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Schweißen von Kunststoffen Wie lange halten Infrarot-Schweißverbindungen?

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

In einem kürzlich gestarteten Kooperationsprojekt soll mithilfe mathematischer Modelle die Lebensdauer von Infrarot-Schweißverbindungen an glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen vorhergesagt werden. Dieses Wissen könnte zu einer Kostenersparnis von 20 Prozent bei Automobilbauteilen führen.

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
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Mikrotomschnitt einer mittels Infrarotschweißverfahren entstandenen Schweißnaht zwischen zwei Kunststoffen. Ein mathematischen Modell kann die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile auf Grundlage der individuellen Struktureigenschaften der Schweißnaht beschreiben.
Mikrotomschnitt einer mittels Infrarotschweißverfahren entstandenen Schweißnaht zwischen zwei Kunststoffen. Ein mathematischen Modell kann die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile auf Grundlage der individuellen Struktureigenschaften der Schweißnaht beschreiben.
(Bild: Fraunhofer LBF)

In dem Projekt wollen die Forschenden des Fraunhofer LBF, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung und der Kunststofftechnik Paderborn glasfaserverstärkte technische Kunststoffe mittels Infrarotschweißverfahren fügen und deren zyklische Belastbarkeit experimentell ermitteln. Die Ergebnisse sollen dann mit einem mathematischen Modell verglichen werden, das die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile auf Grundlage der individuellen Struktureigenschaften der Schweißnaht beschreibt.

Prozessparameter beeinflussen die Schwingfestigkeit

Nach Angaben des Fraunhofer LBF finden die Untersuchungen an Polyamid 6 (PA6) und an Polyphtalamid (PPA) mit Kurzglasfaserverstärkung statt. Im ersten Schritt werden geschweißte Flachproben in einer Vielzahl von Parameterkombinationen hinsichtlich der Schwingfestigkeit untersucht, um die Frage nach dem Einfluss der Prozessparameter beim Infrarotschweißen auf die Schwingfestigkeit der Fügeverbindung zu beantworten. Über die Bewertung der untersuchten Kombinationen will das Forscherteam dann die signifikanten Faktoren, die einen Einfluss auf die Lebensdauer der Schweißverbindung haben, identifizieren und die Wechselwirkungen zwischen der Schwingfestigkeit und den eingestellten Schweißprozessparametern ableiten. Nachfolgend werden die Ergebnisse anhand eines industrienahen Demonstratorbauteiles verifiziert.

Anwendung Druckluftspeicher

Die Ergebnisse des Projektes werden anhand eines industrienahen Demonstratorbauteiles mit einer runden Schweißnaht verifiziert.
Die Ergebnisse des Projektes werden anhand eines industrienahen Demonstratorbauteiles mit einer runden Schweißnaht verifiziert.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Laut Fraunhofer LBF könnten die in diesem Projekt erlangten Ergebnisse beispielsweise in die Entwicklung von Druckluftspeichern aus Kunststoffen in der Automobilindustrie übertragen werden. Bisher werden diese klassisch aus metallurgischen Werkstoffen gefertigt. Mit nur einer Schweißnaht, die hohen Belastungen standhält, wäre es denkbar, die Speicher aus faserverstärkten Kunststoffen herzustellen. Darüber hinaus spielen Faktoren wie Dichtigkeit und Medienbeständigkeit eine wichtige Rolle. Stellt sich heraus, dass ein Druckluftspeicher mit Hilfe der Projekterkenntnisse aus Kunststoff gefertigt werden kann, sind Kostenersparnisse von 20 Prozent zu erwarten, heißt es.

Das partikelfreie Infrarotschweißen

Thermoplastische Kunststoffe können mittels Infrarot-Strahlung miteinander verschweißt werden. Dabei wird ein Teil der Strahlung vom Material absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Oberflächenschicht wird angeschmolzen und die Kunststoffteile können durch Aufeinanderpressen verbunden werden. Für einen kontrollierten Schweißprozess stehen leistungs- und zeitgesteuerte Infrarot-Strahler zur Verfügung. Typische Anwendungen befinden sich im Automobilbereich: Instrumententafeln, Türverkleidungen, Mittelkonsolen u.v.m..

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