Sichere und feste Verbindung mit Heißnieten

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Amorphe Thermoplaste stellen besondere Anforderungen an das Heißnieten

Beim Kunststoffnieten werden allerdings auch amorphe Thermoplaste verarbeitet. Dabei sind die unterschiedlichen Anordnungen der langkettigen und unvernetzten Makromoleküle (Polymere) zu berücksichtigen. Während amorphe Kunststoffe aus langen Fadenmolekülen bestehen, die eine ungeordnete Struktur aufweisen, besitzen teilkristalline Thermoplaste auch kristalline Werkstoffbereiche, die in einer amorphen Umgebung eingebettet sind. Diese weisen eine geordnete Struktur auf und gewährleisten eine hohe Steifigkeit des Kunststoffs beim Einsatz oberhalb der Glasübergangstemperatur.

Durch den unterschiedlichen Molekülaufbau von amorphen und teilkristallinen Kunststoffen resultiert ein unterschiedliches Erweichungsverhalten. Amorphe Thermoplaste besitzen keinen Schmelzpunkt, aber einen unter Umständen weit ausgeprägten Umformtemperaturbereich beginnend oberhalb der Glasübergangstemperatur. Es ist bei der Umformung eines amorphen Kunststoffniets zu beachten, eine ausreichend hohe Temperatur sowie eine entsprechende Umformkraft sicherzustellen. Bei zu geringer Umformtemperatur (hochviskose Schmelze) und geringem Umformgrad besteht die Gefahr, die Molekülketten beim Umformen zu orientieren und dabei in eine Zwangslage zu versetzen. Wird dieser Zustand beim Abkühlen eingefroren, kann es bei erneuter Erwärmung über die Glasübergangstemperatur zum Rückverformen des Niets kommen (auch bekannt als „Memory-Effekt“).

Teilkristalline Thermoplasten können dagegen nur in einem kleinen Temperaturbereich umgeformt werden. Bei Überschreitung der Glasübergangstemperatur erweichen anfänglich nur die amorphen Werkstoffbereiche. Erst beim Erreichen des Schmelztemperaturbereiches lösen sich anschließend auch die kristallinen Bereiche auf. Dieser Temperaturbereich kann zur Umformung von teilkristallinen Thermoplasten genutzt werden, ist aber wesentlich kleiner als bei amorphen Kunststoffen. Da aufgrund der hohen Steifigkeit von teilkristallinen Thermoplasten (unterhalb der Schmelztemperatur) die Umformung des Kunststoffniets meist nur oberhalb der Schmelztemperatur erfolgt, können Rückverformungen („Memory Effekt“) bei späterer Wärmeeinbringung nahezu ausgeschlossen werden.“

Nietstellen dürfen bei transparenten Kunststoffen keinen optischen Einfluss haben

Amorphe Kunststoffe wie etwa PC-Blends und PMMA finden als transparente Werkstoffe oftmals Verwendung für Automobilbeleuchtungskörper sowie nicht-transparent im Automobil-Cockpit oder für Karosserieanbauteile. Hier dürfen die Nietstellen optisch keinen Einfluss auf die Produktfunktion haben (etwa bei Streuscheiben oder Heckleuchten) und müssen auch bei konstanten, hohen Vibrationen spielfrei und somit geräuschfrei bleiben. Selbst lackierte oder chromierte Oberflächen können mit dem Nietverfahren verarbeitet werden.

Zum Verarbeiten von Vollnietpins mit 3 mm Außendurchmesser aus PMMA eignen sich alle drei Verfahren für die Bdtronic-Geometrie sehr gut und es können Festigkeiten von bis über 340 N erreicht werden. Für die „DVS lang“ Volumina ist das Heizstempelverfahren nicht empfehlenswert, da die Prozesszeiten ein Vielfaches über den Vergleichswerten liegen und dennoch eine deutlich geringere Festigkeit zu erwarten ist, aber das Warmumformverfahren ermöglicht bei einer Heizzeit von 4 s mit die höchste Festigkeit von fast 400 N. Bei den Abzugsprüfungen kam es hier in 60 % der Fälle zum Pinbruch.

Geometrie und Verfahren sind für das Vernieten von amorphen gegenüber teilkristallinen Kunststoffen wesentlich unkritischer, dennoch ist die Festlegung und Einhaltung des optimalen Temperaturbereiches wichtig um die langzeitstabile Festigkeit und reproduzierbar einwandfreie Optik der Nietverbindung dauerhaft sicherzustellen.

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