1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Fgen von Kunststoffen“Bezug: Verlag fr Schweien und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 1591-150Bearbeiter: OsenbergFile: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me22192219-12219-1.fmErstellt
2、am: 11.12.2003Zuletzt gendert am: 18.01.2005NachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDiese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zurBeachtung empfohlen. Der Anwe
3、nder muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltigist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.DVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Hochfrequ
4、enzfgenvon thermoplastischen Kunststoffenin der SerienfertigungErsatz fr Ausgabe Juli 1994Inhalt:1 Geltungsbereich2 Funktionsprinzip2.1 Begriffsbestimmung2.2 Erwrmungsvorgang3 Maschinen, Gerte, und Werkzeuge3.1 Aufbau und Wirkungsweise einer Hochfrequenz-Schwei-anlage4 Gestaltung der Elektroden und
5、Schweiwerkzeuge4.1 Anforderungen an die Elektrodenstbe4.2 Verschiedene Elektrodensteganordnungen5 Werkstoffeinflsse5.1 Einfluss der Rohstoffeigenschaften auf das Fge- undSchweiverfahren5.2 Dielektrischer Verlustfaktor tan 5.3 Dielektrizittszahl r5.4 Schmelztemperaturbereich5.5 Weichmacher5.6 Zusatzs
6、toffe5.7 Einfluss von Feuchtigkeit5.8 Recycling- und Regenerat-Material6 Einfluss der Herstellungsbedingungen der Fgeteile7 Prfen von Fge- und Schweiverbindungen8 Sicherheitsvorschriften und Arbeitsschutz9 Schrifttum, (Normen, Richtlinien, Vorschriften)1 GeltungsbereichDie Richtlinie beschreibt Masc
7、hinen, Gerte und Werkzeuge frdas Fgen von Folien und Formteilen aus Kunststoffen durchHochfrequenz (HF), einschlielich der Verfahrenstechnik.2 Funktionsprinzip2.1 BegriffsbestimmungNach DIN 8593 gehrt das Hochfrequenzschweiverfahren zurHauptgruppe 4 der Fertigungsverfahren Fgen“. Trotz der klarenbeg
8、rifflichen Abgrenzung wird fast immer von Schweien gespro-chen. In der Praxis hat sich ebenfalls die Bezeichnung Schwei-maschine eingebrgert, obwohl mit den Maschinen oft Fgevor-gnge durchgefhrt werden, die der Definition Schweien“ nichtentsprechen.In dieser Richtlinie werden beide Begriffe, Fgen un
9、d Schwei-en, verwendet.2.2 ErwrmungsvorgangDas zwischen den Elektroden wirkende hochfrequente elektri-sche Wechselfeld verursacht eine beschleunigte Bewegung derMolekle im darin liegenden Kunststoff. Die Molekle des Werk-stoffes mssen elektrisch polar, das heit elektrisch nicht neutralsein. Ein solc
10、hes Molekl stellt dann einen Dipol dar, der bei Vor-handensein eines elektrischen Wechselfeldes das Bestrebenhat, sich in Feldrichtung zu drehen.Bei der im Rahmen der HF-Fgetechnik am hufigsten ange-wandten Frequenz von 27,12 MHz richten sich die Molekle27,12 Millionen Mal in der Sekunde aus. Hierbe
11、i entsteht eineinnere Reibung, die Wrme erzeugt.Bei homogenem Werkstoff und gleichmiger Feldverteilung fin-det durch die Hochfrequenz eine gleichmige Erwrmung imgesamten Werkstoffquerschnitt statt. In den oberflchennahenSchichten tritt durch die Wrmeableitung an die im niedrigerenTemperaturbereich l
12、iegende Umgebung und an die kalten Elek-troden ein Temperaturabfall ein. Bild 1 zeigt das Prinzip des HF-Schweiens.RichtlinieDVS 2219-1April 2005Bild 1. Prinzip des Hochfrequenzschweiens.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCo
13、llection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2219-13 Maschinen, Gerte und Werkzeuge3.1 Aufbau und Wirkungsweise einer Hochfrequenz-SchweimaschineEine HF-Schweimaschine, Bild 2, besteht aus dem Generator,den HF-Leitungen mit Filtern, dem Anpassgert, der Arbeitsvor-richtung, der Steuerung und den Elektroden
14、.Bild 2. Hochfrequenz-Schweimaschine.3.1.1 Hochfrequenz-GeneratorDer HF-Generator wandelt die niederfrequente elektrische Ener-gie des Wechselstromnetzes in hochfrequente elektrische Ener-gie um. Der internationale Fernmeldevertrag aus dem Jahr 1959und die dazugehrige Vollzugsverordnung vom 1. Mai 1
15、961 le-gen die zulssigen Frequenzbereiche fest. Als Arbeitsfrequenzenfr Industrie, Medizin und Wissenschaft gelten ab diesem Zeit-punkt folgende Frequenzbereiche:13,56 MHz 0,05 %27,12 MHz 0,6 %40,68 MHz 0,05 %433,92 MHz 0,2 %2.450,92 MHz 50 MHz5.800,92 MHz 75 MHz22.125,92 MHz 125 MHzAufgrund von Pra
16、xisanforderungen zulssige Frequenzband-breite, Hhe der an den Elektroden liegenden HF-Spannung,Spannungsverteilung ber die Schweiflche kommt fr dasFgen und Schweien mit Hochfrequenz hauptschlich die Fre-quenz von 27,12 MHz 0,6 % zum Einsatz. Die Ausgangsleis-tungen der HF-Generatoren liegen im Allge
17、meinen zwischen 0,6und 120 kW. Der Wirkungsgrad frequenzstabiler Generatoren Verhltnis der vom Netz aufgenommenen Leistung zu der an dieElektroden abgegebenen HF-Leistung liegt bei etwa 50 %. ZurHF-Leistungsbestimmung beim Schweien von PVC-P-Folien ineiner Dicke von 2 x 0,5 mm gilt als Anhaltspunkt:
18、 Fr eine Schweinahtlnge von 1 m und einer Nahtbreite von2 mm bentigt man etwa 1 kW HF-Leistung (erster Schweipa-rameter). Bei anderen Werkstoffen und Gesamtmaterialdickenweicht die bentigte HF-Leistung davon ab.Die Schweizeiten sind abhngig vom Werkstoff und von derWerkstoffdicke. Bei PVC-P-Folie mi
19、t einer Gesamtdicke von0,6 mm und einer Schweizeit von 1,5 bis 2 s bentigt man eineHF-Leistung von etwa 35 W/cm2. Bei geringeren Foliendickenwird durch die Wrmeableitung in die kalten Elektroden ein hhe-rer Leistungsbedarf erforderlich.Bei greren Foliendicken ist, aufgrund des zu erwrmendengreren Vo
20、lumens, auch eine hhere HF-Leistung notwendig.Bei lngeren Schweizeiten von beispielsweise 6 bis 8 s bentigtman eine geringere HF-Leistung.Der berwiegende Teil der blichen Schweizeit (zweiterSchweiparameter) liegt zwischen 1 und 6 s. Die Foliendickenliegen bei den meisten Einsatzfllen zwischen 0,2 un
21、d 1 mm.Nach der Schweizeit folgt die Nachwirk- oder Khlzeit.Bild 3. HF-Leistungsbedarf in Watt je cm2Schweiflche; Schweizeitt1etwa 1,5 bis 2 s, Schweizeit t2etwa 5 bis 6 s.3.1.2 HF-LeitungenDie HF-Leitungen transportieren die hochfrequente elektrischeEnergie ber das Anpassgert zu den Elektroden, die
22、 sich in derArbeitsvorrichtung befinden. Zu den HF-Leitungen gehren auchFilter, um bei frequenzstabilen und strstrahlungsfreien HF-Ge-neratoren die Abstrahlung von Oberwellen (Harmonischen) zubeschrnken.3.1.3 AnpassgertEs dient zur Anpassung der Arbeitsvorrichtung an den HF-Gene-rator und zur Einreg
23、elung der gewnschten Schweileistung.3.1.4 ArbeitsvorrichtungDiese bertrgt den fr den Arbeitsvorgang erforderlichen Fge-druck. Sie hat weiterhin die Aufgabe, die Elektroden planparallelzu fhren und den Fgedruck whrend der vorgewhlten Zeitexakt zu halten. Die Arbeitsvorrichtung muss whrend des Fge-vor
24、gangs um die erforderliche und vorgewhlte Eindringtiefe pr-zise nachfahren knnen. Die Arbeitsvorrichtungen werden in C-,oder Portalbauweise gefertigt. Der Antrieb erfolgt hydraulischoder pneumatisch, in einigen Fllen auch ber einen Motor. Freinfache Aufgabenstellungen und fr Kleinserien werden auchF
25、uhebelmaschinen eingesetzt. Der erforderliche spezifischeDruck an der Elektrodensohle (dritter Schweiparameter) liegtfr PVC-P bei 1 MPa.3.1.5 ElektrodenDiese sind fr die Fge- und Schweivorgnge erforderlich. Diewichtigsten Funktionen sind: die bertragung der Hochfrequenzenergie auf den zwischenOber-
26、und Unterelektrode befindlichen zu schweiendenWerkstoff die Fixierung der Fgeteile und Formgebung whrend desFge-, Prge-, Kerbbildungs- oder Schweivorganges das Abfhren der im Fgewerkstoff entstandenen Wrme nachdem Abschalten der Hochfrequenz3.1.6 ElektrodenschutzvorrichtungenDa an den HF-Elektroden
27、bei eingeschalteter Hochfrequenz ho-he Spannungen anliegen, mssen Schutzvorrichtungen vorgese-hen werden. Diese schalten die HF-Leistungszufuhr bei Auftretenvon berschlgen sofort ab. Damit werden Beschdigungen derElektroden und der Fgeteile vermieden.3.1.7 Aufgabenbezogene ZusatzeinrichtungenDie HF-
28、Schweimaschinen werden entsprechend der jeweiligenAufgabenstellung mit Einfach- Doppel- oder Etagenschiebetisch,Drehtisch oder Vorschubanlagen als Beschickungseinrichtungenausgerstet.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollec
29、tion - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2219-13.1.8 EG-KonformittserklrungAls EG-Konformittserklrung wird das Verfahren bezeichnet,bei dem der Hersteller oder sein in der Gemeinschaft niederge-lassener Bevollmchtigter erklrt, dass die in den Verkehr ge-brachte Maschine allen einschlgigen grundlegenden Si
30、cher-heits- und Gesundheitsanforderungen entspricht. 3.1.9 CE-KonformittskennzeichnungDie Konformittskennzeichnung zeigt an, dass das Produkt dieAnforderungen der einschlgigen Richtlinien erfllt. Fr Erzeug-nisse, die mehreren Richtlinien unterliegen, sagt die CE-Kenn-zeichnung aus, dass die Anforder
31、ungen aller betroffenen Richtli-nien und Normen erfllt sind. In jeder einzelnen Richtlinie undNorm ist aufgefhrt, welche Voraussetzungen bei der CE-Konfor-mittskennzeichnung einzuhalten sind. Seit 1995 muss an jeder Maschine welche die Anforderungen dereinschlgigen Richtlinien erfllt, die CE-Kennzei
32、chnung ange-bracht sein. 3.1.10 Steuerung, berwachung und Produktionsdatener-fassungFr die Steuerung, Prozessberwachung und Erfassung der Pro-duktionsdaten werden speicherprogrammierbare Systeme (SPS)eingesetzt. Diese ermglichen (je nach Ausfhrung), die HF-Schweimaschine zu steuern und zu regeln, de
33、n vorgewhltenProgrammablauf und die Fgeparameter zu berwachen sowiedie Produktionsdaten zu erfassen, zu speichern und auszuwer-ten. Das Prozessberwachungssystem ermglicht bei Strungenauch eine Ferndiagnose der Anlagen-SPS. Ebenso ist eine Fern-wartung des Rechners ber Teleservice mglich.4 Gestaltung
34、 der Schweiwerkzeuge und Elektroden Das Schweiwerkzeug besteht vorwiegend aus einzelnen Elek-trodenstben, die in der gewnschten Form zueinander angeord-net sind. Die Elektrodensteghhen werden der Aufgabenstellungangepasst. Elektroden fr beispielsweise dreidimensionale Fge-aufgaben sind kopiergefrst.
35、4.1 Anforderungen an die Elektrodenstbe hohe elektrische Leitfhigkeit verlustfreie und kontaktsichere Strombergabe hohe mechanische Stabilitt geringe Verlustkapazitt geringe VerlustinduktivittenIn der Praxis hat sich diesbezglich Messing als optimal erwie-sen. Als Grundplatte fr den Werkzeugaufbau w
36、ird Aluminiumverwendet.Ein Dekor des Elektrodensteges kann oft zu einer besseren Qua-litt der Fgeverbindung beitragen. Fr eine gute Schweinaht-festigkeit ist eine dem Schweigut angepasste Eindringtiefewichtig. Auer in der Arbeitsvorrichtung werden oft auch Elektro-den mit einer eigenen Eindringtiefe
37、nbegrenzung ausgerstet.4.2 Verschiedene Elektrodensteganordnungen. Bei einer HF-Nahtbildung fr Scher- und/oder Schlbelastung,unterscheidet man einsatzbedingt unter: Einfache Flachnhte, unter der Verwendung von Elektrodenmit planer Sohle in unterschiedlichen Breiten. Dekor- oder Ziernhte bei Einsatz
38、von entsprechenden Elek-troden. Kombinationsnhte mit speziellen Elektroden, die neben dereigentlichen Nahtbildung eine Kerbbildung (Linie) ermglichen.Entlang dieser ist ein nachtrgliches, manuelles oder automati-sches, Abtrennen eines eventuellen (Rand)Abfalls mglich.Diese finden einen breiten Einsa
39、tz bei der Herstellung von Be-hltnissen und Verpackungen bei berwiegendem Einsatz vonPVC-P.regelungelektronik passungsteuerungAnpassungs- undBild 4.Gesamtaufbau des Steuerungssystems frdas HF-Schweien.Bild 5.Verschiedene Elektrodensteganordnungen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C46
40、1B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2219-15 Werkstoffeinflsse5.1 Einfluss der Rohstoffeigenschaften auf das Fge- undSchweiverhaltenDas Schweiverhalten wird neben den geometrischen Verhlt-nissen Fgeflche, Wanddicke des Schweimaterials von
41、den Eigenschaften des zu verschweienden Kunststoffes beein-flusst. Der zu verschweiende Werkstoff kann dabei als Folie,Platte, textiles Gewebe vorliegen. Bei dem Hochfrequenz-schweien oder -fgen spielen neben anderen Rohstoffeigen-schaften vor allem der dielektrische Verlustfaktor tan und dierelativ
42、e Dielektrizittszahl reine wesentliche Rolle. Es ist zu unterscheiden, ob zwei Thermoplaste oder thermopla-stische Elastomere (TPE) miteinander verschweit werden sol-len oder ob ein Thermoplast oder TPE mit einem anderen, nichtplastifizierbaren Werkstoff, beispielsweise Textilien, Pappe,Pressspanpla
43、tten, verbunden werden soll. Hier spricht man vonFgen. In diesem Fall gelten die Rohstoffeigenschaften nur frThermoplaste bzw. TPE.Es ist gnstig, wenn zwei artgleiche Kunststoffe miteinander ver-schweit werden. Dabei ist zu beachten, ob es sich um einenamorphen oder teilkristallinen Kunststoff hande
44、lt. Nach dem bis-herigen Kenntnisstand lassen sich amorphe nicht mit teilkristalli-nen Kunststoffen verschweien.Es knnen aber unterschiedliche Kunststoffe miteinander gefgtwerden, wenn man beachtet, dass die Schmelzbereiche nicht zuweit auseinander liegen Beim HF-Schweien haben aber auchdie Zustze i
45、n den Werkstoffen (Farbmittel, Stabilisatoren,Weichmacher und andere) unter Umstnden einen Einfluss aufden tan , und damit auch auf die Schweieigenschaften. Glei-che Werkstoffe mit unterschiedlichen Mengen dieser Zusatzstof-fe erfordern in der Regel andere Fgeparameter und weiseneventuell auch ander
46、e Fgenahtfestigkeiten auf.Nachstehend einige Werkstoffkombinationen, die bedingt HF-geschweit werden knnen:PVC-P mit ABS, PVC-U mit ABS, PVC-P mit Textilien, Teppi-chen, Pressstoffen. Auch einige unterschiedliche Celluloseesterlassen sich miteinander verschweien.Die Schweieignung muss durch Versuche
47、 ermittelt werden. BeiFolien aus PVC-P oder PVC-U ist zu beachten, ob es sich umPVC-E (Emulsion), PVC-M (Masse) oder um PVC-S (Sus-pension) handelt.Diese Werkstoffe weisen ein etwas anderes Schweiverhaltenauf. Auch eine Reihe von Blends bzw. Copolymere lassen sichdurch HF-Schweien fgen, z. B. PE + P
48、VAC, PE + PA, wobeider Anteil der den hheren tan aufweist ausschlaggebend ist.Zunehmend werden beim Fgen eines Kunststoffes mit einemanderen Werkstoff Schweihilfsmittel eingesetzt, um eine guteVerbindung zu erzielen. Bei den Schweihilfsmitteln handelt essich berwiegend um Spezialklebstoffe, unter anderem, Klebstof-fe die durch Wrme reaktivierbar sind. Dabei kann es sich z. B.um Klebstoffe auf der Basis von Polyurethan (PUR), Epoxidharz(EP), Methyl- Methacrylat (MMA) oder Silicon (SI) handeln. Au-erdem werden auch ausgeliertes und in Lsungsmittel gelstesP
