Zurück zur Wiki-Startseite
Das Kunststoffschweißen ist ein sogenanntes Fügeverfahren, bei dem zwei Bauteile aus Kunststoff dauerhaft miteinander verbunden werden. Beim Kunststoffschweißen handelt es sich um eine Alternative zu anderen Fügeverfahren wie etwa dem Kleben oder dem Löten. Eingesetzt wird das Kunststoffschweißen vor allem bei Kunststoffen, die sich nicht oder nur unzureichend miteinander verkleben lassen. Das betrifft zum Beispiel Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyethylen (PE). Wichtig für die Verbindung mithilfe vom Kunststoffschweißen ist, dass die Kunststoffe über thermoplastische Eigenschaften verfügen. Das bedeutet, dass sie (wiederholt) schmelzbar sind und sich anschließend wieder verfestigen. Für das Kunststoffschweißen werden je nach Material und Zielvorgabe unterschiedliche Verfahren berücksichtigt. Zudem müssen abhängig vom zu verschweißenden Kunststoff gewisse Umgebungstemperaturen eingehalten werden.
In Abhängigkeit von der Art und Weise wie die Wärme auf den zu verschweißenden Kunststoff einwirkt, lassen sich verschiedene Arten des Kunststoffschweißens voneinander unterscheiden. Bei der industriellen Serienfertigung kommt in erster Linie das Heizelementschweißen zum Einsatz. Bei diesem Schweißvorgang können Erhitzungs- und Fügeprozess voneinander getrennt ablaufen, weil die beiden Fügepartner zunächst über ein Heizelement separat erwärmt und erst anschließend nach Entfernung des Heizelements unter Druck verbunden werden. Alternativ kommt in der industriellen Fertigung häufig auch das Infrarotschweißen zum Einsatz: Bei dieser Form des Kunststoffschweißens werden die zu bearbeitenden Flächen der Fügepartner mithilfe von Infrarotstrahlung erwärmt. Erst im Anschluss daran erfolgt die Verbindung. Eine dritte Variante des Kunststoffschweißens, die in der Industrie eingesetzt wird, ist das Laserstrahlschweißen. Hierbei erfolgt die lokale Erwärmung der Fügepartner über Laserlicht. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, einer sehr geringen, aber gleichzeitig sehr akkuraten Wärmeeinbringung. Bauteile werden dadurch weniger beschädigt und es ergibt sich eine besonders hohe Schweißgeschwindigkeit. Teilweise werden Laserstrahlschweißen und Infrarotschweißen auch miteinander kombiniert. Sofern einer der beiden Fügepartner eine rotationsfähige Form besitzt, kommt auch das Rotationsreibschweißen in Frage: Indem sich der eine Fügepartner dreht, während der andere stillsteht, entsteht aufgrund der Reibung Wärme, die wiederum das Schweißen ermöglicht. Weitere Varianten des Kunststoffschweißens sind das Ultraschallschweißen, das Vibrationsschweißen oder auch das Zirkularschweißen.
Bei vielen Kunststoffen, die sich nicht dauerhaft miteinander verkleben lassen, gibt es zum Kunststoffschweißen keine Alternative. Zu achten ist hierbei vor allem auf die passende Schweißtemperatur sowie auf die Sortengleichheit der miteinander zu verbindenden Kunststoffe. Da jeder Kunststoff eine eigene chemische Zusammensetzung besitzt, können zwischen Fügepartnern aus unterschiedlichen Kunststoffen in der Regel keine dauerhaften Verbindungen mithilfe des Kunststoffschweißens hergestellt werden. Darüber hinaus müssen beim Kunststoffschweißen eventuelle Vorbehandlungen an den Oberflächen der Fügepartner durchgeführt werden. Besonders zu achten ist zudem auf die korrekten Schweißtemperaturen: Während Polystyrol eine Temperatur von 270°C bis 310°C verlangt, benötigt Polypropylen lediglich eine Temperatur zwischen 230°C und 280°C. Steigen die Temperaturen beim Kunststoffschweißen über den erlaubten Wert, können die Kunststoffe verbrennen, was nicht nur zu einer dauerhaften Beschädigung des Bauteils führen, sondern auch die Verlässlichkeit der Verbindung zwischen den Fügepartnern beeinträchtigen kann. Zu den Vorteilen des Kunststoffschweißens gehört ganz klar die Tatsache, dass sich mithilfe der verschiedenen Verfahren dauerhafte Verbindungen zwischen Bauteilen herstellen lassen, bei denen ein Verkleben keine verlässliche Lösung ist. Darüber hinaus sind bei vielen Möglichkeiten des Kunststoffschweißens kurze Arbeitszeiten, punktgenaue Ergebnisse sowie geringe Belastungen der Bauteile gegeben. Das gilt insbesondere für das Laserstrahlschweißen als Variante des Kunststoffschweißens.
Die Fügeverfahren nehmen in der Kunststoffverarbeitung eine wichtige Stellung ein.
Grob unterteilen lassen sich diese Verfahren in mechanische, thermische (Schweißen) und klebtechnische Verbindungen.
Für Kunststoffe kommen vor allem folgende thermische Verbindungsverfahren zur Anwendung:
Dabei lassen sich grundsätzlich nur thermoplastische Kunststoffe schweißen.
Wesentliche Methoden zum mechanischen Fügen von Kunststoffen sind:
Beim Zirkularschweißen wird die benötigte Aufschmelzenergie durch eine Relativbewegung zwischen
zirkular bewegtem Ober- und feststehendem Unterteil eingebracht.
Ein Fügeteil wird beim Schweißen in 2 Dimensionen kreisförmig vibrierend bewegt, das andere Fügeteil bleibt unbeweglich eingespannt. Die hierbei eingesetzte Frequenz wird dem verwendeten Material angepasst.
Die vorbeschriebene Zirkularkinematik entspricht beim Schwingen der von Schwingschleifern.
Im Unterschied zu diesen ist die Ausgangs- und Endposition der Fügeteile immer die Maschinenmitte.
Die Kinematik ist absolut kreisförmig und in ihrer Größe einstellbar, das erlaubt Präzisionsschweißungen.
Bedingt durch ein Spindel-Servo-Antriebssystem sind die Schweißfrequenzen frei programmierbar,
im Gegensatz zu Feder-Massen-Systemen, die mit einer festen Frequenz arbeiten.
Für Laserstrahlen existieren zwei Arten von Kunststoffen:
transparente und absorbierende. Die meisten Thermoplaste lassen sich von typischen Laserwellenlängen einfach durchstrahlen. Mit Beimengungen im Kunststoff erhöht man die Absorption. Trifft der Laserstrahl auf eine absorbierende Substanz, wandelt sich seine Energie in Wärme um.
Beim Laserdurchstrahlschweißen liegt ein für die Laserwellenlänge transparentes über einem absorbierenden Material. Ein Spannwerkzeug presst die beiden Fügepartner aufeinander. Der Laser durchstrahlt das transparente Material und schmilzt die Oberfläche des absorbierenden Materials auf. Durch Wärmeleitung plastifiziert auch die Berührungsfläche des transparenten Materials. Dieser Prozess kann beim Kunststoffschweißen mittels Laserstrahlung exakt gesteuert und zeitnah überprüft werden. Nach dem Wiederverfestigen der Kunststoffe ist die Berührungszone zuverlässig und dauerhaft geschweißt. Dabei können große Festigkeiten und Dichtheiten erzielt werden. UltraschallschweißenBeim Ultraschallschweißen wandelt ein Generator Netzspannung in eine hochfrequente Wechselspannung um, die im Konverter in eine mechanische Schwingung konvertiert wird. Die Schwingungen werden über die Sonotrode (Schweißwerkzeug) in die zu fügenden Bauteile eingeleitet, wodurch es zur Erwärmung und zum Plastifizieren des Materials durch innere Molekular- und äußere Grenzflächenreibung kommt. Nach Beenden der Schalleinleitung sorgt eine kurze Abkühlphase unter Druck für eine homogene Schweißverbindung der beiden Fügepartner. Die Prozessparameter Frequenz, Amplitude, Schwingungsdauer und Druck sind abhängig von den Materialeigenschaften und der Bauteilform und -Größe. Weitere Formen des Ultraschallschweißens sind das Ultraschall-Nieten, -Verkrallen und -Bördeln. Hiermit lassen sich auch artfremde Materialien verbinden, wobei mindestens einer der beiden Fügepartner ein thermoplastischer Kunststoffe sein muss. Hauptanwendungsgebiete des Kunststofffügens sind:
Ein Regelwerk zum Fügen von Kunststoffen wird in Deutschland von der Fachgruppe "Fügen von Kunststoffen" im Ausschuss für Technik des DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren erarbeitet und in Form von DVS-Merkblättern und Richtlinien sowie gesammelt in Buchform veröffentlicht. Bücher
Zeitschriften und Aufsätze
|
Welche kunststoffe lassen sich schweißen
zusammenhängende Posts
Urheberrechte © © 2024 wiewird Inc.
