Partikelfrei Kunststoffschweißen

Kunststoffschweißen: partikelfrei schweißen mit Infrarot

Neben dem Kontakt und dem Vibrationsschweißen ist im Kunststoffbereich zunehmend die Infrarottechnik im Einsatz. Das Verfahren weist einige Eigenschaften auf, die es für den Fahrzeugbau interessant machen.

Druckrohre aus Spritzguss kommen im Kühler oder beim Turbomotor zum Einsatz, Behälter enthalten Wasser oder Bremsflüssigkeit. Häufig werden die Rohre und Behälter im Spritzguss als Halbschalen gespritzt und später verschweißt. Gerade unter Druck müssen Fügenähte halten und weder im Turbo, noch in der Bremsflüssigkeit dürfen Kunststoffpartikel aus der Produktion die spätere Funktion stören.

Als geeignet für verschiedene Anwendungen hat sich eine Kombination aus Infrarot-Vorwärmung und Vibrationsschweißen erwiesen. Infrarot-Wärme hilft, die Teile zuverlässig zu verbinden, ohne dabei Partikel im Rohrinneren zu hinterlassen.

Infrarot-Strahlung wird kontaktfrei übertragen und erzeugt Wärme direkt im Werkstück. Damit ist sie laut Anlagenhersteller herkömmlichen Methoden wie der Erwärmung mit Kontaktplatten überlegen. Anders als beim Schweißen mit Kontaktwärme bleibt kein heißer Kunststoff an der Wärmequelle hängen. Infrarot-Strahlung schmilzt in wenigen Sekunden gezielt die Oberfläche der Produkte an, die dann durch einfaches Zusammendrücken verbunden werden. Beim reinen Vibrationsschweißen können, je nach Kunststoffart, größere Partikel entstehen, die später eventuell in den Kreislauf von Kühlwasser, Servoöl oder Bremsflüssigkeit gelangen und deren Funktion stören.

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Eine Kombination von Infrarot-Strahlern mit Vibrationsschweißverfahren kann Abhilfe schaffen. Dabei fährt ein Infrarot-Strahlermodul zwischen zwei Kunststoffteile ein und erwärmt kontaktfrei die Oberflächen der beiden Teile. Ist die vorgeswehene Temperatur erreicht, fährt das Infrarot-Modul heraus und der eigentliche Schweißvorgang startet.

Form, Farbe und Materialeigenschaften der Kunststoffteile bestimmen den Erfolg des Schweiß- oder Fügeprozesses. Kurzwellige Strahler und Carbon Infrarot-Strahler reagieren innerhalb von Sekunden auf Steuerbefehle. So kann die richtige Intensität und Zeitdauer der Strahlung gewählt werden, um verschiedene Kunststoffe zu schmelzen. Auch Füllmaterialien haben Einfluss auf das Schweißergebnis. Mineralische Füllstoffe machen diese flammhemmend, Verstärkungen mit Glasfasern machen Behälter druckstabil. Je höher jedoch der Anteil der Füllstoffe, desto schwieriger sind diese Kunststoffe zu verschweißen. Flammhemmende Stoffe schmelzen schlecht und ein Glasfaseranteil von über 35 % kann den Schweißprozess nahezu unmöglich machen. Infrarot-Strahler können allerdings, anders als Kontaktplatten, nicht von Glasfasern geschädigt werden.

Schwarze Kunststoffe absorbieren Infrarot-Strahlung generell besser als weiße oder transparente. Versuche zeigen, dass Halbschalen aus Polyamid, die zu einem Hohlkörper gefügt werden, in schwarzem Material dreimal schneller als in hellem Kunststoff die Zieltemperatur erreichen.

Eine echte Herausforderung ist das Verschweißen dreidimensionaler Konturen. Je komplexer die Struktur, umso schwieriger wird der gesamte Prozess. Vibrationsschweißen ist hier eventuell nicht möglich, weil manche Konturen nicht mehr sauber schwingen können. Hier bieten Infrarot-Strahler aus Quarzglas eine Alternative, denn es ist möglich, sie den Konturen dreidimensional nachzuformen.

Standardisierte Flächenstrahler können für verschiedene Geometrien eingesetzt werden, wenn sie durch Abdeckmasken jeweils an das Kunststoffteil angepasst werden. So lassen sich einfach und schnell mehrere Bauteile mit einem Flächenstrahler bearbeiten. Zusätzlich minimieren die Abdeckmasken die Einstrahlung in die Anlagenperipherie.

Sorgfältig ausgesuchte Infrarot-Strahler helfen, Kunststoffteile in hoher Qualität zu fügen. Da Infrarot-Strahler nur angeschaltet sein müssen, wenn die Wärme benötigt wird, ist das Schweißen mit Infrarot-Wärme nicht zuletzt sehr energieeffizient.


Fakuma, Halle B1, Stand 1121

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