Hochfrequenzschweißen, bekannt als Hochfrequenz- (RF) oder dielektrisches Schweißen, ist der Prozess des Verschmelzens von Materialien durch Anwenden von Hochfrequenzenergie auf den zu verbindenden Bereich.
Bei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile einem hochfrequenten (meistens 27,12 MHz) elektromagnetischen Feld ausgesetzt, das normalerweise zwischen zwei Metallstangen angelegt wird. Diese Stäbe wirken auch als Druck Applikatoren während des Erhitzens und Abkühlens.
Das dynamische elektrische Feld versetzt die Moleküle in polaren Thermoplasten in Schwingung. Abhängig von ihrer Geometrie und ihrem Dipolmoment können diese Moleküle einen Teil dieser Schwingungsbewegung in thermische Energie umwandeln und eine Erwärmung des Materials verursachen. Ein Maß für diese Wechselwirkung ist der Verlustfaktor, der temperatur- und frequenzabhängig ist.
Polyvinylchlorid (PVC) und Polyurethane sind die am häufigsten verwendeten Thermoplaste, die mit dem HF-Verfahren geschweißt werden. Es ist möglich, andere Polymere einschließlich Nylon, PET, PET-G, A-PET, EVA und einige ABS-Harze HF-zu schweißen, aber es sind besondere Bedingungen erforderlich, z. B. sind Nylon und PET schweißbar, wenn zusätzlich vorgewärmte Schweißstäbe verwendet werden.
Hochfrequenzschweißen ist generell nicht geeignet für PTFE, Polycarbonat, Polystyrol, Polyethylen oder Polypropylen. Aufgrund der bevorstehenden Einschränkungen bei der Verwendung von PVC wurde jedoch eine spezielle Polyolefinqualität entwickelt, die HF-geschweißt werden kann.
Die Hauptfunktion des Hochfrequenzschweißens besteht darin, eine Verbindung in zwei oder mehr Materialdicken herzustellen. Es gibt eine Reihe optionaler Funktionen. Das Schweißwerkzeug kann graviert oder profiliert werden, um dem gesamten geschweißten Bereich ein dekoratives Aussehen zu verleihen, oder es kann eine Prägetechnik enthalten, um Schriftzüge, Logos oder dekorative Effekte auf den geschweißten Gegenständen anzubringen. Durch den Einbau einer Schneidkante neben der Schweißfläche kann das Verfahren ein Material gleichzeitig schweißen und schneiden/stanzen. Die Schneidkante komprimiert den heißen Kunststoff so weit, dass überschüssiges Abfallmaterial abgerissen werden kann, daher wird dieser Vorgang oft als Aufreißschweißen bezeichnet.
Ein typisches Kunststoffschweißgerät besteht aus einem Hochfrequenzgenerator (der den Hochfrequenzstrom erzeugt), einer pneumatischen Presse, einer Elektrode, die den Hochfrequenzstrom auf das zu schweißende Material überträgt, und einer Schweißbank, die das Material an Ort und Stelle hält. Die Maschine könnte auch eine Erdung-Elektrode haben, die oft hinter der Elektrode montiert ist und den Strom zurück zur Maschine führt (Erdungspunkt). Es gibt verschiedene Arten von Kunststoffschweißgeräten, die häufigsten sind Planenmaschinen, Verpackungsmaschinen und automatisierte Maschinen.
Durch Regulierung der Maschinenabstimmung kann die Feldstärke an das zu schweißende Material angepasst werden. Beim Schweißen ist die Maschine von einem Hochfrequenzfeld umgeben, das, wenn es zu stark ist, den Körper etwas erhitzen kann. Davor muss der Bediener geschützt werden. Die Stärke des Hochfrequenzfeldes hängt auch vom verwendeten Maschinentyp ab. Im Allgemeinen haben Maschinen mit sichtbaren offenen Elektroden (ungeschirmt) stärkere Felder als Maschinen mit geschlossenen Elektroden.
Bei der Beschreibung hochfrequenter elektromagnetischer Felder wird oft die Frequenz des Feldes erwähnt. Die zulässigen Frequenzen für Kunststoffschweißgeräte sind 13,56, 27,12 oder 40,68 Megahertz (MHz). Die beliebteste industrielle Frequenz für das HF-Schweißen ist 27,12 MHz.
Die Hochfrequenzfelder eines Kunststoffschweißgeräts breiten sich um die Maschine herum aus, aber meistens ist das Feld nur direkt neben der Maschine so stark, dass Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen. Die Feldstärke nimmt mit zunehmender Entfernung von der Quelle stark ab.
Die Feldstärke wird in zwei verschiedenen Maßen angegeben: Die elektrische Feldstärke wird in Volt pro Meter (V/m) und die magnetische Feldstärke in Ampere pro Meter (A/m) gemessen. Beide müssen gemessen werden, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie stark das Hochfrequenzfeld ist. Der Strom, der durch Sie fließt, wenn Sie das Gerät berühren (Berührungsstrom), und der Strom, der beim Schweißen durch den Körper fließt (induzierter Strom), müssen ebenfalls gemessen werden.
Höchstzulässige Werte gemäß EU-Verordnung:
Durchschnitt über 6 Minuten
Elektrische Feldstärke: 61 V/m
Magnetfeldstärke: 0,16 A/m
Induktionsstrom: 100 mA
Kontaktstrom (nicht gemittelt): 40 mA
Die HF-Versiegelung erfolgt von innen nach außen, indem das Material selbst als Wärmequelle genutzt wird. Die Wärme wird auf das Schweißziel fokussiert, sodass das umgebende Material nicht überhitzt werden muss, um an der Naht eine Zieltemperatur zu erreichen.
Bei HF wird Wärme nur dann erzeugt, wenn das Feld eingeschaltet ist. Sobald der Generator taktet, wird die Wärme abgeschaltet. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle über die Energiemenge, die das Material während des gesamten Zyklus sieht. Außerdem strahlt das Werkzeug durch HF erzeugte Wärme nicht wie bei einem beheizten Werkzeug ab. Dies verhindert eine Wärmezersetzung des Materials, das an die Schweißnaht angrenzt.
HF-Werkzeuge werden normalerweise "kalt" gefahren. Das bedeutet, dass nach dem Abschalten des HF das Material nicht mehr erhitzt wird, aber unter Druck bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, das Material unter Druck sofort zu erhitzen, zu schweißen und abzukühlen. Mehr Kontrolle über die Schweißnaht führt zu einer besseren Kontrolle über die resultierende Extrusion, wodurch die Schweißnahtfestigkeit erhöht wird.
HF-Schweißnähte sind „sauber“, da das einzige Material, das zum Herstellen einer HF-Schweißung benötigt wird, das Material selbst ist. Es sind keine Klebstoffe oder Nebenprodukte beteiligt.
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