DVS 2215-1-2010 Heated tool welding of mouldings made of thermoplastics in series fabrication.pdf

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1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Fgen von Kunststoffen“File: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me22152215-1.fmNachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf,

2、Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen sp

3、eziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Ersetzt Ausgabe Mai 1999Inhalt:1 Geltungsbereich2 Funktionsprinzip2.1 Heizelementschweien2.1.1 Berhrungsloses Erwrmen von Formte

4、ilen mit hoher Klebeneigung ihrer Schmelzen2.1.2 Hochtemperaturschweien2.1.3 Schweien von Kunststoffen mit unterschiedlichen Schmelzeviskositten3 Schweianlagen3.1 Bauarten und Ausfhrungsformen3.2 Anforderungen an Heizelemente3.2.1 Gestaltung3.2.2 Werkstoffe3.2.3 Oberflchenbeschaffenheit3.2.4 Tempera

5、turbereich3.2.5 Temperaturgenauigkeit auf der Arbeitsflche3.3 Aufnahmewerkzeuge3.3.1 Halterungen und Fixierungshilfen3.3.2 Sondereinrichtungen4 Konstruktive Gestaltung der Fgeteile4.1 Konstruktionsmerkmale der Fgeteile4.2 Fgezonengeometrien4.2.1 Stumpfsto-Grundformen4.2.2 Fgezonen mit verdeckter Sch

6、weinaht4.2.3 Sonderformen4.2.4 Manahmen zur Schweiwulstbearbeitung5 Werkstoffeinflsse5.1 Qualittsanforderungen an die Fgeteile5.2 Zusatzstoffe5.3 Feuchtigkeit5.4 Recyclate5.5 Kunststoffe unterschiedlicher Typen5.6 Unterschiedliche Kunststoffarten6 Schweibedingungen6.1 Allgemeine Anforderungen6.2 Wah

7、l der Schweibedingungen und Werkstoff-kombinationen6.2.1 Fgeteile gleicher Kunststoffart und gleichen Typs6.2.2 Fgeteile gleicher Kunststoffart und ungleichen Typs6.2.3 Fgeteile ungleicher Kunststoffart6.3 Heizelementtemperatur6.4 Ausfhrung des Schweiens6.4.1 Angleichen6.4.2 Erwrmen6.4.3 Umstellen6.

8、4.4 Fgen7 Einflussfaktoren auf die Schweinahtqualitt7.1 Konstruktion7.2 Schmelzeverhalten7.3 Zusatzstoffe7.4 Recyclate7.5 Verschmutzungen7.6 Feuchtigkeit7.7 Einfluss von Oberflchenbehandlungen und Beschichtungen7.8 Mehrschichtverbunde8 Manahmen zur Qualittssicherung8.1 berwachung der Schweianlage8.2

9、 Konstruktions- und Prozess-FMEA8.3 Maschinen- und Prozessfhigkeitsuntersuchung8.4 Eingangsprfung der Fgeteile8.5 Qualittsregelkarte in der laufenden Fertigung8.6 Statistische Prozesskontrolle (SPC)9 Prfen von Schweiverbindungen9.1 Zerstrungsfreie Prfungen9.1.1 Visuelle Prfungen9.1.2 Ultraschall- un

10、d Rntgenprfung9.1.3 Dichtigkeitsprfung9.1.4 Thermographie9.2 Zerstrende Prfungen10 Schrifttum11 Ausgewhlte Anwendungsbeispiele1 GeltungsbereichDiese Richtlinie gilt fr das Heizelementschweien von Formtei-len untereinander wie auch fr Kombinationen von Formteilen und Halbzeugen, siehe hierzu auch Ric

11、htlinie DVS 2215-2 (PE, PP) und 2215-3 (Heizelementschweien von amorphen Thermo-plasten).Fr das Heizelementschweien von Rohren mit Formteilen sind auch die zum Schweien von Rohren erstellten DVS-Merkbltter und -Richtlinien 2207 in Betracht zu ziehen.Weitere Normen, Richtlinien und Merkbltter sind in

12、 Abschnitt 10 aufgefhrt.2 FunktionsprinzipDie Verbindungsflchen werden mit einem Heizelement durch Berhrung oder berhrungslos durch Wrmestrahlung plastifi-ziert und unter Druck geschweit. Der Schweiprozess gliedert sich hierbei in mehrere Arbeitsschritte (Bild 1), wobei hauptsch-lich zu unterscheide

13、n ist zwischenAngleichen = Ausgleichen von UnebenheitenErwrmen = Plastifizieren der Fgeflchen,Umstellen = Entfernen des Heizelements,Fgen = Schweien der plastifizierten Fgeflchen unter Fgedruck und AbkhlenHeizelementschweien von Formteilenaus thermoplastischen Kunststoffenin der SerienfertigungSepte

14、mber 2010RichtlinieDVS 2215-1B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2215-1Bild 1. Teilprozesse beim Heizelementschweien.2.1 HeizelementschweienFr den jeweils zu schweienden Kunststoff sin

15、d solche Erwrm-bedingungen zu whlen, unter denen die Fgezonen nicht thermisch geschdigt werden. Zur Wrmebertragung liegen die Fgeflchen am Heizelement an.Beim Schweien von Kunststoffen, deren Schmelzen auf dem Heizelement ankleben oder Erwrmtemperaturen erfordern, die ber der zulssigen Gebrauchstemp

16、eratur der Antihaftberzge von 270C liegen, sind andere Erwrmbedingungen zu whlen.2.1.1 Berhrungsloses Erwrmen von Formteilen mit hoher Klebeneigung ihrer SchmelzenDie Fgeflchen knnen berhrungslos durch Wrmestrahlung plastifiziert werden. Strahlungsquelle, Strahlungsdauer und Ab-stand sind so aufeina

17、nder abzustimmen, dass die Fgeflchen gengend plastifiziert, jedoch nicht thermisch geschdigt wer-den.2.1.2 HochtemperaturschweienDie Fgeflchen werden bei hohen Heizelementtemperaturen plastifiziert. Es sind je nach Kunststoffart solche Temperaturen einzustellen (siehe Abschnitt 3.2.4), bei denen in

18、den Grenz-flchen bereits ein thermischer Abbau erfolgt. Unter dieser Vor-aussetzung knnen die Fgeflchen vom Heizelement leichter gelst werden. Produktrckstnde verdampfen auf dem Heiz-element whrend einer bestimmten Zeit. Die auf den Fge-flchen liegenden Abbauschichten werden durch Flievorgnge beim F

19、gen teilweise herausgeschwemmt. Die durch Hochtem-peraturschweien hergestellten Nhte sind im Allgemeinen ge-ringer belastbar. Es knnen fr diese Erwrmmethode vorwie-gend solche Kunststoffe in Betracht gezogen werden, deren Rckstnde auf dem Heizelement verdampfen. Die Dmpfe ms-sen abgesaugt werden. Da

20、s Hochtemperaturschweien erfordert in der Regel nur kurze Erwrmzeiten.Beim Hochtemperaturschweien von verstrkten, gefllten oder sonstigen Spezialtypen knnen sich nicht verdampfende Rck-stnde auf dem Heizelement bilden. Der Einfluss dieser Rck-stnde auf das Schweiverhalten ist zu prfen, gegebenenfall

21、s ist eine Reinigung erforderlich.2.1.3 Schweien von Kunststoffen mit unterschiedlichen SchmelzeviskosittenZur Angleichung der Schmelzeviskositten sind die Erwrmbe-dingungen entsprechend anzupassen. Die Anpassung der Schmelzeviskositt erfolgt ber unterschiedliche Heizelement-temperaturen und/oder Er

22、wrmzeiten fr die beiden Fgepart-ner.3 Schweianlagen3.1 Bauarten und AusfhrungsformenMan unterscheidet bei Heizelementschweimaschinen zwischen Standardmaschinen und Sondermaschinen: Standardmaschinen sind dadurch gekennzeichnet, dass damit durch leichte Austauschbarkeit von Aufnahmewerkzeugen und Hei

23、zelementen geometrisch unterschiedlich gestaltete Form-teile geschweit werden knnen. Sondermaschinen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie vor-wiegend fr eine spezielle Schweiaufgabe entwickelt und ein-gesetzt werden. Die Maschinen knnen hydraulisch, pneuma-tisch oder elektromechanisch bettigt werde

24、n. Auch die Kom-bination mit anderen Schweiverfahren ist mglich.Man unterscheidet zudem zwischen horizontal und vertikal arbei-tenden Anlagen (Bewegung der Formteile zueinander), die je nach Formteilgeometrie und Handhabungsmglichkeit zur An-wendung kommen.3.2 Anforderungen an HeizelementeDimensioni

25、erung und Heizleistung mssen auf die Schweiauf-gabe abgestimmt sein.Die Wrme wird von elektrischen Heizkrpern zur Oberflche des Heizelements durch mglichst gut wrmeleitenden Werkstoff bertragen. Die Aufhngung muss so wrmeisoliert sein, dass die Wrmeableitung gering ist. Bei der Auslegung des Heizele

26、-ments ist die Wrmeausdehnung im Bezug auf die Formgebung und Fixierung zu bercksichtigen.3.2.1 GestaltungHeizelementaufstze oder direkt beheizte Heizelemente mssen in Form und Lage den Fgeflchen der zu schweienden Teile angepasst sein. Aufstze und PTFE-Folien mssen leicht aus-tauschbar sein. Wrmeab

27、schirmblenden knnen integriert wer-den, um bestimmte Zonen vor Strahlungswrme zu schtzen.3.2.2 WerkstoffeHeizelemente mssen aus gut wrmeleitenden, mglichst korro-sionsbestndigen Werkstoffen bestehen und fr die vorgesehe-nen Arbeitstemperaturen geeignet sein. Vorrangig werden sie aus Al-Legierungen h

28、ergestellt. Beim Hochtemperaturschweien werden auch Spezialwerkstoffe eingesetzt (beispielsweise Alumi-nium-Bronze und Spezialsthle).3.2.3 OberflchenbeschaffenheitDie Nutzflche eines Heizelements muss so beschaffen sein, dass das Verbleiben von Rckstnden des plastifizierten Werk-stoffes vermieden wi

29、rd und das Reinigen ohne Beschdigung mglich ist. Zwecks leichterer Sauberhaltung der Oberflche und Minderung der Haftkrfte beim Ablsen der Fgeteile werden bei der Kontakterwrmung Beschichtungen aus PTFE bzw. Bespan-nungen aus PTFE beschichteten Glasfasergeweben empfohlen. bliche Beschichtungsdicken

30、sind 30 bis 50 m oder PTFE-Glasfasergewebefolien in Dicken von 100 bis 300 m.PTFE-Beschichtungen oder -Bespannungen der Heizelemente drfen im Dauereinsatz nur bis maximal 270C verwendet wer-den. Bei PTFE-Folien gilt die Temperatur auf der blanken Heiz-elementoberflche. Hhere Temperaturen mssen vermi

31、eden werden, da sich sonst gesundheitsschdliche Zersetzungspro-dukte bilden.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2215-1Trennmittel (PTFE- oder Silicon-Spray und andere) haben nega-tive

32、Auswirkungen auf die Schweinahtfestigkeit.Anhaftende Werkstoffrckstnde mssen vor dem nchsten Erwrmvorgang entfernt werden. Solche Reinigungsvorgnge knnen auch automatisiert werden.3.2.4 TemperaturbereichDie Heizelementtemperatur muss in Abhngigkeit von der Er-wrmmethode und den zu verschweienden The

33、rmoplasten in folgenden Temperaturbereichen stufenlos einstell- und regelbar sein:bei Kontakterwrmung mit Antihaftbelag: bis 270C,Hochtemperaturschweien ohne Antihaftbelag: bis 500C.3.2.5 Temperaturgenauigkeit auf der ArbeitsflcheDie Temperaturgenauigkeit bei Heizelementen zum Schweien von Formteile

34、n ist von der Schweiaufgabe (Teilgeometrie, Werkstoff, Qualittsanforderung) abhngig. Aufgrund der unter-schiedlichen Geometrien bei Formteilen sind genaue Tempera-turangaben nicht mglich. Die Oberflchentemperatur des Heiz-elements sollte mglichst gleichmig sein.Bei rumlich komplizierten Heizelementa

35、ufstzen ist dies nur un-ter erhhtem Aufwand (etwa durch den Einsatz mehrerer Tempe-raturregelkreise) erreichbar.3.3 AufnahmewerkzeugeAufnahmewerkzeuge haben die Aufgabe, die Formteile in ihrer Lage zu arretieren. Fr eine gute Passgenauigkeit sind Fixpunkte am Bauteil zu definieren. Die Werkzeuge mss

36、en den Anpress-druck auf der gesamten Fgeflche wirksam werden lassen.3.3.1 Halterungen und Fixierungshilfen Formteile, die wegen ihrer Auenkontur oder ihrer Lage beim Schweiprozess keinen ausreichenden Halt im Aufnahmewerk-zeug finden, mssen zustzlich abgesttzt werden. Diese Aufga-be knnen beispiels

37、weise mechanisch wirkende Spannelemente, wie Klammern, Klauen, druckluftbettigte elastische Ringe oder speziell angepasste Befestigungselemente, bernehmen. Es eig-nen sich hierfr auch Vakuumsauger, die bei aufgabengerechter Anordnung im Aufnahmewerkzeug einen festen Sitz des Form-teils gewhrleisten.

38、Vorwiegend fr kleine Formteile und groe Stckzahlen kommen hufig Mehrfachaufnahmen zur Anwendung. Um eine Beschdi-gung der Oberflche zu vermeiden, knnen die Aufnahmewerk-zeuge mit geeigneten Auskleidungen oder Beschichtungen ver-sehen werden.3.3.2 SondereinrichtungenDie Aufnahmewerkzeuge knnen zur Au

39、sfhrung besonderer Schweiaufgaben mit zustzlichen Funktionseinrichtungen aus-gestattet werden. Dazu zhlen unter anderem: beheizte oder gekhlte Aufnahmewerkzeuge, beheizte oder gekhlte Werkzeuge zur Schweiwulst-begrenzung, Ausstovorrichtungen zur leichteren Entnahme der geschweiten Formteile, Positio

40、ns- und Teileabfrage im Aufnahmewerkzeug und Positioniereinrichtungen zum Vorzentrieren.4 Konstruktive Gestaltung der Fgeteile4.1 Konstruktionsmerkmale der FgeteileZur Erzielung hochbelastbarer Verbindungen ist Voraussetzung, dass die zu verbindenden Fgeteile geeignete Geometrien auf-weisen. Hierzu

41、zhlen unter anderem: formsteife Ausfhrung, ausreichende Wanddicken, um Ausknicken oder bermige Deformationen unter Fgedruck zu vermeiden; die Lage der Fgeflchen darf sich whrend des gesamten Schweivor-gangs nicht verndern, ausreichend gro bemessene Radien an Ecken und bergn-gen, keine scharfen Kante

42、n, Vermeidung von Bindenhten im Bereich der Fgeflchen, definierte Auflageflchen zum Schweiwerkzeug zur exakten Fixierung und Kraftbertragung mglichst nahe der Fge-flche, mglichst plane und begrenzte, ausreichend groe Fge-flchen mit aufgabengerechter Geometrie, insbesondere beim Strahlungsschweien: e

43、rhabene (erhhte) Fgeflche mit mglichst groem Abstand zu der Gesamt-konstruktion, um ein Erwrmen und Erweichen der Konstruk-tion gering zu halten.4.2 FgezonengeometrienDie Fgeflche wird beeinflusst von der Formteilgeometrie, der Wanddicke sowie von den Belastungsanforderungen, die an das Teil und dam

44、it auch an die Schweinaht gestellt werden. Im We-sentlichen unterscheidet man zwischen einfachen und modifizier-ten Stumpfsten, Nahtformen mit verdeckten Schweinhten und Sonderformen (zum Beispiel das Anschweien von Nippeln und Befestigungselementen an Kfz-Kraftstoffbehlter).4.2.1 Stumpfsto-Grundfor

45、men1. Einfacher Stumpfsto2. Modifizierter Stumpfsto Beispiel A3. Modifizierter Stumpfsto Beispiel B4.2.2 Fgezonen mit verdeckter SchweinahtVerdeckte Schweinhte werden vorzugsweise aus optischen Grnden gewhlt Beispiele A bis C. Weitere Grnde sind die Verminderung von Reibungsverlusten bei strmenden G

46、asen oder Flssigkeiten und die Minderung von Geruschen Beispiel D.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2215-1Beispiel ABeispiel BBeispiel CBeispiel D4.2.3 SonderformenBeispiel ABeispiel

47、 BBeispiel C4.2.4 Manahmen zur SchweiwulstbearbeitungIm Normalfall wird der Schmelzeaustrieb (Schweiwulst) nach Fertigstellung der Schweiung nicht entfernt. In Sonderfllen kann dies jedoch aus optischen Grnden oder Platzgrnden not-wendig sein. Folgende Mglichkeiten bieten sich an:Beispiel A: Abquets

48、chenBeispiel B: Abtrennen des vllig erstarrten Schweiwulstes durch ein geeignetes Werkzeug5 WerkstoffeinflsseGrundstzlich sind alle Thermoplaste und thermoplastischen Elastomere im Heizelementverfahren schweibar, es gibt jedoch erhebliche werkstoffabhngige Unterschiede im Schweiverhal-ten. So sind insbesondere hochmolekulare Polyolefine, PVC und andere, vor allem amorphe Thermoplaste mit hoher Schmelze-viskositt, gut schweibar, da die Anhaftneigung der Schmelze am Heizelement gering und die e