Warmgasschweißen von Kunststoffen - Analyse der Wärmeübergangsmechanismen und Grenzen der Technologie

Vorhabenbeschreibung:

Aufgrund der hohen technischen Sauberkeit, der kontaktlosen Erwärmung und der Möglichkeit, Hochtemperaturkunststoffe zu verarbeiten, erfährt das Warmgasschweißen eine stetig steigende industrielle Verbreitung. Zum Fügen von glasfaserverstärkten und Hochtemperaturkunststoffen ist es neben dem Infrarotschweißen das am häufigsten eingesetzte Verfahren. Einhergehend mit den zunehmenden Anwendungszahlen steigen jedoch die Anforderungen an eine werkstoff- und bauteilgerechte Prozessauslegung. Zum aktuellem Zeitpunkt ist der dafür benötigte Kenntnisstand zum Erwärmverhalten, zur Schmelzebildung und den Wärmeübergangsmechanismen schlichtweg nicht vorhanden. Somit beruht die aktuelle Prozessführung in der Industrie hauptsächlich auf Erfahrungswerten. Erschwert wird dieser Umstand von der Tatsache, dass die aktuelle Patentsituation dem Anwender suggeriert, dass ein Warmgasschweißen ohne Schutzgas nicht zuverlässig praktikabel sei. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die Wärmeübergangsmechanismen und das Aufschmelzverhalten beim Warmgasschweißen, vorrangig mit Luft als Energieträgermedium, abzubilden. Gleichzeitig sind die vorliegenden Werkstoffreaktionen zu erforschen und die resultierenden Werkstoff- und Bauteileigenschaften aufzuzeigen. Dazu wird in Abhängigkeit der Düsen- und Bauteilgestaltung u.a. der Einfluss des Gases, des Volumenstroms, der Gastemperatur sowie der Erwärmzeit auf das Aufschmelzverhalten am Prüfkörper und Realbauteil analysiert. Bei den verwendeten Materialien handelt es sich um industriell häufig eingesetzte Thermoplaste (PP, PA). Die Werkstoff- und Bauteileigenschaften werden mittels thermischer und optischer Analysen sowie mechanischen Prüfungen ermittelt. Projektbegleitend wird zudem ein Simulationsmodell erzeugt, welches Aussagen zur Schmelzschichtdicke, Wärmeeinflusszone und den zulässigen Bauteiltoleranzen ermöglicht. Somit soll der Industrie, insbesondere KMU, ein Auslegungs- und Planungswerkzeug zur Verfügung gestellt werden.