Heizelementschweißen von unterschiedlichen Thermoplasten

Beim Heizelementschweißverfahren werden die Fügeflächen entweder durch Kontakt mit einem beheizten Heizelement oder berührungsfrei durch Infrarotstrahlung erwärmt. Um ein Anhaften der Schmelze beim Heizelementschweißen zu vermeiden, sind die Heizelemente mit Teflon beschichtet. Diese Teflon-Beschichtung erlaubt eine maximale Fügetemperatur von ca. 260°C um zu vermeiden, dass sich die Beschichtung frühzeitig thermisch zersetzt.

Das Heizelementschweißen ist sehr gut reproduzierbar und ermöglicht das Verschweißen komplexer, dreidimensionaler Geometrien. Die Größe der Formteile ist nicht durch das Verfahren, sondern lediglich durch die Schweißmaschine begrenzt. Durch unterschiedliche Temperaturen bei zwei Heizelementen können auch verschiedene thermoplastische Materialpaarungen miteinander verschweißt werden. Die Heizelementtemperaturen lassen sich beim direkten Niedertemperaturschweißen regeln. Der Schweißvorgang kann grundsätzlich weg- oder kraftgeregelt werden.

Aufgrund der sequenziellen Arbeitsweise sind die Taktzeiten beim Heizelementschweißen im Vergleich zum Vibrations- und vor allem zum Ultraschallverschweißen deutlich länger. Wenn die beiden Formteile aufgrund von Verzug in den Fügeflächen nicht aufeinanderpassen, ist es unumgänglich, einen größeren Fügeweg zu realisieren. Dabei ist unvermeidbar, dass in der Fügezone Austrieb entsteht.

Im Rahmen zahlreicher Arbeiten wurde kürzlich die Kombinierbarkeit unterschiedlicher thermoplastischer Kunststoffe über das direkte Niedertemperatur-Heizelement-Schweißverfahren untersucht. Als Prüfkörper wurden Schweißstäbe mit einer Querschnittsfläche von 30 x 2 mm verwendet (siehe Abbildung 1). In umfangreichen Vorversuchen wurden bei der Wegregelung die Anwärmzeit, die Heizelementtemperatur (siehe Abb. 2) und der Fügedruck als wichtigste Prozessparameter ermittelt.

Als Ergebnis dieser umfangreichen Untersuchungen (s. Abb. 3) kann festgehalten werden:

Es lassen sich teilkristalline mit teilkristallinen sowie amorphe mit amorphe Thermoplaste verschweißen.

Das Verschweißen von amorphen mit teilkristallinen Thermoplasten führt dagegen in der Regel zu unbefriedigenden Ergebnissen.

PVC, als amorpher Thermoplast, kann hingegen sowohl mit teilkristallinen als auch mit amorphen Thermoplasten verschweißt werden.

Unser Angebot umfasst eine Reihe von Seminaren, die sich mit den verschiedenen Aspekten der Kunststofftechnik beschäftigen. Im Rahmen unseres zweitägigen Seminars „Konstruieren mit Kunststoffen“ werden wir uns ausführlich mit dem Thema „Heizelementschweißen“ befassen. Selbstverständlich bieten wir Ihnen auch eine Beratung zu diesem Thema an.

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 ⁽¹⁾Eitel; ⁽²⁾Berger; ⁽³⁾Willaredt; ⁽⁴⁾Klose; ⁽⁵⁾Kögel; ⁽⁶⁾Franz; ⁽⁷⁾Olszewska; ⁽⁸⁾Leber ; ⁽⁹⁾Krüger; ⁽¹⁰⁾Pawlik, Studienarbeiten, DHBW Stuttgart Campus Horb, 2011-2019.