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20.10.2020

Fügen von Bauteilen in nahezu beliebiger Form

Infrarotschweißen mit leistungsstarkem Keramikemitter

Die PolyMerge GmbH kann mithilfe eines 3D-Druckverfahrens Strahler aus einem Keramikmaterial in annähernd beliebiger Geometrie herstellen, die kürzere Zykluszeiten bei höherer Nahtqualität und Energieeinsparungen ermöglichen.

  • Der steife Keramikstrahler kann in nahezu beliebigen 3D-Geometrien hergestellt werden 
(© Polymerge)

    Der steife Keramikstrahler kann in nahezu beliebigen 3D-Geometrien hergestellt werden

    (© Polymerge)

  • Ein aufgeheizter Keramikstrahler für runde Bauteile, der  … (© Polymerge)

    Ein aufgeheizter Keramikstrahler für runde Bauteile, der …

    (© Polymerge)

  • … zwischen die Fügepartner gebracht …  
(© Polymerge)

    … zwischen die Fügepartner gebracht …

    (© Polymerge)

  • … den oberen und unteren Fügepartner gleichzeitig erwärmt 
(© Polymerge)

    … den oberen und unteren Fügepartner gleichzeitig erwärmt

    (© Polymerge)

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Als kontaktlos arbeitendes Verfahren bietet das Infrarotschweißen gegenüber dem Heizelementschweißen unbestritten Vorteile. So ermöglicht die kontaktlose Wärmeübertragung die Bearbeitung von Werkstoffen, die sonst zum Anhaften neigen. Besonders bei der Verarbeitung von fasergefüllten Werkstoffen bietet sich das Verfahren an. Die am Markt verbreiteten Prinzipien wie Quarzglas sowie Metallfolienemitter stoßen spätestens bei der Bearbeitung von unregelmäßig dreidimensionalen Bauteilen im Hinblick auf eine freie geometrische Gestaltbarkeit an ihre Grenzen.

3D-Druck erlaubt nahezu beliebige Strahler-Geometrien

Die PolyMerge GmbH, Geretsried, kann mithilfe eines 3D-Druckverfahrens Emitter aus einem Keramikmaterial in annähernd beliebiger Geometrie herstellen, die aufgrund einer speziellen Dotierung elektrisch leitfähig sind und so als Strahler genutzt werden können. Weil das Material ein Halbleiter ist, hängt seine elektrische Leitfähigkeit stark von der Temperatur ab. Durch das Zünden mit hoher Spannung wird die Arbeitstemperatur in kurzer Zeit erreicht, danach wird die elektrische Versorgung so geregelt, dass die Temperatur im Arbeitsprozess konstant bleibt.

Anders als metallische Werkstoffe hält das Material sehr hohen Temperaturen stand, ohne am Luftsauerstoff zu oxidieren, und erreicht so nach Angaben des Herstellers enorme Standzeiten. Zusätzlich lassen sich Betriebstemperaturen deutlich oberhalb der für Metallfolienemitter üblichen 800 °C erreichen. „Das Material ist bis 1700 °C verwendbar, ohne zu oxidieren“, sagt Manuel Sieben, Geschäftsführer und Inhaber des oberbayerischen Herstellers von Kunststoffschweißmaschinen.

Kürzere Zykluszeiten bei besserer Temperaturverteilung

Da die optische Leistungsabgabe mit der vierten Potenz der Temperatur steigt, bedeutet die Verdoppelung der Temperatur die 16-fache Leistung und damit kürzere Zykluszeiten. Gleichzeitig lassen sich die Abstände zwischen Bauteiloberfläche und Emitter vergrößern, was wiederum dazu beiträgt, dass sich auch auf toleranzbehafteten Bauteilen, bei denen die Abstände zum Emitter schwanken, dennoch beim Fügen eine nahezu konstante Temperaturverteilung einstellen kann.

Ein weiterer positiver Nebeneffekt des verwendeten Materials ist seine Steifigkeit, die es ermöglicht, den Strahler mit nur wenigen Anbindungspunkten frei im Raum zu positionieren. Hierdurch lässt sich der Strahler so führen, dass sein emittiertes Licht den oberen und den unteren Fügepartner gleichzeitig erreicht. So kann auf den sonst üblichen Einsatz von zwei Emittern pro Vorrichtung verzichtet werden sowie auf eine massive Trägerplatte, die daher auch nicht mit erhitzt werden muss.

Hohe Energieeinsparungen

„Unser Emitter erreicht seine Arbeitstemperatur innerhalb von 3 s und kann daher in der Ruheposition vollständig abgeschaltet werden“, betont Sieben und nennt einen zweiten Einspareffekt: „Aufgrund seiner Anordnung wird die emittierte Strahlung für die Erwärmung des oberen und des unteren Fügepartners genutzt. “ Gegenüber Metallfolienemittern führe dies in Summe zu einer Energieeinsparung von ca. 60%.
Während Metallfolienemitter aufgrund ihrer geringeren thermischen Wirkung auf ein paar Millimeter an die Fügepartner herangeführt werden müssen, kann der Polymerge-Strahler mit deutlich größeren Abständen arbeiten und dennoch kurze Zykluszeiten erreichen.

Fügen von großen Bauteilen

Besonders attraktiv wird das Verfahren nach Angaben von PolyMerge, wenn großformatige dreidimensionale Bauteile gefügt werden sollen. Die Einsatzfelder umfassen dabei Anwendungen im Automotive-Bereich des Interieurs, des Exterieurs sowie des Antriebsstranges.

Neben den positiven prozessseitigen Eigenschaften bietet der Einsatz eines 3D-Druckverfahrens einen weiteren Vorteil: Sollte der unwahrscheinliche Fall eines defekten Emitters eintreten, ist ein maßgenauer Ersatz kurzfristig verfügbar. Die Herstellung eines solchen Strahler dauert nach Firmenangaben etwa zwei Wochen. (kk)

PolyMerge GmbH
Wallensteinstraße 7
82538 Geretsried
Tel.: +49 8171 34470
www.polymerge.de

Weiterführende Information
  • 14.02.2020

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