Der preßfeste Sitz ist einer der Vorteile, durch die sich das thermische Nieten von anderen Fügemethoden für Kunststoffteile unterscheidet. Die Thermoplaste können außerdem nicht verspröden wie beim Ultraschweißen.
Thomas Metzner ist Projektingenieur bei der Forward Technology Industries (FTI) GmbH in Heppenheim
Neben den gängigen Schweißtechniken für Serien-Kunststoffteile entwickelt und produziert die Forward Technology Industries GmbH in Heppenheim auch Anlagen zum thermischen Nieten. Bisher als Sonderverfahren betrachtet, besitzt diese Technologie wichtige Vorteile gegenüber dem Ultraschall-, Heizelement-, Vibrations- und Rotationsschweißen und wird dadurch für einen weiten Anwendungsbereich interessant. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Kunststoffteilen wird das Verfahren eingesetzt.
Im Gegensatz zum Ultraschall-Nieten läßt sich das thermische Nieten problemlos bei Blech/Kunststoff–Verbindungen anwenden, da keine schwingenden Werkzeuge die Bleche berühren und somit die Verbindung gefährden. Besonders bei schweißtechnisch kritischen Kunststoffen wie POM oder PAGF, die beim Ultraschall–Nieten zum Verspröden neigen, erzielt das thermische Nieten eine sehr hohe Fügequalität. Von großem Nutzen ist das Verfahren auch dort, wo Verschmutzungen der Teile durch ein Abspalten versprödeter Partikel aus Sicherheitsgründen unbedingt vermieden werden müssen.
Die Automobilindustrie setzt das thermische Nieten zum Beispiel ein, um Airbag-Blechversteifungen mit den Instrumententafeln aus Kunststoff zu verbinden. Dabei entsteht durch die hochwertige Verfahrensvariante „Heißluftnieten“ ein preßfester Sitz der Anbauteile. In voneinander abweichenden Varianten wird das thermische Nieten außerdem in den Bereichen Telekommunikation, Haushaltsartikel, und Verpackungen eingesetzt.
Heißluft erwärmt bis in die Tiefe
Verfahrenstechnisch ist zwischen dem Warmform-, Heißstempel- und Heißluftnieten zu unterscheiden. Beim einfachsten dieser Verfahren, dem Warmformnieten, erwärmt ein Heizstempel den Nietzapfen und formt in demselben Prozeßschritt unter Druck den Nietkopf an. Um die Material-Rückstellung des angeformten Kopfes gering zu halten, sollte die Niettemperatur sehr genau eingestellt werden. Sie liegt bei amorphen Thermoplasten unterhalb der Glasübergangstemperatur und bei teilkristallinen Kunststoffen zwischen der Schmelz- und der Glasübergangstemperatur. Das Warmformnieten ist ein vergleichsweise kostengünstiges Verfahren, das für Teile mit mittlerem Qualitätsanspruch eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft sind die kurzen Prozeßzeiten.
Beim Heißstempelnieten erfolgt die Erwärmung auf Plastifiziertemperatur ebenfalls durch den direkten Kontakt mit dem Nietzapfen. Die Stempeltemperatur liegt im allgemeinen jedoch über 300 °C, damit die benötigte Wärme in kurzer Zeit eingebracht wird. Den Verformungsprozeß führt ein separater Kaltstempel durch und erzielt dabei eine höhere Festigkeit als beim Warmformnieten. Dieses Verfahren findet breite Anwendung bei hoch beanspruchten Nietverbindungen.
Im Unterschied dazu arbeitet das Heißluftnieten in der Aufwärmphase kontaktlos. Ein kontinuierlich umlaufender Heißluftstrom heizt Nietzapfen und Bördelstege auf. Die Erwärmungstemperatur liegt in der Regel höher als 300 °C. Um gleichbleibende Prozeßbedingungen beim Erwärmen zu erhalten, ist eine übergreifende Steuerung und Regelung aller Parameter unumgänglich. Entscheidenden Einfluß hat die Luftmengen-Überwachung. Die Ausströmdüse bestimmt als weiteres, wichtiges Element die Luftführung. Sie wird je nach Anwendungsfall gestalterisch ausgelegt und angepaßt.
Nach Abschluß der Anwärmphase formt der zweite Stempel den Nietkopf an. Dafür sind aufgrund der tiefgreifenden, homogenen Anwärmung des Nietzapfens relativ geringe Drücke notwendig. Da der Kaltstempel für ein schnelles Schrumpfen während des Anformens sorgt, entsteht ein besonders guter Formschluß. Daraus resultiert eine hohe Nietqualität und ein spielfreier Sitz.
Teilen:
