Heizelementschweißen von unterschiedlichen Thermoplasten

Beim Heizelement-Schweißverfahren werden die Fügeflächen entweder durch Kontakt mit einem beheizten Heizelement oder berührungsfrei durch Infrarot-Strahlung erwärmt. Um bei der Niedertemperaturvariante des Heizelementschweißen ein Anhaften der Schmelze 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 Heizelementverfahren ist sehr gut reproduzierbar und ermöglicht das Verschweißen von komplexen dreidimensionalen Geometrien. Die Größe der Formteile ist nicht durch das Verfahren, sondern nur durch die Schweißmaschine beschränkt. Durch unterschiedliche Temperaturen bei zwei Heizelementen können auch verschiedene thermoplastische Materialpaarung miteinander verschweißt werden. Die Heizelementtemperaturen lassen sich beim direkten Niedertemperaturschweißen regeln. Der Schweißvorgang kann grundsätzlich weg- oder kraftgeregelt werden.

Die Taktzeiten sind beim Heizelementschweißen auf Grund der sequentiellen Arbeitsweise im Vergleich zu Vibrations- und vor allem zu Ultraschallverschweißen deutlich länger. Falls die beiden Formteile verzugsbedingt in den Fügeflächen nicht auf einander passen, ist es unumgänglich einen größeren Fügeweg zu realisieren. Dabei ist unvermeidbar, dass in der Fügezone Austrieb entsteht.

Im Rahmen einer Vielzahl von Arbeiten wurden in jüngster Zeit die Kombinierbarkeit von unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen über das direkte Niedertemperatur-Heizelement-Schweißverfahren untersucht. Als Prüfkörper wurden Schweißstäbe mit der Querschnittsfläche von 30 x 2 mm verwendet (s. Abb. 1). In umfangreichen Vorversuchen wurden bei der Wegregelung die Anwärmzeit, die Heizelementtemperatur (s. Abb. 2) und der Fügedruck als wichtigste Prozessparameter ermittelt.

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

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

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

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

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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.