Kunststoffschweißen von Thermoplasten
Methoden, um Bleche, Rohre und Abdichtungen zu verbinden
Einleitung
Thermoplast lässt sich schweißen, weil das Material bei Erwärmung weich wird und zusammenschmilzt, wenn zwei Flächen unter Druck in Kontakt gebracht werden und danach abkühlen. Das unterscheidet Thermoplast vom Duroplast, der sich nicht schweißen lässt. Häufige Materialien sind PE (Polyethylen), PP (Polypropylen) und PVC, die für Rohre, Platten, Behälter und Membranen verwendet werden.
Werkstoffkenntnis ist eine Voraussetzung
Man kann nur Kunststofftypen schweißen, die zusammenpassen — PE wird mit PE verschweißt, PP mit PP. Werden die Materialien verwechselt, wird die Verbindung schwach oder bindet gar nicht. Deshalb wird das Material vor der Arbeit identifiziert und die Schweißparameter werden auf den konkreten Kunststoff abgestimmt, weil Schmelztemperatur und Verhalten von Typ zu Typ verschieden sind.
Der Kunststoffhersteller SIMONA sagt es genau: Nur gleiche Kunststoffe lassen sich miteinander verschweißen, z. B. PP mit PP. Die Werkstoffe müssen in derselben oder einer benachbarten Schmelzindexgruppe liegen und dieselbe Dichte haben. Der Schmelzindex gibt an, wie leicht der Kunststoff fließt, wenn er geschmolzen ist. Die Farbe spielt keine Rolle.
Fünf Methoden
| Methode | Was den Kunststoff erwärmt | Typische Verwendung |
|---|---|---|
| Heißluftschweißen | Heiße Luft aus einer Düse und ein Zusatzdraht | Membranen, Folien und kleinere Plattenarbeiten |
| Extrusionsschweißen | Geschmolzener Zusatzwerkstoff aus einem Extruder | Dicke Plattenverbindungen und Behälter |
| Heizelementstumpfschweißen (Spiegelschweißen) | Ein heißes Heizelement, gegen das die Rohrenden gedrückt werden | PE- und PP-Rohre |
| Heizelementmuffenschweißen | Ein Heizelement, das Rohr und Muffe gleichzeitig erwärmt | Rohre und Formteile mit Muffe |
| Heizwendelschweißen (Elektroschweißmuffe) | Heizdrähte im Inneren des Formteils | PE-Rohre und Formteile |
Heißluftschweißen
Beim Warmgasschweißen wird erwärmte Luft gegen die Fuge und einen Zusatzdraht aus demselben Material geblasen, der in die erweichte Fuge gedrückt wird. Die Methode wird viel zum Abdichten von Membranen, für Folienverbindungen und für kleinere Plattenarbeiten verwendet und erfordert ein stabiles Zusammenspiel von Temperatur, Luftgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Druck.
Heizelementschweißen (Stumpfschweißen)
Beim Heizelement-Stumpfschweißen werden die Rohrenden an einem heißen Spiegel (einer Heizplatte) erwärmt, anschließend wird der Spiegel entfernt und die Enden werden zusammengepresst und unter Druck gehalten, während die Verbindung abkühlt. Das Verfahren wird für PE- und PP-Rohre eingesetzt und ergibt eine feste, homogene Verbindung, wenn die Enden sauber, plan und korrekt ausgerichtet sind.
Extrusions- und Elektrofusionsschweißen
Beim Extrusionsschweißen wird geschmolzener Zusatzwerkstoff aus einem Extruder zugeführt; es wird für stärkere Plattenverbindungen und Behälter verwendet. Beim Heizwendelschweißen werden Fittings mit eingebauten Widerstandsdrähten verwendet: Wenn Strom angelegt wird, erwärmen die Drähte den Kunststoff, sodass Fitting und Rohr miteinander verschmelzen. Das Verfahren ist bei PE-Rohren verbreitet, aber es ist sehr empfindlich gegenüber Schmutz und schlechter Vorbereitung. Eine falsche Vorbereitung des Rohrs ist die häufigste Ursache dafür, dass eine Heizwendelschweißung misslingt.
Saubere Flächen und Kontrolle
Unabhängig vom Verfahren sind saubere, trockene und richtig vorbereitete Flächen entscheidend. Vor dem Heizwendelschweißen wird das PE-Rohr mit einem Rotations-Schälgerät geschält: mindestens 0,2 mm und mindestens 0,3 mm bei Rohren über DN225. Ein Handschaber darf nicht zum Schälen verwendet werden. Nach dem Schweißen wird die Verbindung visuell beurteilt, und je nach Aufgabe kann eine Dichtheitsprüfung gemacht werden. Schweißparameter und Ablauf werden oft dokumentiert, besonders bei Rohrleitungen.
Die Temperaturen
Die Tabelle zeigt die von SIMONA empfohlenen Temperaturen. Beim Heizelementstumpfschweißen und Heizelementmuffenschweißen ist es die Temperatur des Heizelements. Beim Warmgasschweißen ist es die Lufttemperatur, gemessen 5 mm in der Düse.
| Methode und Material | Temperatur | Luftmenge |
|---|---|---|
| Heizelementstumpfschweißen, PE | 220 ± 10 °C (für PE 100 werden fest 220 °C empfohlen) | – |
| Heizelementstumpfschweißen, PP | 210 °C ± 10 °C | – |
| Heizelementstumpfschweißen, PVDF | 240 °C ± 8 °C | – |
| Heizelementmuffenschweißen, PE | 260 °C ± 10 °C | – |
| Warmgas, PE-HD | 300 bis 340 °C | 45 bis 60 l/min |
| Warmgas, PP-H und PP-B | 300 bis 340 °C | 45 bis 60 l/min |
| Warmgas, PVC-U | 350 bis 370 °C | 45 bis 55 l/min |
| Warmgas, PVC-C | 370 bis 390 °C | 45 bis 60 l/min |
| Warmgas, PVDF | 365 bis 385 °C | 45 bis 60 l/min |
Die Vorbereitung entscheidet über das Ergebnis
- 01Heizelementstumpfschweißen: Plane die Rohrenden. Der Span darf höchstens 0,2 mm dick sein.
- 02Berühre die gehobelten Flächen nie mit den Händen.
- 03Heizwendelschweißen: Schäle das Rohr mit einem Rotations-Schälgerät. Ein Handschaber darf nur zum Entgraten der Kante verwendet werden.
Prüfung und Zertifikat
Eine Verbindung muss kontrolliert und dokumentiert werden. Und wer Kunststoffrohre schweißt, muss einen gültigen Schweißerpass mit dem richtigen Vermerk haben.
Erdwärmekollektoren sind PE-Rohre im Boden. Die Grafik zeigt, wo im Land die meisten Gebäude mit Erdwärme stehen — und damit, wo PE-Rohre liegen, die richtig verbunden werden müssen.