Kunststoffteile sicher verbinden

Ob in Autos oder im Maschinen- und Anlagenbau: Faserverstärkte Kunststoffe laufen Metallen langsam den Rang ab. Im Gegensatz zu Metallen lässt sich der leichte Werkstoff aber nicht nahezu homogen zusammenschweißen – zumindest nicht mit konventionellen Verfahren, denn beim Kleben oder Aufschmelzen gelangen keine Verstärkungsfasern in die Fügezone. Eine Gruppe des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart hat jetzt eine Methode entdeckt, mit der sich Kunststoffteile sicher verbinden lassen. Die Experten stützen sich dabei auf ein Verfahren, das Anfang der 1990er-Jahre in England erfunden wurde, um Metalle zu verbinden: das Rührreibschweißen. Der zugrunde liegende Prozess ist relativ einfach, da lediglich ein rotierendes Werkzeug nötig ist. Durch Aufdrücken dieses Pins auf das Bauteil entsteht Reibung. Die dabei erzeugte Wärme plastifiziert das Material, und die Rotation sorgt für ein homogenes Verrühren. Auf diese Weise entsteht eine gleichmäßige und hochbelastbare Schweißnaht. Obwohl Kunststoffe sich ganz anders verhalten als Metalle und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben, was das Rührreibschweißen erheblich erschwert, ist es dem IPA-Team gelungen, mit unverstärktem Kunststoff Nähte zu erzeugen, die mehr als 95 % der Zugfestigkeit des ungestörten Bauteils haben. Auch mit faserverstärkten Bauteilen laufen die Tests den Angaben zufolge vielversprechend. Im nächsten Schritt soll die Prozessgeschwindigkeit mit einer externen Aufheizvorrichtung erhöht werden. Zudem laufen erste Versuche mit einem ultraschallangeregten Werkzeug, mit dem ebenfalls Wärme in den zu verschweißenden Werkstoff eingeleitet wird. Anfang 2015 wollen die IPA-Experten den Prototyp eines robotergestützten Systems vorstellen, das thermoplastische Kunststoffe vollautomatisch verschweißt.