Definition

Maschinen zum Heizelementschweißen dienen zum Verschweißen thermoplastischer Kunststoffteile. Kennzeichnend ist beim Heizelementschweißen die Erwärmung der Fügeflächen durch ein flaches, beheiztes Heizelement mittels Kontakt oder Strahlungswärme. Gemäß DIN 1910 Teil 3 gehört das Heizelementschweißen zur Kategorie Schweißen durch festen Körper der Verfahrensgruppe Pressverbindungsschweißen (von Kunststoffen).

Unterschieden werden drei Verfahrensvarianten: das Kontakt-Heizelementschweißen bei Temperaturen zwischen 180 und 270 °C ist am weitesten verbreitet. Kürzere Taktzeiten erreicht man beim ebenfalls direkten Hochtemperatur-Schweißen mit Temperaturen um 400°C. Beim indirekten Strahlungs-Heizelementschweißen werden Temperaturen um 600°C benötigt. Als Maschinen zum Heizelementschweißen werden sowohl Standardmaschinen als auch kundenspezifische Sondermaschinen angeboten. Zu unterscheiden sind die vertikale Maschinen-Bauart mit vertikalem Heizelement und horizontalen Zustellachsen für die Werkstücke sowie die horizontale Maschinen-Bauart mit horizontal ausgerichtetem Heizelement und vertikaler Werkstück-Zustellung.

Funktionsprinzip

Beim Heizelementschweißen handelt es sich um ein mehrstufiges Fügeverfahren. Die zu verschweißenden Kunststoffteile werden von einem elektrisch beheizten Heizelement durch direkten Kontakt oder durch indirekt über Wärmestrahlung erwärmt. 

Beim Kontakt-Heizelementschweißen erfolgt im ersten Schritt zunächst unter konstantem Anpressdruck ein plastischer Ausgleich von Bauteiltoleranzen bis zum vollständigen Anliegen der Fügeflächen am Heizelement. Die eigentliche Erwärmung der Fügeflächen erfolgt dann anschließend ohne Krafteinwirkung. Im zweiten Schritt, dem so genannten Umstellen, werden die erwärmten Werkstücke vom Heizelement abgehoben und das Heizelement aus dem Fügeraum zurückgefahren. Schließlich werden die zu fügenden Werkstücke in der dritten Phase unter Druck gefügt. Nach dem Abkühlen ist eine stoffschlüssige feste Verbindung entstanden. Die optimalen Prozessparameter wie Temperaturen, Zeiten, Kräfte und Wege sind werkstückspezifisch durch Versuche zu bestimmen.

Einsatzbereich

Das Heizelementschweißen wird zur Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen zwischen thermoplastischen Kunststoffteilen eingesetzt. Das Verfahren ist für die Serienfertigung auch von komplexen dreidimensionalen Fügeflächen geeignet. Vorteilhaft sind insbesondere die Qualität der Verbindung hinsichtlich Reproduzierbarkeit und hoher Festigkeit. Nachteilig ist die im Vergleich zum Ultraschallschweißen und zum Reibschweißen längere Taktzeit. Einsatz finden Maschinen zum Heizelementschweißen in vielen Anwenderbranchen und zur Herstellung unterschiedlichster Erzeugnisgruppen mit thermoplastischen Formteilen und Halbzeugen.