Ziel der Entwicklung
Im zunehmenden Trend des Leichtbaus werden immer häufiger Bauteile aus dem Thermoplast-Schaum-Spritzguss eingesetzt, die über eine geschlossene, jedoch dünne kompakte Außenhaut und einen geschäumten Innenkern verfügen. Das Schweißen von geschäumten Bauteilen ist bisher mit großen Schwierigkeiten verbunden. Die dünne kompakte Außenhaut wird schnell aufgeschmolzen, der Fügeprozess geht in den dahinterliegenden Schaum hinein, nur geringe Fügenahtfestigkeiten sind erreichbar. Daher war es Ziel der Entwicklung, die Formteile im Bereich der Fügenaht durch eine gezielte Fügenahtgestaltung so zu verändern, dass eine dickere kompakte Fügezonenschicht im Fügenahtbereich entsteht. Durch gezielte konstruktive Veränderungen und technisch-technologische Maßnahmen soll an der Fügenahtoberfläche ein möglichst großer schaumfreier Bereich mit einer technologisch notwendigen Dicke entstehen, so dass ein Schweißvorgang ausschließlich im kompakten Bereich des Bauteils stattfindet und gleichzeitig der sich unterhalb dieser kompakten Schicht anschließende Schaum nicht bis auf Schmelztemperatur erwärmt wird und somit die Schaumstruktur weitestgehend erhalten bleibt. Die Festigkeit der erreichten Fügenaht wird somit durch die Eigenschaften der kompakten Fügezonenschicht bestimmt. Gleichzeitig soll die Gesamtfestigkeit des Bauteils, die sich aus dem Verbund des Schaumes mit der kompakten Fügezonenschicht ergibt, auch in den Bereichen unter- und oberhalb der Fügenaht erreicht werden.
Vorteile und Lösungen
Innerhalb des Projektes wurden für das IR-Schweißverfahren drei verschiedene Fügenahtvarianten entwickelt: „Steg“, „Kamm“ und „Schräge“. Im Vergleich der Schweißergebnisse der verschiedenen Fügenahtvarianten konnten mit der Fügenahtvariante „Kamm“ die mit Abstand besten Ergebnisse erzielt werden. Ab einer Anwärmzeit von zehn Sekunden liegen die erreichten Festigkeitswerte ausschließlich mitten beziehungsweise im oberen Bereich der Grundmaterialfestigkeit. Der Parameterbereich ist breit, Anwärmzeiten zwischen elf und 14 Sekunden sind zu bevorzugen. Müssen jedoch größere Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden, ist es durchaus möglich auch länger anzuwärmen. Dann kann mit Fügewegen bis vier Millimeter geschweißt werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Vermarktung der Projektergebnisse zielt auf folgende Zielgruppen und Zielmärkte ab: Unternehmen, die geschäumte Formteile herstellen und zu Baugruppen mittels Schweißverfahren verbinden müssen; Branchen wie zum Beispiel Automobil-, Elektro- und Medizinindustrie, Luft- und Raumfahrt, Energieindustrie, Sportgeräte, Konsumerindustrie. Die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Technologien werden durch das Kunststoffzentrum in Leipzig vorrangig in Deutschland vermarktet. Bevor die Projektergebnisse der Öffentlichkeit durch den Technologietransfer zugänglich gemacht werden, erfolgen eingehende Erprobungen, die eine Übertragbarkeit dieser Technologie auf andere Betriebe gewährleistet. Es erfolgt eine Vorstellung der Projektergebnisse gegenüber Betrieben, die im Schaumspritzguss hergestellte Formteile serienmäßig mit dem IR-Schweißverfahren schweißen beziehungsweise schweißen wollen, und weiteren interessierten Unternehmen. Hierzu gehören Vorführungen des Versuchsaufbaus und die Erarbeitung von Präsentationsmaterialien, die das Verfahrensprinzip mit ihren Vorteilen und dem daraus resultierenden Nutzen herausstellen. Der Nutzen aus diesem Projekt entsteht für das KUZ durch die Vermarktung des Verfahrens als neue Lösung zum IR-Schweißen von geschäumten Spritzgießformteilen. Diese Lösung wird mit Hilfe von Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Messeauftritten publik gemacht. Der wirtschaftliche Nutzen für das KUZ wird durch mehrere Marktsegmente positiv beeinflusst.
