Sonotrode in die Bauteile eingebrachte Schallwelle stark gedämpft. Damit ergibt sich bei hochabsorbierenden Thermoplasten als weiterer Nachteil des bekannten Ultraschall-Schweißverfahrens die Beschränkung auf Schweißnähte im Nahfeld der Schwingungseintragung. Nachteilig ist weiterhin der durch die Resonanzauslegung benötigte große Bauraum des Ultraschall-Schweißsystems und der vor allem beim Schweißen mit dünnen Bauteilen oder Folien auftretende hohe Geräuschpegel.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass im Gegensatz zum bekannten Ultraschall-Schweißverfahren kein oder nur ein minimaler Anpressdruck zur Verbindung der Bauteile notwendig ist und geringere Schwingungsamplituden in die Bauteile eingeleitet werden. Hierdurch kann eine mechanische Belastung während des Verbindungsvorgangs sehr gering gehalten werden und ein Aufbau der Vorrichtung kann einfach und kostengünstig sein. Erfindungsgemäß wird ein fokussierter Ultraschall verwendet, um an einem Fokuspunkt oder in einer Fokusregion eine Wärme zu erzeugen, welche aufgrund der inneren Schallabsorption des Materials (Molekularreibung) der Bauteile erzeugt wird. Die innere Absorption thermoplastischer Materialien ist frequenzabhängig und steigt i. a. mit zunehmender Frequenz bis in den Frequenzbereich einiger MHz an. Zur Erzeugung der notwendigen Wärme wird erfindungsgemäß im Vergleich zum bekannten Ultraschall-Schweißverfahren eine Schwingung mit deutlich höherer Frequenz aber niedrigerer Amplitude, im Bereich von einigen Nanometern bis ca. einem Mikrometer, vorzugsweise 3 nm bis 1 μm, erzeugt. Erfindungsgemäß sind hierzu ein Ultraschallerzeuger, ein Wellenleiter und eine Fokussiereinrichtung vorgesehen. Vom, beispielsweise piezokeramischen, Ultraschallerzeuger werden mechanische Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich erzeugt, durch die Fokussiereinrichtung fokussiert, und über den Wellenleiter in die zu fügenden Bauteile eingeleitet. Durch Fokussieren der Ultraschallwellen kann eine punkt- oder linienförmige Verbindung zweier Bauteile erreicht werden, ohne dass die Nachteile des bekannten Ultraschall-Schweißverfahrens vorhanden sind. Der Ultraschallerzeuger selbst arbeitet vorzugsweise in Resonanz, das Gesamtsystem jedoch bedarf keiner resonanten Auslegung. Der Ultraschall breitet sich als fortschreitende Welle vom Ultraschallerzeuger zu den Bauteilen aus. Der Wellenleiter ist zwischen dem Ultraschallerzeuger und den zu verbindenden Bauteilen angeordnet und gewährleistet eine verlustarme Schallübertragung. Je nach Aufbau ist ein minimaler Anpressdruck zwischen Wellenleiter und Bauteilen erforderlich, um eine spaltfreie Anordnung zwischen Wellenleiter und Bauteilen und damit eine verlustlose Schallübertragung sicher zu stellen. Die Fokussiereinrichtung fokussiert den vom Ultraschallerzeuger erzeugten Ultraschall in einen räumlich begrenzten Bereich, beispielsweise in einen Fokuspunkt. Damit wird eine örtlich begrenzte Erwärmung des Materials der Bauteile erreicht, wodurch eine entsprechend örtlich begrenzte, beispielsweise punktförmige, Verbindung der Bauteile erreicht wird. Die Grenzflächen der zu fügenden Bauteile werden im Gegensatz zu Reibschweißverfahren nicht zu makroskopischen Relativbewegungen angeregt. Unter anderem aus diesem Grund ist das Verfahren geräuscharm. Weiterhin sind durch die Bündelung der Schallwellen Verbindungen in der Tiefe der Bauteile möglich, ohne die Oberfläche zu plastifizieren. Durch Verfahren der Schweißeinrichtung und/oder der Bauteile relativ zueinander sind prinzipiell beliebige dreidimensionale Geometrien verschweißbar. Erfindungsgemäß werden Ultraschallwellen im Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 50 MHz verwendet. Durch Verwendung dieser im Vergleich zum bekannten Ultraschall-Schweißverfahren höheren Frequenzen kann eine kompaktere Bauweise des Gesamtsystems realisiert werden.
  • Erfindungsgemäß werden zur räumlich begrenzten Erwärmung der zu verbindenden Bauteile die von einem Ultraschallerzeuger abgestrahlten Schallwellen fokussiert. Diese Fokussierung kann z. B. über eine selbstfokussierende Anordnung, beispielsweise durch einen Ultraschallerzeuger in Form eines Kugelschalenabschnittes, eine linsenfokussierende Anordnung oder über eine reflektorfokussierende Anordnung erfolgen. Alternativ können mehrere Ultraschallsender als Sender-Array angeordnet und die Fokussierung über die elektronische Ansteuerung des Arrays erreicht werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Vorzugsweise ist der Wellenleiter integral mit dem Ultraschallerzeuger gebildet. Hierdurch kann ein besonders kompakter und einfacher Aufbau erreicht werden. Bevorzugt ist der Wellenleiter ein aus einem metallischen Vollmaterial hergestelltes Element, wobei das metallische Vollmaterial als Kopplermedium wirksam ist. Gemäß einer bevorzugten Alternative umfasst der Wellenleiter eine mit einem Fluid gefüllte oder eine mit einem Gel gefüllte Membran. Dabei fungiert das Fluid bzw. das Gel als Kopplermedium. Als Fluid wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet. Dies hat den Vorteil, dass das Kopplermedium besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann. Weiter bevorzugt ist die Membran dabei flexibel ausgebildet. Hierdurch kann in einfacher Weise die Position des Fokusbereiches innerhalb der Bauteile variiert werden. Damit kann die Einrichtung an unterschiedliche Gegebenheiten schnell und einfach angepasst werden. Hierdurch kann beispielsweise eine schnelle Umrüstung der Vorrichtung erreicht werden, wenn Bauteile aus verschiedenen Materialien oder mit unterschiedlichen Fügegeometrien nacheinander gefügt werden sollen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine dreidimensionale Verfahreinheit, um die Vorrichtung relativ zu den Bauteilen und/oder die Bauteile relativ zur Vorrichtung zu verfahren. Hierdurch wird eine erhöhte Flexibilität der Vorrichtung erreicht, wobei die Bauteile dann durch eine Vielzahl von Verbindungspunkten verbunden werden.
  • Vorzugsweise ist der Ultraschallerzeuger ein piezoelektrischer Ultraschallerzeuger. Weiter bevorzugt erzeugt der Ultraschallerzeuger Ultraschallwellen in einem Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 50 MHz, besonders bevorzugt in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz.
  • Um gleichzeitig eine Vielzahl von Verbindungsstellen zwischen den Bauteilen zu erzeugen, ist vorzugsweise eine Vielzahl von Ultraschallerzeugern mit jeweils eigener Fokussierung vorgesehen. Somit können gleichzeitig mehrere Verbindungsstellen erzeugt werden.
  • Um eine Anpassung an unterschiedliche zu fügende Materialien zu ermöglichen, umfasst die Vorrichtung ferner vorzugsweise eine Frequenzänderungseinrichtung und/oder eine Amplitudenänderungseinrichtung, um eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Ultraschallwellen zu ändern. Weiter bevorzugt ist der Ultraschallerzeuger derart ausgelegt, dass er monofrequente oder multifrequente Ultraschallsignale erzeugt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ultraschallerzeuger und dem Wellenleiter noch eine akustische Anpassschicht (λ/4-Schicht) zur Verbesserung der Leistungsübertragung angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ultraschallerzeuger aus piezokeramischem Material in Form eines Kugelschalenabschnittes hergestellt. Hierdurch kann auf einfache Weise die Fokussiereinrichtung in dem Ultraschallerzeuger integriert werden. Bevorzugt hat der mit dem Ultraschallerzeuger verbundene Wellenleiter ferner eine Kegelform. Die Bündelung des Ultraschalls erfolgt damit in einen Fokuspunkt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Ultraschallerzeuger die Form eines Zylinderschalenabschnittes. Die Bündelung des Ultraschalls erfolgt damit in eine Fokuslinie.
  • Erfindungsgemäß wird fokussierter Ultraschall verwendet. Die Bündelung des Ultraschalls wird vorzugsweise über eine selbstfokussierende Anordnung, eine linsenfokussierende Anordnung, eine reflektorfokussierende Anordnung oder über eine phasengesteuerte Anordnung mehrerer Ultraschallerzeuger in Form eines Arrays erreicht.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Ultraschall. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Bereitstellens von Ultraschall mittels eines Ultraschallerzeugers und des Fokussierens des Ultraschalls auf eine Fokusregion, an welcher die Bauteile verbunden werden sollen. In der Fokusregion wird dadurch unter Ausnutzung der Absorptionseigenschaften des Materials der zu verbindenden Bauteile Wärme erzeugt. Hierbei nimmt die Schallabsorption mit steigender Temperatur zu und führt somit zu einem sich selbst verstärkenden Prozess. Gleichzeitig bildet die erwärmte Materialschicht eine Barriere für eine weitere Schallausbreitung, so dass Bauteilbereiche, welche vom Ultraschallerzeuger aus betrachtet hinter der Fokusregion liegen, weniger stark erwärmt werden.
  • Vorzugsweise eignet sich das Verfahren zum Verbinden thermoplastischer Kunststoffe. Weiter bevorzugt wird das Verfahren zum Fügen von mehrschichtigen Verbundfolien gleicher oder unterschiedlicher Materialien, beispielsweise Kunststoff oder Metall, in der Verpackungstechnik eingesetzt.
  • Zeichnung
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 3 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 4 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Vorrichtung 1 zum Verbinden von zwei Bauteilen 5, 6 mittels Ultraschall beschrieben.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 einen Ultraschallerzeuger 2 und einen Wellenleiter 3. Der Ultraschallerzeuger 2 ist ein piezoelektrischer Ultraschallsender, welcher in einem Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 50 MHz, besonders bevorzugt im Bereich 1 MHz bis 10 MHz, Ultraschallsignale abgeben kann. Der Wellenleiter 3 ist ein aus einem metallischen Vollmaterial hergestellter Kegel, welcher sich unmittelbar an den Ultraschallerzeuger 2 anschließt. Das Metallmaterial bildet das Kopplermedium, welches zu einer verlustarmen Übertragung der erzeugten Ultraschallwellen 8 dient. Durch die selbstfokussierende Anordnung fokussiert der Ultraschallerzeuger 2 den Ultraschall, so dass dieser in eine Fokusregion 7 fokussiert wird. Somit ist eine Fokussiereinrichtung 4 in den Ultraschallerzeuger 2 integriert. Die Fokusregion 7 liegt hierbei an der Grenzfläche der Bauteile 5, 6. Die Bauteile 5, 6 berühren sich dabei, wobei jedoch keine Vorspannung oder ein Anpressdruck o. ä. vorhanden sein muss, um die Bauteile gegeneinander mit Kraft zu beaufschlagen, solange eine spaltfreie Anordnung zwischen Ultraschallerzeuger 2 und Wellenleiter 3, sowie zwischen Wellenleiter 3 und Fügeteilen 5, 6 gewährleistet ist.
  • Durch die in die Fokusregion 7 fokussierten Ultraschallwellen 8 wird nun im Material der Bauteile 5, 6 im Bereich der Fokusregion 7 durch Schallabsorption Wärme generiert. Hierbei steigt die Schallabsorption mit steigender Temperatur und führt so zu einem sich selbst verstärkenden Prozess. Ferner bildet die erwärmte Materialschicht der Bauteile 5, 6 eine Barriere gegen eine weitere Schallausbreitung innerhalb der Bauteile. Dadurch werden Bauteilbereiche, welche vom Ultraschallerzeuger 2 aus betrachtet hinter der Fokusregion 7 liegen, weniger stark erwärmt. Durch die Bündelung der Ultraschallwellen 8 kann somit eine punktförmige Verbindung zwischen dem Bauteil 5 und dem Bauteil 6 erreicht werden. Ein Grad einer Ausdehnung der punktförmigen Verbindung hängt dabei insbesondere von der Geometrie der Fokussiereinrichtung, der Frequenz und der Amplitude der Ultraschallwellen 8 sowie den Materialeigenschaften (Schallgeschwindigkeit, Dichte, Absorptionsfähigkeit) der Bauteile ab.
  • Die im Ultraschallerzeuger 2 erzeugten Ultraschallwellen 8 werden somit in die Fokusregion 7 gebündelt, so dass eine punktförmige lokale Erwärmung erfolgt. Das als Wellenleiter verwendete Metall zeichnet sich ferner durch nur geringe Verluste, die durch Dämpfung bzw. Fehlanpassung der akustischen Impedanz der Materialien resultieren, aus.
  • Durch die Erwärmung im Fokuspunkt 7 beginnt ein Aufschmelzen der zu fügenden Bauteile 5, 6, so dass eine punktförmige Verbindung realisiert werden kann. Durch eine kontinuierliche Verschiebung der Vorrichtung 1 relativ zu den Bauteilen 5, 6 bzw. einer Verschiebung der Bauteile 5, 6 relativ zur Vorrichtung 1 kann durch Aneinandersetzen einzelner Schweißpunkte eine Schweißlinie erzeugt werden. Hierzu ist eine nicht gezeigte dreidimensionale Verfahreinheit vorgesehen.
  • Besonders bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe als zu fügende Bauteile verwendet. Erfindungsgemäß kann die Fügevorrichtung insbesondere zum Fügen von Bauteilen verwendet werden, welche aufgrund ihrer komplexen Geometrie nur schwer zugänglich sind. Wie in 1 dargestellt, kann der Fügevorgang dabei in einem mittleren Bereich des Bauteils liegen, so dass der Verbindungspunkt später von außen nicht unmittelbar sichtbar ist. Somit kann ein Fügen an nicht zugänglichen oder nur schwer zugänglichen Stellen zwischen zwei Bauteilen realisiert werden.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 eine Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, entspricht die Vorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der Wellenleiter 3 unterschiedlich ausgeführt. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst der Wellenleiter 3 eine äußere Membran 10, welche mit einem Kopplermedium gefüllt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Kopplermedium eine Flüssigkeit 9 vorgesehen. Es kann jedoch auch ein Gel oder Ähnliches vorgesehen werden. Die Membran 10 ist flexibel ausgebildet, so dass sichergestellt ist, dass immer ausreichend Kopplermedium zwischen Ultraschallerzeuger und Fokusregion 7 vorhanden ist. Insbesondere kann durch die Verwendung der flexiblen Membran 10 eine Lage der Fokusregion 7 auf einfache Weise verändert werden. Hierdurch wird eine hohe Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung 1 erreicht. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorherigen Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • 3 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst der Wellenleiter 3 einen hohlen Metallkegel 11, welcher mit einem Kopplermedium 12 gefüllt ist. Das Kopplermedium 12 ist z. B. eine Flüssigkeit oder ein Gel. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Erfindungsgemäß kann somit bei allen beschriebenen Beispielen ein Fügen der Bauteile 5, 6 durch die Verwendung von fokussiertem Ultraschall erreicht werden. Durch Variation an dem Ultraschallerzeuger 2 bzw. der Fokussiereinrichtung 4 und des Wellenleiters 3 können dabei verschiedene Eindringtiefen realisiert werden und auch verschiedenste Materialien gefügt werden. Auch können die Frequenz und die Amplitude der Ultraschallwellen 8 geändert werden, um eine Anpassung zu ermöglichen.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 eine Vorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei wiederum gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet sind.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, entspricht die Vorrichtung 1 des vierten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu der Ultraschallerzeuger 2 und die Fokussiereinrichtung 4 als separate Bauteile vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Fokussiereinrichtung 4 beispielsweise austauschbar ist, um durch eine andere Fokussiereinrichtung ersetzt zu werden, falls Anpassungen aufgrund von Änderungen der zu fügenden Bauteile 5, 6 notwendig sind. Ferner kann hierdurch ein modularer Aufbau erreicht werden, so dass eine Herstellung der Vorrichtung 1 für unterschiedliche Abnehmer aufgrund einer erhöhten Gleichteileanzahl vereinfacht werden kann. Die Fokussiereinrichtung kann hierbei beispielsweise als Linse ausgebildet sein. Alternativ kann als Fokussiereinrichtung auch ein separat angeordneter Reflektor zur Fokussierung verwendet werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4206584 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen (5, 6) mittels Ultraschallwellen (8), umfassend – einen Ultraschallerzeuger (2), – einen Wellenleiter (3, 9, 12), welcher zwischen dem Ultraschallerzeuger (2) und den zu verbindenden Bauteilen (5, 6) angeordnet ist; und – eine Fokussiereinrichtung (4), welche die vom Ultraschallerzeuger (2) erzeugten Ultraschallwellen (8) in einem Fokusbereich (7) fokussiert, – wobei der Fokusbereich (7) auf eine Verbindungsstelle zwischen den zu verbindenden Bauteilen (5, 6) gerichtet ist, um die Bauteile zu fügen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (2) integral mit der Fokussiereinrichtung (4) gebildet ist, oder der Ultraschallerzeuger (2) und die Fokussiereinrichtung (4) separate Bauelemente sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) ein aus einem metallischen Vollmaterial hergestelltes kegelförmiges Element ist und das metallische Vollmaterial als Kopplermedium fungiert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (3) eine mit einer Flüssigkeit gefüllte oder eine mit einem Gel gefüllte Membran (10) ist und die Flüssigkeit (9) oder das Gel als Kopplermedium fungiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (10) flexibel ausgebildet ist und insbesondere ein sich in Richtung des Fokusbereichs (7) verjüngendes Bauteil ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dreidimensionale Verfahreinheit, um die Vorrichtung relativ zu den zu fügenden Bauteilen (5, 6) und/oder die zu fügenden Bauteile (5, 6) relativ zur Vorrichtung zu verfahren.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Ultraschallerzeuger.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (2) Ultraschallwellen (8) in einem Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 50 MHz erzeugt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Ultraschallerzeugern (2).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Vielzahl von Ultraschallerzeugern (2), wobei die Steuerungseinheit derart ausgebildet ist, dass eine Fokussierung über eine Ansteuerung der Vielzahl von Ultraschallerzeugern (2) erfolgt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (2) eine Frequenzänderungseinrichtung und/oder eine Amplitudenänderungseinrichtung umfasst.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierung der Ultraschallwellen durch eine selbstfokussierende Anordnung, durch eine linsenfokussierende Anordnung, durch eine reflektorfokussierende Anordnung oder über eine phasengesteuerte Anordnung mehrerer Ultraschallerzeuger in Form eines Arrays, erreicht wird.
  13. Verfahren zum Fügen von Bauteilen (5, 6) mittels Ultraschallwellen (8), umfassend die Schritte: – Bereitstellen von Ultraschallwellen (8) mittels eines Ultraschallerzeugers (2), und – Fokussieren der Ultraschallwellen (8) auf einen Fokusbereich (7), an welchem die Bauteile (5, 6) gefügt werden sollen, um am Fokusbereich (7) die Bauteile durch Ausnutzen einer durch Schallabsorption erzeugten Wärme in den Bauteilen zu erwärmen und zu fügen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauteile aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zu fügenden Bauteile aus mehrschichtigen Verbundfolien gleicher oder unterschiedlicher Materialien, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, bestehen.
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