Rotationsschweißen - Plastics, Polymers, and Resins - DuPont

Die Teile können über Zeitspannen von bis zu mehreren
Wochen trocken gehalten werden, indem man sie unmittelbar
nach dem Spritzgießen luftdicht in Polyethylensäcken verschließt.
Für längere Zeiträume sind weitergehende Schutzmaßnahmen
zu ergreifen wie die Verwendung von Glasgefäßen,
Dosen oder heißsiegelbaren Säcken mit Feuchtigkeitssperre.
Teile, die Feuchtigkeit aufgenommen haben, können
vor dem Schweißen in einem Trockenofen getrocknet werden.
Die entsprechenden Verfahren sind in den Konstruktions-
und Verarbeitungsanleitungen für ZYTEL ® erläutert.
c. Pigmente, Gleitmittel, Formentrennmittel
Der Einfluß von Pigmentsystemen auf das Ultraschallschweißen
kann beträchtlich sein. Die meisten Pigmente
sind anorganische Compoundmassen, die typischerweise in
Konzentrationen von 0,5% bis 2% verwendet werden. Bei
Schweißgeräten, die auf Bedingungen eingestellt sind, welche
qualitativ einwandfreie Schweißergebnisse bei unpigmentierten
Teilen ergeben, kann die Güte der Verschweißung
pigmentierter Teile deutlich geringer ausfallen. Schlechte
Schweißqualität äußert sich in Schweißnähten durch geringere
Festigkeit und größere Sprödigkeit.
Die Mechanismen, durch die Pigmente das Schweißen
beeinflussen, sind bis jetzt nicht entschlüsselt worden. Das
Vorhandensein von Pigmenten scheint den Vorgang der Wärmeerzeugung
an der Schweißnaht zu beeinträchtigen. Häufig
läßt sich eine mindere Schweißqualität dadurch ausgleichen,
daß pigmentierte Teile mit längeren Schweißzeiten verschweißt
werden als den für nicht pigmentierte Teile ermittelten. Eine
Verlängerung der Schweißzeiten um 50% oder mehr kann
erforderlich werden. Diese längeren Schweißzeiten können
jedoch unerwünschte Nebenwirkungen wie die Bildung übermäßiger
Schweißgrate und Oberflächenbeschädigungen unter
den Sonotroden zur Folge haben.
Wird das Ultraschallschweißen zur Montage von Teilen eingesetzt,
die aus pigmentiertem Werkstoff gespritzt werden
müssen, empfehlen sich Probeschweißungen mit Prototyp-
Spritzlingen, um festzustellen, ob die beabsichtigte Anwendung
realisierbar ist. Bei zahlreichen kommerziellen Anwendungen
sind Festigkeit und Zähigkeit der Schweißnaht
unkritische Erfordernisse. Die Verwendung von Färbemittelsystemen,
die das Ultraschallschweißen nicht nennenswert
beeinflussen, bietet sich als Alternativlösung an.
Die vorstehenden Hinweise gelten auch für das Verschweißen
von Werkstoffen mit eingearbeiteten oder nachträglich zugefügten
Gleitmitteln und Formentrennmitteln. Schon relativ
geringfügige Mengen dieser Stoffe scheinen den Vorgang
der Wärmeerzeugung an der Schweißnaht während des
Schweißens zu beeinträchtigen.
Metall- oder Kunststoffteil
Kunststoffteil
Abrundung 0,25
D
1,6 D
Abb. 10.63 Ultraschall-Nieten
Nietsonotrode
Austauschbare Spitze
0,5 D
2 D
0,5 D
Obwohl eine Verlängerung der Schweißzeit diesen Einfluß bis
zu einem gewissen Grade ausgleichen kann, können die oben
angeführten Folgeerscheinungen problematisch werden. Wenn
beim Spritzgießen ansonsten gleitmittelfreier Werkstoffe-Formentrenn-Sprays
verwendet werden, sollten die Teile vor dem
Verschweißen sorgfältig gereinigt werden.
Andere Ultraschall-Verbindungstechniken
a. Ultraschallnieten
Ultraschallgeräte können auch zum Nieten oder Meißelnieten
benutzt werden, um Teile aus technischen Kunststoffen von
DuPont mit Teilen aus andersartigen Werkstoffen, üblicherweise
Metall, fest zu verbinden. Aus dem unteren Kunststoffteil
ragt ein Stift durch eine Bohrung des zweiten Teils.
Eine besonders geformte Sonotrode berührt die Spitze des
Stiftes, schmilzt sie und formt einen nietenförmigen Kopf.
Dies bewirkt eine feste Verbindung, weil keine elastische
Erholung wie beim Kaltstauchen auftritt.
Empfohlene Sonotroden- und Teilekonstruktionen sind in
Abb. 10.63 dargestellt. Das Volumen des verdrängten
Kunststoffs entspricht der Vertiefung in der Sonotrode.
Zur Anpassung an spezifische Anwendungen sind zahlreiche
Abwandlungen der Konstruktion möglich. Nach Möglichkeit
sollten eine ringförmige Hinterschneidung an der
Stiftwurzel und eine Abrundung am Loch des zu befestigenden
Teiles vorgesehen werden. Dies erhöht die Festigkeit
und Zähigkeit der genieteten Verbindung. Ein dünneres
als das gezeigte Kopfprofil wird nicht empfohlen.
b. Stiftschweißen
Ultraschall-Stiftschweißen, eine Abwandlung der Schernahttechnik,
eignet sich zur Verbindung von Kunststoffteilen an
einem oder an mehreren Punkten.
B
C
D
Maß A: 0,25 bis 0,4 mm für D bis 13 mm.
Maß B: Schweißtiefe B = 0,5 D für höchste Festigkeit (Schweißnaht fester
als der Stift selbst).
Maß C: 0,04 mm minimale Einführung.
Maß D: Stiftdurchmesser.
Abb. 10.64 Ultraschall-Stiftschweißen
A
Vor dem Schweißen Während des Schweißens Nach dem Schweißen
Für viele Anwendungen, die eine dauerhafte Montage erfordern,
ist eine durchgängige Schweißnaht nicht erforderlich.
Häufig setzen die Größe und Komplexität der Teile enge
Grenzen für die Anordnung der Befestigungspunkte oder die
Position der Schweißnaht. Bei verschiedenartigen Werkstoffen
wird diese Art der Verbindung üblicherweise entweder
durch Kaltstauchen, Ultraschallnieten oder durch Verwendung
von Metallnieten oder Schrauben bewerkstelligt.
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