8 Verfahren zum Kunststoffschweißen, 2. Teil

8 Verfahren zum Kunststoffschweißen, 2. Teil

Nicht nur Metalle, sondern auch Kunststoffe müssen regelmäßig geschweißt werden. Je nach Produkt und Material gibt es dabei verschiedene Techniken, die zum Einsatz kommen können, um zwei oder mehr Teile unter Hitzeeinwirkung untrennbar zusammenzufügen.

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8 Verfahren zum Kunststoffschweißen, 2. Teil

In einem zweiteiligen Beitrag nennen wir acht Verfahren zum Kunststoffschweißen. Dabei haben wir im 1. Teil erklärt, was genau Kunststoffschweißen ist und welches die grundlegenden Arbeitsschritte dabei sind.

Außerdem haben wir mit dem Ultraschallschweißen, dem Laserschweißen und dem Reibschweißen drei Verfahren zum Schweißen von Kunststoffen vorgestellt.

Hier ist der 2. Teil!:

  1. Hochfrequenzschweißen

Beim Hochfrequenzschweißen wird ein elektromagnetisches Feld im Bereich von 13 bis 100 MHz erzeugt, durch das die Kunststoffe verschweißt werden. Weil dadurch Wärme im Inneren des Materials entsteht, muss keine direkte Wärmeanwendung erfolgen.

Der Schweißer übt konstant Druck aus, bis die Kunststoffe miteinander verschmolzen sind und sich die Schweißnaht gebildet hat. Anschließend wird die Wärme abgeführt, damit die geschweißte Verbindung wieder abkühlt.

Auf diese Weise entsteht eine stabile Schweißverbindung, die ähnliche oder sogar bessere Eigenschaften hat als die Ausgangsmaterialien.

Das Hochfrequenzschweißen eignet sich sehr gut, um unterschiedliche Kunststoffe miteinander zu verbinden. Es ermöglicht hohe Schweißgeschwindigkeiten bei einem kleinen thermischen Einflussbereich und wenig effektiver Spaltung.

Zu den Nachteilen gehört aber, dass viel Wärme abgestrahlt wird und die Heizfläche je nach Maschine recht klein sein kann. Dadurch verbraucht sich der Kontaktkopf recht schnell.

Dazu kommt, dass das Verfahren nicht bei allen Kunststoffen angewendet werden kann. Es wird überwiegend bei PVC, EVA und PET angewendet.

  1. Vibrationsschweißen

Beim Vibrationsschweißen werden die Kunststoffteile mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude gerieben. Die Reibungswärme, die dabei entsteht, schmilzt den Verbindungsabschnitt auf und erzeugt die Schweißverbindung.

Bei diesem Schweißverfahren werden zwei Arten voneinander unterschieden:

  • Um die Verbindungsstelle zu schmelzen, nutzt das lineare Vibrationsschweißen die Reibungswärme, die durch die Bewegung eines Kunststoffteils relativ zum anderen Kunststoffteil mit einer bestimmten Verschiebung entsteht. Nach dem Ende der Vibration wird der Prozess bei konstantem Druck fortgeführt, bis die Schweißung abgekühlt ist.
  • Beim Orbital-Vibrationsschweißen vibriert der obere Teil des Kunststoffteils in einer konstanten Kreisbewegung in alle Richtungen. Die dabei entstehende Hitze lässt das Kunststoffteil schmelzen. Weil ab diesem Moment die Vibration ihren Höhepunkt nicht mehr erreicht, kann die Schweißverbindung erstarren.

Zu den Vorteilen des Vibrationsschweißens gehört, dass keine Zusatzstoffe notwendig sind und die Oberfläche nicht vorbereitet werden muss.

Außerdem ist das Schweißverfahren energieeffizient und eignet sich zum Schweißen sowohl von dünnen Kunststoffmaterialien als auch von Bauteilen mit unregelmäßigen Formen.

Allerdings muss die Schweißfläche eben und waagerecht sein. Zu den Nachteilen zählt, dass nicht alle Kunststoffe per Vibrationsschweißen gefügt werden können und die Ausrüstung teuer ist.

Übersicht über Kunststoffschweißtechniken

  1. Heizplattenschweißen

Wie der Name schon andeutet, wird beim Heizplattenschweißen eine Heizplatte erhitzt, um damit die Verbindungsfläche von zwei Thermoplasten zu schmelzen.

Die beiden Hälften werden anschließend zusammengebracht und für eine bestimmte Zeit so belassen, damit sie sich auf molekularer Ebene dicht und dauerhaft miteinander verbinden können.

Beim Heizplattenschweißen sind hohe Präzision und genaue Kontrolle sehr wichtig. Das Verfahren eignet sich für alle thermoplastischen Kunststoffe, kann seine Stärken aber vor allem bei weichen und teilkristallinen Thermoplasten wie PP und PE ausspielen.

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Es kann eingesetzt werden, um große Kunststoffteile miteinander zu verbinden. Die Schweißverbindungen sind sehr stabil. Je nachdem, wie schnell der Schmelzpunkt des Kunststoffs erreicht ist, fällt die Zykluszeit kurz aus.

Nachteilig ist aber, dass sich das Verfahren nicht für dünne Kunststoffe eignet. Zudem ist der Wartungsaufwand der Anlage groß.

  1. Heißgasschweißen

Für das Heißgasschweißen wird eine Handschweißpistole verwendet. Sie strömt Gas oder Luft als Dampf aus und erhitzt damit Kunststoffschweißstäbe oder Kunststoffbauteile. Ist der Schmelzpunkt erreicht, weichen die Kunststoffmaterialien auf und verbinden sich miteinander.

Nach dem Abkühlen ist eine feste Verbindung entstanden.

Das Verfahren wird angewendet, um Schweißungen an zum Beispiel Sicherheitsbehältern, Wassertanks, Rohrleitungen, Wärmetauschern und anderen Bauteilen aus ähnlichen Kunststoffen vorzunehmen.

Denn das Schweißgerät ist leicht, mobil einsetzbar und braucht für den Betrieb keinen Strom. Außerdem ist das Heißgasschweißen auch ohne viel fachliches Know-how umsetzbar.

Allerdings macht die geringe Geschwindigkeit beim Aufheizen das Verfahren langsam und für dicke Kunststoffe ist es nicht geeignet.

  1. Rotationsschweißen

Das Rotationsreibschweißen wird auch Rotationsreibschweißen oder Schleuderschweißen genannt. Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem thermoplastische Teile mithilfe von rotationssymmetrischen Fügeflächen verschweißt werden.

Dabei werden die Bauteile unter Druck in einer in eine Richtung verlaufenden Kreisbewegung aneinander gerieben. Diese Reibungswärme schmilzt die Kunststoffe auf, die sich daraufhin verbinden und nach dem Abkühlen zu einer festen Verbindung erstarren.

Das Rotationsschweißen ist sehr energieeffizient, erfordert keine Zusatzmaterialien und ist mit vielen Thermoplasten kompatibel. Weil es sich um ein vergleichsweise einfaches Verfahren handelt, braucht der Schweißer nur wenig technisches Fachwissen.

Allerdings muss mindestens eines der Kunststoffteile, die verbunden werden sollen, eine symmetrische Oberfläche haben.

Hinzu kommt, dass die Anlage eine hohe Investition erfordert.

8 Verfahren zum Kunststoffschweißen, 2. Teil (1)

Wie stabil sind die Schweißnähte?

Weil die Kunststoffe beim Schweißen aufgeschmolzen werden und sich in diesem verflüssigten Zustand miteinander verbinden, ist die Verbindung nach dem erneuten Erstarren sehr stabil und belastbar.

Das gilt vor allem dann, wenn die beiden gefügten Kunststoffe gleich oder zumindest sehr ähnlich sind.

Denn in diesem Fall hat die Schweißverbindung die gleichen Eigenschaften wie die Grundwerkstoffe. Zumal beim Kunststoffschweißen keine Zusatzwerkstoffe hinzugefügt werden müssen.

Etwas anders sieht es aus, wenn verschiedene Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften gefügt werden sollen.

Auch solche Verbindungen sind zwar grundsätzlich möglich, allerdings ist die Schweißung weniger stabil. Je nach Anwendung kann dann sogar die bessere Lösung sein, die Bauteile durch andere Verfahren wie Kleben oder Nieten zu verbinden.

Mehr Ratgeber, Tipps und Anleitungen:

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Rudolf Bozart, - Schweißfachingenieur, Gerd Meinken - Schweißwerkmeister, Thorsten Kamps, Schweißer, Coautor und Buchautor und Christian Gülcan Unternehmer und Betreiber der Webseite, 2 Jahre Vertrieb von Dienstleistungen in Mechanik- und Mettallbearbeitung, schreiben hier alles Wissenswerte zu Schweißtechniken und Schweißverfahren, geben Tipps und Anleitungen zu Berufen, Schweißgeräten, Materialkunde und Weiterbildung.

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