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Fügen von Kunststoffen Die Fügeverfahren nehmen in der Kunststoffverarbeitung eine wichtige Stellung ein Grob unterteile

Fügen von Kunststoffen

Die Fügeverfahren nehmen in der Kunststoffverarbeitung eine wichtige Stellung ein.

Grob unterteilen lassen sich diese Verfahren in mechanische, thermische (Schweißen) und klebtechnische Verbindungen.

Wesentliche Methoden zum mechanischen Fügen von Kunststoffen sind:

  • Direktverschraubung
  • Schnappsysteme
  • Inserts

Kunststoffschweißen Bearbeiten

Für Kunststoffe kommen vor allem folgende thermische Verbindungsverfahren zur Anwendung:

Dabei lassen sich grundsätzlich nur thermoplastische Kunststoffe schweißen.

Zirkularschweißen Bearbeiten

Beim Zirkularschweißen wird die benötigte Aufschmelzenergie durch eine Relativbewegung zwischen zirkular bewegtem Oberteil 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 der oszillierenden Bewegung der Schleifplatte eines Schwingschleifers. Im Unterschied zu dieser ist die Ausgangs- und Endposition der Fügeteile immer die Maschinenmitte. Die Kinematik ist absolut kreisförmig und in ihrer Größe einstellbar, das erlaubt Präzisionsschweißungen. Durch das Spindel-Servo-Antriebssystem sind die Schweißfrequenzen frei wählbar, im Gegensatz zu Feder-Massen-Systemen, die mit einer festen Eigenfrequenz arbeiten.

Laserdurchstrahlschweißen Bearbeiten

Für das Schweißen mit Laserstrahlen ist es von Bedeutung, ob die zu verbindenden Kunststoffe eher transparent oder opak sind. Opake Kunststoffe absorbieren größere Anteile des Lichts. Die meisten Thermoplaste lassen sich von typischen Laserwellenlängen einfach durchstrahlen. Durch Pigmentierung oder andere Beimengungen zum Polymer 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.

Ultraschallschweißen Bearbeiten

Beim 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.

Anwendungsgebiete Bearbeiten

Hauptanwendungsgebiete des Kunststofffügens sind:

  • Medizintechnik
  • Maschinenbau
  • Automobilbau
  • Rohrleitungs- und Behälterbau

Literatur Bearbeiten

Regelwerke / Normen Bearbeiten

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 Bearbeiten

  • AG W 4 des DVS: Fachbuch Merkblätter und Richtlinien – Fügen von Kunststoffen. DVS Media, Düsseldorf 2010 (13. Aufl.). ISBN 978-3-87155-224-3

Zeitschriften und Aufsätze Bearbeiten

  • Fügen von Kunststoffen Zweisprachige (deutsch/englisch) Fachzeitschrift für die Kunststoffverbindungstechnik. DVS Media, Düsseldorf 2007ff. ISSN 1864-3450
  • Plastverarbeiter (PV). internat. Fachzeitschr. für Verarbeitung, Gestaltung u. Anwendung von Kunststoffen. Hüthig, Heidelberg 1.1950, Apr.ff. ISSN 0032-1338
  • Kunststoffe (KU). Werkstoffe, Verarbeitung, Anwendung. Organ deutscher Kunststoff-Fachverbände. Fachzeitschrift für Kunststofftechnik. Hanser, München 1.1911ff. ISSN 0023-5563

Institute Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Die Fugeverfahren nehmen in der Kunststoffverarbeitung eine wichtige Stellung ein Grob unterteilen lassen sich diese Verfahren in mechanische thermische Schweissen und klebtechnische Verbindungen Wesentliche Methoden zum mechanischen Fugen von Kunststoffen sind Direktverschraubung Schnappsysteme InsertsInhaltsverzeichnis 1 Kunststoffschweissen 1 1 Zirkularschweissen 1 2 Laserdurchstrahlschweissen 1 3 Ultraschallschweissen 2 Anwendungsgebiete 3 Literatur 3 1 Regelwerke Normen 3 2 Bucher 3 3 Zeitschriften und Aufsatze 4 Institute 5 WeblinksKunststoffschweissen BearbeitenFur Kunststoffe kommen vor allem folgende thermische Verbindungsverfahren zur Anwendung Heissverstemmen Heizelementschweissen Heizwendelschweissen Hochfrequenzschweissen Laserdurchstrahlschweissen Zirkularschweissen Rotationsreibschweissen Ultraschallschweissen Vibrationsschweissen WarmgasschweissenDabei lassen sich grundsatzlich nur thermoplastische Kunststoffe schweissen Zirkularschweissen Bearbeiten Beim Zirkularschweissen wird die benotigte Aufschmelzenergie durch eine Relativbewegung zwischen zirkular bewegtem Oberteil und feststehendem Unterteil eingebracht Ein Fugeteil wird beim Schweissen in 2 Dimensionen kreisformig vibrierend bewegt das andere Fugeteil bleibt unbeweglich eingespannt Die hierbei eingesetzte Frequenz wird dem verwendeten Material angepasst Die vorbeschriebene Zirkularkinematik entspricht der oszillierenden Bewegung der Schleifplatte eines Schwingschleifers Im Unterschied zu dieser ist die Ausgangs und Endposition der Fugeteile immer die Maschinenmitte Die Kinematik ist absolut kreisformig und in ihrer Grosse einstellbar das erlaubt Prazisionsschweissungen Durch das Spindel Servo Antriebssystem sind die Schweissfrequenzen frei wahlbar im Gegensatz zu Feder Massen Systemen die mit einer festen Eigenfrequenz arbeiten Laserdurchstrahlschweissen Bearbeiten Fur das Schweissen mit Laserstrahlen ist es von Bedeutung ob die zu verbindenden Kunststoffe eher transparent oder opak sind Opake Kunststoffe absorbieren grossere Anteile des Lichts Die meisten Thermoplaste lassen sich von typischen Laserwellenlangen einfach durchstrahlen Durch Pigmentierung oder andere Beimengungen zum Polymer erhoht man die Absorption Trifft der Laserstrahl auf eine absorbierende Substanz wandelt sich seine Energie in Warme um Beim Laserdurchstrahlschweissen liegt ein fur die Laserwellenlange transparentes uber einem absorbierenden Material Ein Spannwerkzeug presst die beiden Fugepartner aufeinander Der Laser durchstrahlt das transparente Material und schmilzt die Oberflache des absorbierenden Materials auf Durch Warmeleitung plastifiziert auch die Beruhrungsflache des transparenten Materials Dieser Prozess kann beim Kunststoffschweissen mittels Laserstrahlung exakt gesteuert und zeitnah uberpruft werden Nach dem Wiederverfestigen der Kunststoffe ist die Beruhrungszone zuverlassig und dauerhaft geschweisst Dabei konnen grosse Festigkeiten und Dichtheiten erzielt werden Ultraschallschweissen Bearbeiten Beim Ultraschallschweissen wandelt ein Generator Netzspannung in eine hochfrequente Wechselspannung um die im Konverter in eine mechanische Schwingung konvertiert wird Die Schwingungen werden uber die Sonotrode Schweisswerkzeug in die zu fugenden Bauteile eingeleitet wodurch es zur Erwarmung und zum Plastifizieren des Materials durch innere Molekular und aussere Grenzflachenreibung kommt Nach Beenden der Schalleinleitung sorgt eine kurze Abkuhlphase unter Druck fur eine homogene Schweissverbindung der beiden Fugepartner Die Prozessparameter Frequenz Amplitude Schwingungsdauer und Druck sind abhangig von den Materialeigenschaften und der Bauteilform und Grosse Weitere Formen des Ultraschallschweissens sind das Ultraschall Nieten Verkrallen und Bordeln Hiermit lassen sich auch artfremde Materialien verbinden wobei mindestens einer der beiden Fugepartner ein thermoplastischer Kunststoffe sein muss Anwendungsgebiete BearbeitenHauptanwendungsgebiete des Kunststofffugens sind Medizintechnik Maschinenbau Automobilbau Rohrleitungs und BehalterbauLiteratur BearbeitenRegelwerke Normen Bearbeiten Ein Regelwerk zum Fugen von Kunststoffen wird in Deutschland von der Fachgruppe Fugen von Kunststoffen im Ausschuss fur Technik des DVS Deutscher Verband fur Schweissen und verwandte Verfahren erarbeitet und in Form von DVS Merkblattern und Richtlinien sowie gesammelt in Buchform veroffentlicht Bucher Bearbeiten AG W 4 des DVS Fachbuch Merkblatter und Richtlinien Fugen von Kunststoffen DVS Media Dusseldorf 2010 13 Aufl ISBN 978 3 87155 224 3Zeitschriften und Aufsatze Bearbeiten Fugen von Kunststoffen Zweisprachige deutsch englisch Fachzeitschrift fur die Kunststoffverbindungstechnik DVS Media Dusseldorf 2007ff ISSN 1864 3450 Plastverarbeiter PV internat Fachzeitschr fur Verarbeitung Gestaltung u Anwendung von Kunststoffen Huthig Heidelberg 1 1950 Apr ff ISSN 0032 1338 Kunststoffe KU Werkstoffe Verarbeitung Anwendung Organ deutscher Kunststoff Fachverbande Fachzeitschrift fur Kunststofftechnik Hanser Munchen 1 1911ff ISSN 0023 5563Institute BearbeitenInstitut fur Kunststofftechnik IKT Stuttgart Institut fur Kunststoffverarbeitung IKV Aachen Institut fur Leichtbau und Kunststofftechnik ILK Dresden Lehrstuhl fur Kunststofftechnik KTC Chemnitz Lehrstuhl fur Kunststofftechnik LKT Erlangen Lehrstuhl fur Kunststofftechnologie KTP Paderborn Suddeutsches Kunststoff Zentrum SKZ WurzburgWeblinks BearbeitenArbeitsgruppe W 4 Fugen von Kunststoffen des Ausschusses fur Technik AfT im DVS Deutscher Verband fur Schweissen und verwandte Verfahren e V Erklarung diverser Laserschweissverfahren Konturschweissen Quasisimultanschweissen Simultanschweissen und Hybridschweissen fur Kunststoffe Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Fugen von Kunststoffen amp oldid 232961371