Grundlagen der Schweißtechnik

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1 Grundlagen der Schweißtechnik Plastfügetechnik von Prof. Dr.-Ing. habil. Alexis Neumann, Doz. Dr. sc. techn. Marlies Drey, Doz. Dr. sc. techn. Giesbert Kaliske, Dipl.-Ing. Dieter König, Dr.-Ing. Frank Meyer u VEB VERLAG TECHNIK BERLIN

2 Inhaltsverzeichnis 1. Stand und Perspektiven des Einsatzes von Plastwerkstoffen Eigenschaften von Plasten Definition und Einteilung der Plaste, Kurzzeichen Eigenschaften Kompaktwerkstoffe Mechanische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Elektrische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Schaumstoffe Plastfugetechnik Fügen von und mit Plasten Einteilung der Plastfügeverfahren Schweißen von Plasten Grundlagen des Plastschweißens Definition; Wirkprinzip des Fügens Formen der Wärmeerzeugung an der Fügestelle Einteilung der Plastschweißverfahren Beurteilungskriterien für Schweißverbindungen Festigkeitsuntersuchungen der Schweißverbindungen Plastographische Untersuchungen der Schweißverbindungen Bedeutung, Anwendung und Auswahl der Plastschweißverfahren Warmgasschweißen (WG) Prinzip des Warmgasschweißens Technologie des Warmgasschweißens Fertigungsmittel des Warmgasschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Heizelementschweißen (HE) Heizelementstumpfschweißen (HS) Prinzip des Heizelementstumpfschweißens Technologie des Heizelementstumpfschweißens Fertigungsmittel des Heizelementstumpfschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Wärmeimpulsschweißen (WI) Prinzip des Wärmeimpulsschweißens 54

3 Inhaltsverzeichnis Technologie des Wärmeimpulsschweißens Fertigungsmittel des Wärmeimpulsschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Hochfrequenzschweißen (HF) Prinzip des Hochfrequenzschweißens Technologie des Hochfrequenzschweißens Fertigungsmittel des Hochfrequenzschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Ultraschallschweißen (US) Prinzip des Ultraschallschweißens Technologie des Ultraschallschweißens Fertigungsmittel des Ultraschallschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Reibschweißen (R) Prinzip des Reibschweißens Technologie des Reibschweißens Fertigungsmittel des Reibschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Extrusionsschweißen (E) Prinzip des Extrusionsschweißens Technologie des Extrusionsschweißens Fertigungsmittel des Extrusionsschweißens Einflußgrößen auf das Festigkeitsverhalten der Verbindung Automatisierung im Plastschweißmaschinenbau Kleben Definition und Grundsätzliches Grundlagen der Theorie des Klebens Kräfte im Klebfilm Kräfte in der Grenzschicht Formspezifische Haftkräfte Stoffspezifische Haftkräfte Thermodynamik der spezifischen Haftung Klebstoffe Begriffsdefinitionen und Einteilungsgrundsätze Allgemeine Anforderungen an Klebstoffe Ausgewählte Klebstofftypen Reaktionsklebstoffe Klebstoffe auf der Basis Epoxidharz Klebstoffe auf der Basis ungesättigter Polyesterharze Klebstoffe auf der Basis Phenolharz Klebstoffe auf der Basis Acrylsäure- und Methacrylsäureester Klebstoffe auf der Basis Polyurethan ' Klebstoffe auf Kautschuk-Basis Klebstoffe auf Silikon-Basis Urklebstoffe 90

4 8 Inhaltsverzeichnis Klebstoffe auf Polystyren-Basis Klebstoffe auf Polyvinylacetat-Basis Klebstoff auf Polyvinylchlorid-Basis Klebstoffe auf der Basis von Acrylaten und Methacrylaten Klebstoffe auf Kautschuk-Basis Thermoplastische Schmelzklebstoffe Füllstoffe Begriff und Einteilung Funktion der Füllstoffe Verstärkung Sedimentationsverzögerung (Absetzverzögerung) Viskositätserhöhung Steuerung des Fließverhaltens (Thixotropie) Stabilisierung Verhinderung von Rißbildung Veredlung Vergrößerung des elektrischen und thermischen Isolationsvermögens Vergrößerung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit Verbesserung der Gleiteigenschaften Verbilligung Verarbeitung von Füllstoffen Elastifizierungsmittel ' Klebbarkeit ausgewählter Fügeteilwerkstoffe Metalle Leichtmetalle Stähle Buntmetalle Plastwerkstoffe Duroplaste Thermoplaste Elaste Silikate Werkstoffe Holz Gemischtverbunde Technologie des Klebens und zugehörige Fertigungsmittel Klebgrundoperationen Oberflächenbehandlung der Fügeteile Oberflächenvorbereitung Oberflächenvorbehandlung Oberflächennachbehandlung Klebstoffverarbeitung Dosieren Mischen Auftragen Fügeteilverbindungen Zuführen, Fügen und Fixieren Verfestigen des Klebstoffs Entformen Arbeits-, Brand- und Umweltschutz bei der Klebstoffverarbeitung 109

5 Inhaltsverzeichnis Plastkleben Ill Arbeitstechniken und ihre Anwendung Anlösendes Kleben Nichtanlösendes Kleben Klebgrundoperationen Oberflächenbehandlung Klebstoffverarbeitung Fügeteilverbinden Metallkleben Definition und Abgrenzung gegenüber anderen Fügetechniken Arbeitstechnik und Klebgrundoperationen Oberflächenbehandlung Klebstoffverarbeitung Fügeteilverbinden U Einflüsse auf die Qualität von Klebverbindungen Klebstoff Fügeteilwerkstoff Herstellungsbedingungen Gestalt und Abmessungen der Verbindung Mechanisches Fügen Einteilung und Auswahlkriterien mechanisch gefügter Verbindungen Mechanisches Fügen mit lösbaren Verbindungen Schnappverbindungen Schraubverbindungen Quetsch- und Klemmverbindungen Mechanisches Fügen mit unlösbaren Verbindungen Preßverbindungen Nietverbindungen Schrumpfverbindungen Laminiertechnik (glasfaserverstärkte Duroplaste) Einleitung Ausgangsstoffe Harze Ungesättigte Polyesterharze Epoxidharze Sonstige Harze Verstärkungsstoffe Verstärkungsstoffe aus Glas Glasseidenstränge (Rovings) Glasseidenmatten Glasfasergewebe Sonstige Verstärkungsstoffe Weitere Ausgangsstoffe 134

6 10 Inhaltsverzeichnis 7.3. Herstellen von Bauteilen aus glasfaserverstärkten Duroplasten Manuelle Verfahren und teilmechanisierte Verfahren Handauflegeverfahren Faserharzspritzen Vakuumsackverfahren Folienziehverfahren Drucksackverfahren Vakuum-Druck-Verfahren Vakuum- und Injektionsverfahren Rovingspanntechnik Mechanisierte diskontinuierliche Verfahren Preßverfahren Wickelverfahren Schleuderverfahren Mechanisierte kontinuierliche Verfahren Profilziehen Laminieren von Platten Rütteltechnik Weiterbearbeiten der Bauteile aus glasfaserverstärkten Duroplasten Mechanische Bearbeitung Fügen Reparatur Gesundheits-, Arbeits- und Brandschutz Zusammenfassung und Ausblick Gestaltung und Berechnung gefügter Piafitkonstruktionen Überblick Gestaltung und Berechnung von Plastschweißverbindungen Festigkeits- und Verformungsverhalten von Thermoplasten und deren Schweißverbindungen Berechnung von Plastschweißverbindungen Grundsätzliches Berechnung von geschweißten Verbindungen an festigkeitsbeanspruchten Bauteilen aus Thermoplasthalbzeugen Berechnung von Behältern und Apparaten aus Thermoplasten (Kennwerte) Gestaltung von Plastschweißverbindungen Allgemeines Gestaltung von Warmgasschweißverbindungen Gestaltung von Heizelementschweißverbindungen Gestaltung von US-Schweißverbindungen Gestaltung und Berechnung von Klebverbindungen Berechnung von Klebverbindungen Grundsätzliches, Berechnung des Spannungsverlaufs nach Volkersen und GolandjReissner Berechnung der Festigkeit nach Schlegel Gestaltung von Klebverbindungen Grundregeln 190

7 Inhaltsverzeichnis Formen von Klebverbindungen Flachverbindungen Rundverbindungen Gestaltungsbeispiele Anwendungsbereiche Gestaltung und Berechnung von verstärkten Plastkonstruktionen Faserverstärkte Duroplaste (Laminate) Übersicht zu den Eigenschaften Gestaltung von faserverstärkten Duroplastkonstruktionen (Laminate) Stützkernkonstruktionen (Sandwichbauweise) Übersicht, Gestaltung von Stützkernkonstruktionen Plastverbundkonstruktionen Anwendungsbereiche für faserverstärkte Duroplaste, Stützkernkonstruktionen und Plastverbundkonstruktionen Berechnung von faserverstärkten Plasten und Stützkernkonstruktionen Qualitätsbeurteilung Überblick Zerstörende Prüfverfahren für Plastfügestellen Allgemeines Zügige Prüfungen Statische Prüfungen Schwingungsprüfungen Zerstörungsfreie Prüfverfahren für Plastfügestellen 220 Literaturverzeichnis 224 Formelzeichenverzeichnis 232 Ergänzende Bücher für vertiefendes Selbststudium 231 Sachwörterverzeichnis 238