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Der Konstrukteur 07-08/2022

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Der Konstrukteur 07-08/2022

VERBINDUNGSTECHNIK

VERBINDUNGSTECHNIK WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIK PRODUKTE UND ANWENDUNGEN EXAKTES ZUSAMMENSPIEL Produkte aus Kunststoff und Verbundwerkstoffen werden häufig in mehreren Einzelteilen gefertigt und danach zusammengesetzt. Infrarot-Systeme arbeiten reproduzierbar und effizient. Mit ihrer Wärme werden die Kunststoffteile ohne zusätzlichen Kleber oder andere Hilfsmittel verschweißt. Dr. Marie-Luise Bopp, Marketing Manager Industrial, Heraeus Noblelight GmbH, Kleinostheim 38 DER KONSTRUKTEUR 2022/07-08 www.derkonstrukteur.de

WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIK WÄRME UND KRAFT SIND DAS A UND O Allen gängigen Schweiß-Verfahren ist gemeinsam, dass Wärme und Kraft eingesetzt werden, um die Kunststoffe an der Oberfläche anzuschmelzen und dann zu verbinden. Das Vibrations- ist ebenso wie das Ultraschallschweißen ein einstufiger Prozess, bei dem gleichzeitig Wärme und Kraft auf die Kunststoffteile einwirken. Diese Verfahren sind sehr schnell und robust, allerdings entstehen zu Beginn, wenn alles noch kalt ist, Abrieb und diese Kunststoffpartikel lagern sich in den Produkten ab. IR-Schweißen und Kontaktschweißen erfolgen dagegen zweistufig, zuerst wird das Material erwärmt und dann mit Kraft zusammengefügt. So entstehen keine störenden Partikel und die Schweißnaht wird sehr fest. Kontaktschweißen erfolgt mit Heizelementen. An diesen Kontaktplatten kann geschmolzener Kunststoff hängen bleiben und das erfordert regelmäßige Reinigungsschritte. Kontaktschweißen eignet sich nicht für alle Wenn faserverstärkte Kunststoffe erwärmt werden, schmilzt der Kunststoff und die Fasern bleiben bestehen Beim Kunststoffschweißen kommt es auf das exakte Zusammenspiel zwischen Wärmetechnik, Produkt und Prozess an. Richtig aufeinander angepasst, kann man hier viel Zeit, Geld und Energie sparen. Die dafür nötigen Fügeprozesse sind allerdings komplex und darum halten viele Unternehmen an ihrem bestehenden Schweiß-Verfahren fest und scheuen das Risiko, von der bewährten Technologie abzuweichen. „Das kann man als Techniker gut nachvollziehen,“ sagt Michael Jauch, Anwendungsexperte bei Heraeus Noblelight, „allerdings stößt man an seine Grenzen, wenn die Anforderungen steigen, wenn immer mehr Ausstoß gefragt ist und der Kostendruck stärker wird.“ Nicht jeder Schweißprozess kann reibungslos weiter funktionieren, wenn sich etwa die Kunststoffe ändern oder die Anwendungen komplexer werden. Fusselbildung und Abrieb oder der Verschleiß an Kontaktflächen führen zu einer minderen Qualität und verursachen einen erhöhten Ausschuss. Der Wartungsaufwand steigt und mit langen Werkzeugwechselzeiten steigen auch die Betriebskosten. INFRAROT-STRAHLER ÜBERTRAGEN DIE ENERGIE DIREKT INS MATERIAL UND ERZEUGEN DORT WÄRME Materialien, denn Kunststoffe mit geringer Viskosität, z. B. PA (Polyamide), bilden keinen Schmelzefilm. Materialien mit abrasiven Füllstoffen können das Heizelement zerstören. Zudem ist ein hoher Energieeintrag nötig, da die teilweise großen Heizelemente lange vorgeheizt und dann dauernd auf Temperatur gehalten werden müssen. Sie sind auch nach dem Gebrauch noch sehr lange heiß. Der besondere Vorteil beim Infrarot-Schweißen liegt in der schnellen, kontaktlosen Erwärmung des Kunststoffs. Infrarot- Strahler übertragen die Energie direkt ins Material und erzeugen dort Wärme. Dadurch können auch dreidimensionale Konturen gut verschweißt werden. Infrarot-Strahler übertragen viel Energie in kurzer Zeit. Dadurch sind sie besonders geeignet für Materialien mit hohem Schmelzpunkt und geringer Viskosität, wie etwa PA. Infrarot-Strahler benötigen kaum Aufheizzeiten und verbunden mit sekundenschnellen Reaktionszeiten lässt sich einiges an Energie sparen. VERBUNDWERKSTOFFE SICHER VERBINDEN Glasfasern in einer Kunststoffmatrix dienen der Verstärkung des Materials, wie es etwa für Druckbehälter nötig ist. Allerdings stören die Fasern beim Schweißen, denn sie schmelzen nicht zusammen mit dem Kunststoff. „Es kommt auf den Anteil der Glasfasern im Verbundwerkstoff an,“ sagt Michael Jauch, „etwa bis zu 30 % Glasfaseranteil kann man durch geeignete Parameter noch verschweißen, Kunststoffe mit noch höherem Anteil lassen das unserer Erfahrung nach nicht mehr zu.“ Wie gut sich glasfaserverstärktes Polypropylen verschweißen lässt, zeigt ein Beispiel aus Großbritannien. Harvey Softeners Ltd. stellt Behälter für die Wasseraufbereitung her. Die zylindrischen Behälter werden aus zwei Hälften gefertigt, die dann verschweißt werden müssen. Glasfasern sorgen www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2022/07-08 39