Institutsbericht 2020
1.9
Institute of Computational Physics
Prüfstand zum Verschweissen von Kunststoffproben
Infrarot-Schweissen ist eine etablierte Methode zum Verbinden von Kunststoffrohren. Die Rohre werden dabei an ihren Stirnflächen über eine Infrarotheizung solange erwärmt, bis der Kunststoff schmilzt. Anschliessend werden die Rohre mit einer definierten Kraft zusammengepresst und abgekühlt. Durch das kontaktlose Aufwärmen der Rohre weisen die Schweissnähte eine hohe Reinheit auf. Aus diesem Grund wird dieses Verfahren beispielsweise für die Herstellung von Rohrleitungen in Reinräumen der Halbleiterindustrie verwendet. Auf einem Prüfstand sollen anhand einfacher Kunststoffproben verschiedene Heizsystemlösungen im Hinblick auf eine optimale Schweissnahtqualität evaluiert werden. Mitwirkende: Partner: Finanzierung: Dauer:
N. Jenal, M. Gorbar, S. Spirig, T. Hocker, C. Brändli ZHAW-IMPE-Teams C. Brändli, D. Penner, Georg Fischer Piping Systems Innosuisse 2018–2021
In Zusammenarbeit mit Georg Fischer Piping Systems wurde ein Prüfstand entwickelt, um quaderförmige Kunststoffproben mit dem InfrarotSchweissverfahren zu verbinden. Unterschiedliche Heizsystemkonzepte können auf dem Prüfstand im Hinblick auf eine optimale Schweissnahtqualität getestet werden, siehe Abbildung 1.
Letztere bezeichnet den Übergang zwischen dem flüssigen und festen Kunststoff nach dem Aufwärmprozess, siehe Abbildung 2.
Abb. 2: Kontaktloses Aufwärmen von quaderförmigen Kunststoffproben.
Aus den verschweissten Proben werden Mikrotomschnitte erstellt, um die Form der Schmelzfront unter einem Lichtmikroskop zu untersuchen, siehe Abbildung 3. Diese Aufnahmen dienen zur Evaluation des besten Heizsystems sowie zur Validierung der CFD-Modelle, über die der gesamte Schweissprozess nachgebildet wird. Abb. 1: Prüfstand zum Verschweissen von Kunststoffproben
Ein Schweissvorgang besteht aus drei Schritten. Zuerst werden die Stirnflächen der Proben erwärmt, bis der Kunststoff schmilzt. Anschliessend werden die Proben zusammengepresst. Danach erfolgt die Abkühlung bis sich die Schweissnaht verfestigt. Die Stirnflächen der Proben stehen beim Aufwärmen nicht in Kontakt mit dem Heizsystem. Aus diesem Grund werden die Enden primär durch Wärmestrahlung erwärmt. Ein neuartiges Heizsystem soll eine möglichst gleichmässige Schmelzfront liefern.
Zürcher Fachhochschule
Abb. 3: Mikrotomschnitt unter Mikroskop
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