Einsatzspektrum erweitert

Werkstoffentwicklungen von Lanxess für das Laserschweißen

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Das Laserdurchstrahlschweißen, kurz auch Laserschweißen genannt, ist eine Technologie zum Fügen von Kunststoffteilen. Es ermöglicht die wirtschaftliche und schonende Fertigung auch sehr kleiner Komponenten mit komplexer Geometrie und entspricht dadurch dem Trend zur Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Bauteile. Lanxess hat deshalb ein breites Sortiment an laserschweißbaren Polyamiden und Polybutylenterephthalaten (PBT) Durethan LT bzw. Pocan LT (Laser Transparency) aufgebaut und kürzlich um drei neue Compounds erweitert.

Frank Krause, Lanxess Deutschland GmbH, Geschäftsbereich High Performance Materials, Global Application Development – Advanced PA6 Solutions, Köln

Inhaltsverzeichnis

1. Hohe Hydrolysestabilität und doch gut schweißbar
2. Flammwidrig und dabei lasertransparent
3. Maßgeschneidert für größere Wanddicken
4. Unterstützung rund um das Laserschweißen
5. So funktioniert das Laserschweißen
6. Die Vorteile des Laserschweißens

Die Vorstellung der Compounds erfolgte vor Kurzem auf der internationalen Fachmesse für Kunststoff und Kautschuk K in Düsseldorf. „Die drei Werkstoffentwicklungen bieten neben einer guten und prozesssicheren Laserschweißbarkeit zusätzliche wertvolle Eigenschaften, die das Einsatzspektrum solcher Werkstoffe erweitern“, erläutert Dr. Claudia Dähling, Expertin für technische Kunststoffe bei der Lanxess Deutschland GmbH, Köln. „Anwendungschancen bestehen z. B. bei Bauteilen für elektrifizierte Fahrzeugantriebe und für Fahrerassistenzsysteme, aber auch in Geräten zur Digitalisierung unserer Lebenswelt – Stichwort: Internet der Dinge.“

Hohe Hydrolysestabilität und doch gut schweißbar

Mit Pocan B3233XHRLT (derzeit verfügbar als Pocan TP155-002) steht ein neues, mit 30 % Glasfasern verstärktes PBT-Compound zur Verfügung, das bei guter Lasertransparenz eine exzellente Beständigkeit in heiß-feuchter Umgebung aufweist. Bisher gab es im Markt kaum solche Werkstoffe, weil gängige Additive zur Hydrolysestabilisierung in der Regel die Lasertransparenz von PBT stark verschlechtern. Die exzellente Hydrolysebeständigkeit des Versuchsprodukts aus der neuen Generation von Pocan HR zeigt sich in den Langzeittests SAE/Uscar-2 Rev. 6 der amerikanischen Society of Automotive Engineers (SAE). „Diese Prüfung am Fertigteil gilt weltweit als Härtetest in puncto Hydrolysebeständigkeit. Unser Produkt erreicht in hausinternen, strengen Tests an Probekörpern analog zur Uscar-Prüfung Ergebnisse im Übergangsbereich zwischen Class 4 und 5, den beiden höchsten Einstufungen“, so Dähling.

Flammwidrig und dabei lasertransparent

Auch die meisten Flammschutzmittel setzen die Lasertransparenz von Thermoplasten herab. Gut laserschweißbare PBT-, Polyamid-6- und Polyamid-66-Compounds mit hoher Flammwidrigkeit sind daher eine Rarität im Markt. Sie werden aber etwa für Bauteile in Batteriesystemen von Elektrofahrzeugen benötigt. Dähling: „Mit Durethan BKV30FN04LT können wir ein entsprechendes Compound auf Basis von Polyamid 6 anbieten. Mit seinem halogenfreien Flammschutzpaket erfüllt es den Brandtest UL 94 der US-Prüfgesellschaft Underwriters Laboratories Inc. bei geringen Prüfkörperdicken mit der besten Klassifizierung V-0.“ Das Material ist in einem stabilen Prozessfenster sicher verarbeitbar und bildet kaum Beläge im Werkzeug. Bei Bauteilen für Hochvoltbatterien wie Steckern macht sich seine hohe Kriechstromfestigkeit in Höhe von 600 V (CTI A, Comparative Tracking Index, IEC 60112) bezahlt.

Maßgeschneidert für größere Wanddicken

Die dritte Materialentwicklung für das Laserschweißen ist Pocan TP150-002. Das mit 30 % Glasfasern verstärkte PBT-Compound ist auf eine sehr hohe Lasertransparenz hin optimiert. Im Vergleich zu den meisten anderen lasertransparenten PBT-Produkttypen weist es mit 13 % eine rund doppelt so hohe Transmission auf (gemessen mit einem LPKF TMG-3 bei 980 nm und 2 mm Probekörperdicke). „Wir haben den Werkstoff für das wirtschaftliche Laserschweißen von Bauteilen maßgeschneidert, die konstruktionsbedingt größere Wanddicken aufweisen“, erläutert Dähling.

Unterstützung rund um das Laserschweißen

Lanxess unterstützt Anwender mit seinem Service der Marke HiAnt auch in der Entwicklung lasergeschweißter Bauteile. Zu den Leistungen zählt u. a. die werkstoffgerechte Bauteilkonstruktion mit CAE-Tools. „Zum Beispiel führen wir Simulationen zur Verzugsoptimierung durch, wodurch der Fügeprozess stabiler und sicherer wird“, so Dähling. Auch zahlreiche Bauteilprüfungen nach Kundennorm sind Teil des Services – wie etwa dynamische Prüfungen, die auch an größeren Bauteilen und auf Wunsch in Kombination mit Klimatests ausgeführt werden. Der Service schließt außerdem den technischen Support bei der Spritzgussverarbeitung, beim Schweißen, bei der Bemusterung und beim Start der Serienproduktion ein. bec

Detaillierte Informationen zu den Hightech-Kunststoffen für die Automobil- und Elektronikindustrie:
hier.pro/6KY2f

Kontakt:
Lanxess Deutschland GmbH
Kennedyplatz 1
50569 Köln
Tel.: 0221 8885–0
lanxess-info@lanxess.com
www.lanxess.de
Geschäftsführer: Matthias Zachert (Vorsitzender), Dr. Hubert Fink, Michael Pontzen, Dr. Rainier van Roessel, Dr. Anno Borkowsky


PLUS

So funktioniert das Laserschweißen

Beim Laserdurchstrahlschweißen wird ein Laserstrahl durch einen für das Laserlicht transparenten Fügepartner geschickt und vom zweiten, darunter liegenden Fügepartner absorbiert. Der untere Fügepartner ist mit schwarzem Pigment eingefärbt, damit das Laserlicht möglichst vollständig absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, die die Teileoberfläche zum Schmelzen bringt. Durch Wärmeleitung schmilzt auch die Fügezone des lasertransparenten Partners, sodass ein stoffschlüssiger Verbund bzw. eine Schweißnaht entsteht. Das Verfahren lässt sich leicht automatisieren und hat sich daher in der Serienfertigung etabliert. Mögliche Anwendungen sind Gehäuse für Öl-, Airbag- und andere Sensoren sowie Gehäuse, die mit einem Deckel verschweißt werden.


PLUS

Die Vorteile des Laserschweißens

Das Laserschweißen hat mehrere wesentliche Vorteile: Es ist einfach zu automatisieren und im Vergleich zum Vibrations-, Ultraschall- und Infrarotschweißen thermisch und mechanisch schonender. Es ermöglicht das dichte Fügen nahezu beliebiger 3D-Konturen und von Hart/Weich-Materialkombinationen. Je nach Bauteilgröße liegen die Zykluszeiten deutlich unter 30 s, und der Schweißblitz ist – wenn überhaupt – extrem kurz. Die erreichten Schweißfestigkeiten sind vergleichbar mit denen des Heizelementschweißens und liegen im Bereich der Festigkeit der Grundwerkstoffe. Darüber hinaus werden Schweißnähte fusselfrei hergestellt.

Der lasertransparente Fügepartner erscheint im sichtbaren Wellenlängenbereich oft schwarz, hat aber im nahen Infrarotbereich eine hohe Transmission. Laserlicht aus dem kurzwelligen Infrarotbereich eignet sich zum Schweißen von PA 6, PA 66 und PBT. Hauptsächlich werden Diodenlaser (810 bis 980 nm) eingesetzt, ebenso Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (ND:YAG) (1064 nm). Diodenlaser sind sehr zuverlässig und zeichnen sich durch niedrige Kosten, einen günstigen Wirkungsgrad sowie eine kompakte Bauweise aus.



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