Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Man darf derartige Konstruktionen nur mit größter Vorsicht
und nach entsprechender Beratung durch Fachleute ausführen.
Wenn man den sicheren Weg beschreiten und kein Risiko
eingehen will, wählt man besser eine Lösung entsprechend
Abb. 10.35. Hier ist die Doppelnaht in zwei einfache Schweißungen
getrennt, die nacheinander erfolgen und bei richtiger
Anpassung keine Probleme darstellen. Da bei dieser Lösung
die Teile normal mit Zahnkronen angetrieben werden können,
lassen sie sich leichter in eine vollautomatische Anlage
einfügen. Der Gesamtaufwand ist deshalb kaum größer als
für eine Doppelnaht, dagegen sind keine langwierigen und
kostspieligen Vorversuche notwendig
.
Das Verschweißen gefüllter
und verschiedenartiger Kunststoffe
Gefüllte Kunststoffe lassen sich im allgemeinen ebenso gut
rotationsschweißen wie ungefüllte. Wenn die Füllstoffe den
Reibwert vermindern, muß unter Umständen der Schweißdruck
erhöht werden, um die Abbremszeit der Schwungmasse
kurz zu halten.
Bei glasfasergefüllten Materialien wird die Nahtfestigkeit
theoretisch kleiner, da die Glasfasern die tatsächlich verschweißte
Fläche verringern. Diese Tatsache macht sich
in der Praxis indessen selten bemerkbar, da der schwächste
Punkt meistens ohnehin nicht in der Naht liegt. Falls erforderlich,
kann das Nahtprofil etwas vergrößert werden.
Glasfasern bewirken in allen Kunststoffen eine erhebliche
Verkleinerung der Bruchdehnung, so daß Spannungskonzentrationen
verheerend wirken. Diesem Umstand wird in der
Konstruktion viel zu wenig Rechnung getragen.
Gelegentlich steht man auch vor dem Problem, Kunststoffe
verschiedener Gruppen und ungleicher Schmelzpunkte verschweißen
zu müssen. Dies wird naturgemäß umso schwieriger,
je weiter die Schmelzpunkte auseinander liegen. Man
kann in solchen Fällen nicht mehr von einer eigentlichen
Verschweißung sprechen, da es sich mehr um ein mechanisches
Verhängen der Oberflächen handelt. Die Nahtfestigkeit
genügt dann nur noch geringen Anforderungen. Es kann auch
notwendig sein, spezielle Nahtprofile anzuwenden und mit
sehr hohen Schweißdrücken arbeiten zu müssen.
Die wenigen in der Praxis vorkommenden Verbindungen
dieser Art betreffen indessen ausschließlich unbelastete
Schweißnähte.
Als typische Beispiele dieser Art kann man Ölstandsanzeiger
und Schaugläser aus Polycarbonat erwähnen, die in Gehäuse
aus DELRIN ® eingeschweißt werden.
Nachfolgende Versuchsresultate sollen einige Anhaltspunkte
über mögliche Verbindungen von DELRIN ® mit anderen Kunststoffen
geben:
Der in Abb. 10.13 gezeigte Schwimmer aus DELRIN ® erreicht
einen Berstdruck von etwa 4 MPa.
Wird eine Abschlußkappe aus einem anderen Material auf
den Körper aus DELRIN ® geschweißt, so ergeben sich folgende
Berstdrücke:
ZYTEL ® 101 (Polyamid) 0,15–0,7 MPa
PC 1,2 –1,9 MPa
PMMA 2,2 –2,4 MPa
ABS 1,2 –1,6 MPa
Dabei ist zu beachten, daß bei allen erwähnten Verbindungen
die Schweißnaht schwächer ist als die Materialfestigkeit.
Rotationsschweißen von weichen
Thermoplasten und Elastomeren
Von wenigen Ausnahmen abgesehen (PTFE) hat ein Kunststoff
einen umso höheren Reibwert, je weicher er ist.
Das Rotationsschweißen wird deshalb aus drei Gründen mit
zunehmender Weichheit schwieriger oder sogar unmöglich.
– Der hohe Reibwert hat eine so starke Bremswirkung, daß
die Schwungmasse nicht im Stande ist, durch Reibung
Wärme zu erzeugen. Ein großer Teil der Energie wird
durch die Deformation des Teils absorbiert, ohne daß
genügend Relativbewegung auf den Schweißflächen stattfindet.
Erhöht man die Energie, so riskiert man eher eine
Beschädigung der Teile als eine Verbesserung der Verhältnisse.
Das Problem kann manchmal so gelöst werden, daß man
Schmierstoff auf die Nahtfläche sprüht (z.B. Silikon-
Formtrennmittel). Dadurch wird der Reibwert zuerst sehr
klein und die Drehung findet normal statt. Auf Grund der
hohen spezifischen Pressung wird der Schmierstoff jedoch
sehr schnell weggedrückt, wodurch der Reibwert ansteigt
und das Material zum Schmelzen kommt.
– Bei weichen Kunststoffen, die im Gegenteil einen sehr
niedrigen Reibwert aufweisen (PTFE), müßte der spezifische
Flächendruck sehr viel höher sein, um in kurzer Zeit
genügend Reibwärme zu erzeugen. Die meisten Teile wären
ohnehin nicht im Stande, den hohen Axialdruck ohne bleibende
Deformation aufzunehmen. Für diese Kunststoffe
gibt es gegenwärtig noch kein sicheres Vorgehen, um
befriedigende Rotationsschweißungen zu erzeugen.
– Teile aus weichen Kunststoffen können nur schwer in Aufnahmevorrichtungen
festgehalten bzw. gedreht werden. Die
Übertragung des hohen Drehmomentes wird deshalb ein
oft unlösbares Problem, vor allem auch, weil kaum Zahnkronen
verwendet werden können.
Zusammenfassend kann man deshalb sagen, daß derartige
Grenzfälle mit äußerster Vorsicht zu behandeln sind, und daß
die Entwicklungen entsprechende Vorversuche unumgänglich
machen.
Beispiele handelsüblicher
und experimenteller Schweißmaschinen
Die in Abb. 10.36-10.38 gezeigten Maschinen sollen einige
ausgewählte Beispiele aus der großen Zahl der in der Praxis
verwendeten Schweißvorrichtungen illustrieren.
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