PP-Platten-Heißwerkzeug-Stumpfschweißen gemäß DVS 2207-11

Geltungsbereich dieses Leitfadens

Diese Anleitung beschreibt das Verfahren des Stumpfschweißens mit erhitztem Werkzeug für Polypropylen (PP) gemäß DVS 2207-11 (englische Übersetzung der deutschen Ausgabe vom August 2008, Dezember 2008). DVS 2207-11 behandelt PP-Rohre, Rohrteile, Formstücke und Platten. Diese Anleitung konzentriert sich auf die Anwendung bei PP-Platten. Das Verfahren ist anwendbar auf PP-H (Homopolymer), PP-B (Blockcopolymer) und PP-R (Randomcopolymer).

Haftungsausschluss der Edition: Dieser Artikel basiert auf der mitgelieferten englischen Übersetzung von DVS 2207-11 vom Dezember 2008. Benutzer müssen prüfen, ob eine neuere Ausgabe oder projektspezifische Anforderungen gelten, bevor sie sich auf die hier beschriebenen Werte und Verfahren verlassen.

Die hier dargestellten quantitativen Werte stammen aus DVS 2207-11 Tabellen 1 und 2Die Verfahrensanforderungen ergeben sich aus den Abschnitten 3 und 4 der Norm. Aufheizzeiten, Umrüstzeiten, Druckaufbauzeiten und Abkühlzeiten werden Tabelle 2 entnommen; Spalttoleranzen werden Tabelle 1 entnommen. Zwischenwerte für die Schichtdicke müssen interpoliert werden. Die Tabelle gilt bei einer Außentemperatur von etwa 20 Grad Celsius und mäßiger Luftbewegung.

Gemäß der beigefügten Ausgabe kann das Verfahren im Allgemeinen als geeignet für PP-Werkstoffe mit einem MFR 190/5 von 0,4 bis 1,0 g/10 min angenommen werden, was in etwa einem MFR 230/2,16 von 0,2 bis 0,6 g/10 min entspricht. Werkstoffe außerhalb dieses Bereichs erfordern einen separaten Nachweis der Schweißbarkeit.

Tabelle 2 gilt für Platten bis zu einer Dicke von 50 mm. Die Werte aus Tabelle 2 dürfen nicht auf Platten mit einer Dicke von über 50 mm extrapoliert werden.

2. Kurzantwort: Schweißfluss gemäß DVS 2207-11

1. 1. Reinigen Sie die Fügeflächen gegebenenfalls vor der Bearbeitung mit einem Reinigungsmittel, das vollständig verdunstet und den geltenden Anforderungen entspricht.
2. 2. Die Fügeflächen unmittelbar vor dem Schweißen bearbeiten. Die bearbeiteten Oberflächen nicht berühren. Späne entfernen, ohne die Flächen zu berühren.
3. 3. Richten Sie die Bleche aus. Üben Sie einen Ausrichtungsdruck (0,10 N/mm²) aus, bis die gewünschte Ausrichtungsraupe entsteht.
4. 4. Den Druck auf maximal 0,01 N/mm² (Aufheizdruck) reduzieren. Die Aufheizzeit ist in Tabelle 2 des DVS-Systems angegeben.
5. 5. Heizplatte schnell entnehmen. Umrüstzeit gemäß DVS-Tabelle 2; so kurz wie möglich halten.
6. 6. Innerhalb der in der DVS-Tabelle 2 angegebenen Druckaufbauzeit muss ein Verbindungsdruck von 0,10 plus/minus 0,01 N/mm² aufgebaut werden.
7. 7. Unter Druck für die in Tabelle 2 des DVS angegebene Dauer abkühlen lassen. Mechanische Belastung ist erst nach vollständiger Abkühlung zulässig. Bei Werkstattschweißungen von Blechen ab 15 mm Dicke kann die Abkühlzeit unter Druck um bis zu 50 Prozent verkürzt werden, wenn beim Ausbau und der Lagerung nur eine geringe Belastung auftritt. Eine vollständige mechanische Belastung ist bis zur vollständigen Abkühlung untersagt.
8. 8. Die Schweißnaht ist gemäß DVS 2202-1 zu prüfen.

Alle quantitativen Werte sind in den folgenden Parametertabellen aufgeführt.

Erforderliche Ausrüstung

Primärausrüstung

Personal- und Prozessqualifizierung

• Schweißarbeiten dürfen nur von geschultem und entsprechend qualifiziertem Personal durchgeführt werden. Die Qualifizierung für das Stumpfschweißen von Blechen mit beheiztem Werkzeug erfolgt gemäß DVS 2212-1.
• Maschinen und Vorrichtungen sollten den geltenden Anforderungen der DVS 2208-1 entsprechen.
• Vor und, falls erforderlich, auch während der eigentlichen Schweißarbeiten sollten Probeschweißungen unter den tatsächlichen Arbeitsbedingungen durchgeführt und geprüft werden.
• Für jede Schweißnaht in der Produktion sollten Daten zum Schweißprozess erfasst werden.

DVS Tabelle 1: Maximal zulässiger Spalt (Paneele)

Maximal zulässige Fehlausrichtung

Die Fluchtungsabweichung der Fügeflächen darf das 0,1-fache der Plattendicke nicht überschreiten. Eine größere Fluchtungsabweichung kann die Tragfähigkeit der Schweißverbindung verringern. Diese Anforderung gilt zusätzlich zu den in Tabelle 1 aufgeführten Spalttoleranzen.

Unterstützende Tools

• Reinigungsmittel: muss vollständig verdunsten und den geltenden Anforderungen entsprechen. Verwenden Sie fusselfreies, ungefärbtes Papier.
• Oberflächentemperatursonde: zur Überprüfung der Temperatur der beheizten Werkzeugoberfläche
• Fühlerlehre: zur Überprüfung der Spalttoleranzen gemäß DVS-Tabelle 1
• Stoppuhr: zur Überprüfung der Aufheiz-, Umschalt-, Druckaufbau- und Abkühlzeiten
• Dickenmessgerät: zur Überprüfung der Plattendicke

Vorbereitung und Reinigung gemäß DVS 2207-11

Werkstückbedingungen 

•  •Der Schweißbereich sollte vor Wind und Feuchtigkeit geschützt werden.
•  •Die Werkstücke müssen die gleiche Temperatur haben. Ungleichmäßige Erwärmung durch direkte Sonneneinstrahlung ist zu vermeiden.

Reinigung und Bearbeitung

•  •Reinigen Sie die Fügeflächen vor der Bearbeitung gegebenenfalls mit einem vollständig verdunstenden Reinigungsmittel, das den geltenden Anforderungen entspricht. Verwenden Sie fusselfreies, ungefärbtes Papier.
•  •Bearbeiten Sie die Fügeflächen unmittelbar vor dem Schweißen. Bearbeiten Sie die Flächen nicht und warten Sie dann.
•  •Entfernen Sie die Chips, ohne die Oberflächen zu berühren.
•  •Frisch bearbeitete Flächen sollten nicht routinemäßig gereinigt werden. Sie müssen sauber geschweißt sein. Eine erneute Reinigung ist nur erforderlich, wenn sie nachträglich verunreinigt wurden.
• •Die bearbeiteten Oberflächen dürfen nicht mit der Hand berührt werden.

Hinweis zu Reinigungsmitteln: DVS 2207-11 fordert ein Reinigungsmittel mit vollständiger Verdunstung und nennt beispielsweise eine Mischung aus 99 Teilen hochreinem Ethanol (99,8 % Reinheit) und einem Teil MEK. Auch nach DVGW VP 603 geprüfte Reinigungsmittel erfüllen diese Anforderung. Verwenden Sie fusselfreies, ungefärbtes Papier.

Schrittweise Schweißverfahren

1. Ausrichtung

Die Platten einspannen. Prüfen, ob der Spalt zwischen den Fügeflächen innerhalb der Toleranzen gemäß DVS-Tabelle 1 liegt. Fluchtungsfehler prüfen: maximal 0,1-fache Plattendicke. Anpressdruck aufbringen: 0,10 N/mm². Die erforderliche Ausrichtraupe formen. Abmessungen der Ausrichtraupe gemäß DVS-Tabelle 2. Die Ausrichtraupe gewährleistet einen gleichmäßigen Kontakt über die Fügeflächen.

2. Aufheizen

Das erhitzte Werkzeug (Temperatur: 210 ± 10 °C) zwischen die Fügeflächen einführen. Das Werkzeug sollte erst mindestens zehn Minuten nach Erreichen der Nenntemperatur verwendet werden, um ein thermisches Gleichgewicht zu gewährleisten. Den Anpressdruck auf maximal 0,01 N/mm² (Aufheizdruck) reduzieren. Die in Tabelle 2 des DVS angegebene Aufheizzeit einhalten.

3. Umstellung

Die Heizplatte schnell entfernen. Die Umrüstzeit muss gemäß DVS-Tabelle 2 eingehalten und so kurz wie möglich gehalten werden.

4. Beitritt

Der Verbindungsdruck muss innerhalb der in Tabelle 2 des DVS angegebenen Druckaufbauzeit 0,10 ± 0,01 N/mm² betragen. Es muss sich beidseitig eine gleichmäßige Doppelnaht bilden. Aufgrund des unterschiedlichen Fließverhaltens der beiden Plattenkanten kann es zu Asymmetrien kommen. Die Mindestnahtdicke K muss größer als null sein.

5. Kühlung

Der Fügedruck muss während der gesamten in Tabelle 2 des DVS angegebenen Abkühlzeit aufrechterhalten werden. Mechanische Belastung ist erst nach vollständiger Abkühlung zulässig. Bedingte Ausnahme: Bei Werkstattschweißungen von Blechen mit einer Wandstärke von 15 mm oder mehr kann die Abkühlzeit unter Druck um bis zu 50 Prozent verkürzt werden, sofern beim Ausbau und der Lagerung nur eine geringe Belastung auftritt. Eine vollständige mechanische Belastung ist bis zur vollständigen Abkühlung untersagt.

Allgemeine Prozesswerte

Diese Prozesswerte stammen aus DVS 2207-11. Das erhitzte Werkzeug sollte erst mindestens zehn Minuten nach Erreichen der Nenntemperatur verwendet werden, damit sich ein thermisches Gleichgewicht einstellen kann.

DVS 2207-11 Tabelle 2 Richtwerte für PP-Platten

Die folgenden Richtwerte gelten bei einer Außentemperatur von ca. 20 °C und mäßiger Luftzirkulation. Die Richtnahthöhen und Abkühlzeiten sind Mindestwerte, die Umrüstzeiten Höchstwerte. Es handelt sich um DVS-Richtwerte. Bei Zwischendicken muss interpoliert werden, und Abweichungen sind gemäß dem entsprechenden Schweißqualifikationsverfahren zu validieren. Tabelle 2 umfasst Bleche bis 50 mm Dicke. Extrapolieren Sie nicht auf Werte über 50 mm basierend auf dieser Tabelle.

Quelle: DVS 2207-11 Tabelle 2 (Englische Ausgabe Dezember 2008). Die Werte für die Ausrichtungsraupenhöhen und Abkühlzeiten sind Mindestwerte, die Umrüstzeiten hingegen Höchstwerte. Es handelt sich um DVS-Richtwerte. Zwischendicken müssen interpoliert werden, und jede Abweichung ist gemäß dem entsprechenden Schweißqualifikationsverfahren zu validieren. Die Richtwerte basieren auf einer Umgebungstemperatur von ca. 20 °C und mäßiger Luftzirkulation.

Praktischer Leitfaden für die Nachschweißinspektion

Die folgende Inspektionscheckliste dient als praktische Anleitung. Die formale Abnahme sollte gemäß der jeweils geltenden Ausgabe von DVS 2202-1 erfolgen. Die Sichtprüfung sollte Folgendes bestätigen:

• Gleichmäßige Doppelwulst auf beiden Seiten sichtbar. Aufgrund unterschiedlichen Fließverhaltens kann es zu Asymmetrien kommen. K muss größer als null bleiben.
• Korrekte Ausrichtung. Keine Stufen oder Höhenunterschiede entlang der Schweißnaht.
• Keine Verunreinigungen. Keine eingebetteten Fremdpartikel.
• Keine Risse. Keine sichtbaren Risse im Schweißnahtbereich oder in der Wärmeeinflusszone.
• Keine Hohlräume. Keine Blasen oder Hohlräume.
• Keine Verfärbung. Die Farbe der Schweißzone sollte mit dem Grundmaterial übereinstimmen.

Fehlerbehebung (Praktische Ingenieursanleitung)

Bewährte Verfahren für DVS-konformes Schweißen

• Die Fügeflächen müssen unmittelbar vor dem Schweißen bearbeitet werden. Die Schweißung darf nicht verzögert werden, wenn die Fügeflächen bearbeitet werden.
• Bearbeitete Oberflächen dürfen niemals mit der Hand berührt werden.
• Frisch bearbeitete Flächen sollten nicht routinemäßig gereinigt werden. Schweißen Sie sie sauber. Reinigen Sie sie nur erneut, wenn sie später verunreinigt werden.
• Schützen Sie den Schweißbereich vor Wind, Feuchtigkeit und direkter Sonneneinstrahlung.
• Reinigen Sie die erhitzte Werkzeugoberfläche vor jedem Schweißvorgang. Verwenden Sie fusselfreies, ungefärbtes Papier.
• Das Heizwerkzeug muss über eine unbeschädigte Antihaftbeschichtung verfügen. Vor jedem Schweißvorgang prüfen.
• Der Schweißdruck wird in N/mm² (spezifischer Druck) angegeben, nicht in bar. Der Wert in bar hängt von der Zylinderfläche ab. Zur Umrechnung verwenden Sie die Daten Ihres Maschinenherstellers.
• Zur Rückverfolgbarkeit werden alle Parameter pro Schweißnaht erfasst: Blechdicke, Aufheizzeit, Umrüstzeit, Fügedruck, Abkühlzeit, Werkzeugtemperatur.

DVS 2207-11 Checkliste zur Einhaltung der Vorschriften

Vor dem Schweißen

Während des Schweißens

Nachschweißprüfung

Häufig gestellte Fragen

Warum ist der Aufheizdruck nahezu null (kleiner oder gleich 0,01 N/mm²)?

Für den Wärmeaustausch ist nur leichter Kontakt erforderlich. Höherer Druck während des Erhitzens würde die Schmelzschicht verdrängen und somit das für die Verschmelzung in der Fügephase verfügbare Schmelzvolumen verringern.

Warum muss die Umstellung so schnell abgeschlossen sein?

Die Oberfläche des geschmolzenen PP beginnt unmittelbar nach Verlassen des erhitzten Werkzeugs abzukühlen, was die Schweißnahtqualität beeinträchtigen kann. Überschreitet die Umrüstzeit den in Tabelle 2 des DVS angegebenen Maximalwert, kann die Oberflächentemperatur unter den Schmelzpunkt sinken und eine Kaltschweißung verursachen.

Warum sollten bearbeitete Oberflächen niemals von Hand berührt werden?

Hautöle verunreinigen die Fusionsfläche und verhindern die molekulare Bindung an der Verunreinigungsstelle, wodurch eine lokale Schwachstelle entsteht.

Warum wird der Schweißdruck in N/mm² anstatt in bar angegeben?

Der Wert in bar gibt den Maschinendruck an und variiert je nach Zylinderkonfiguration. Der spezifische Druck (N/mm²) ist der korrekte Prozessparameter, da er die tatsächliche Kraft pro Schweißflächeneinheit berücksichtigt. Wenden Sie sich an Ihren Maschinenhersteller, um die Umrechnung von bar in N/mm² für Ihre Anlage zu erfahren.

Warum müssen die Paneele vor dem Schweißen vor Sonnenlicht geschützt werden?

Ungleichmäßige Erwärmung durch direkte Sonneneinstrahlung oder lokale Wärmequellen führt zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung, wodurch sich der Abstand zwischen den Paneelen verändert und eine Ausrichtung unmöglich wird.

Warum werden die Werte in Tabelle 2 des DVS als Richtwerte bezeichnet?

Tabelle 2 des DVS enthält Richtwerte für eine Umgebungstemperatur von ca. 20 °C bei mäßiger Luftbewegung. Die angegebenen Werte für die Höhe der Ausrichtungsraupen und die Abkühlzeiten sind jedoch Mindestwerte, während die Umrüstzeiten Höchstwerte darstellen. Probeschweißungen sollten durchgeführt und geprüft werden, wenn die tatsächlichen Arbeitsbedingungen deutlich von den angegebenen Referenzbedingungen abweichen.

Worin besteht der Unterschied zwischen DVS 2207-11 und DIN EN ISO 15013?

DVS 2207-11 behandelt Verfahren und Richtwerte für das Stumpfschweißen mit erhitztem Werkzeug für PP. DIN EN ISO 15013 befasst sich mit extrudierten PP-Platten, deren Anforderungen und Prüfverfahren. Die Normen behandeln unterschiedliche Themen. Die eine ist eine Schweißverfahrensnorm, die andere eine Werkstoff- bzw. Produktnorm. Sie sind nicht austauschbar.

Lässt sich die Abkühlung unter Druck verkürzen?

DVS 2207-11 sieht eine bedingte Ausnahme vor. Beim Werkstattschweißen von Blechen mit einer Wandstärke von 15 mm oder mehr darf die Abkühlzeit unter Druck um bis zu 50 Prozent verkürzt werden, sofern beim Ausbau und der Lagerung nur eine geringe Belastung erfolgt. Eine vollständige mechanische Belastung ist bis zur vollständigen Abkühlung weiterhin untersagt. In allen anderen Fällen sind die in Tabelle 2 angegebenen Abkühlzeiten einzuhalten.

Wichtigste Erkenntnisse

Das PP-Heißwerkzeugstumpfschweißen nach DVS 2207-11 definiert ein Verfahren mit drei unterschiedlichen Druckstufen und gruppierten Richtwerten für Aufheizzeit, Umrüstzeit, Druckaufbauzeit und Abkühlzeit. Die wichtigsten Parameter sind:

• •Beheiztes Werkzeug: 210 ± 10 °C; unbeschädigte Antihaftbeschichtung
• •Ausrichtungsdruck: 0,10 N/mm² bis zur gewünschten Wulstform
• •Aufheizdruck: Kleiner oder gleich 0,01 N/mm²
• •Beitrittsdruck: 0,10 ± 0,01 N/mm², berechnet innerhalb der in Tabelle 2 angegebenen Zeit
• •Kühlung: Gemäß Tabelle 2. Bedingte Reduzierung um 50 Prozent zulässig für Werkstattschweißungen ab 15 mm Dicke bei geringer Belastung.

Dieser Leitfaden konzentriert sich auf Anwendungen für Schalttafeln. Den vollständigen Standard finden Sie in den unten aufgeführten Referenzen.

Weiterführende Literatur

Wenn Sie die Implementierung von DVS 2207-11 in der Produktion planen, könnten Ihnen auch diese Ressourcen hilfreich sein:

• •Wie Sie die beste Kunststoffplattenschweißmaschine für Ihr Projekt auswählen
• •Vergleich von Stumpfschweißmaschinen für Kunststoffplatten: Technische Analyse führender Hersteller
• •Ultimativer Leitfaden für Stumpfschweißmaschinen für Kunststoffplatten (HDPE, PP & PVDF)

1. •DVS 2207-11: Schweißen von Thermoplasten – Heißwerkzeugschweißen von Polypropylen (PP)-Rohren, Rohrleitungsteilen, Formstücken und Platten. Englische Übersetzung der deutschen Ausgabe vom August 2008, Dezember 2008.
2. •DVS 2202-1: Fehler in thermoplastischen Schweißverbindungen – Klassifizierung, Beschreibung, Bewertung.
3. •DVS 2212-1: Qualifikationsprüfung von Kunststoffschweißern — Qualifikationsprüfungsgruppen I und II
4. •DVS 2208-1: Schweißen von Thermoplasten Maschinen und Vorrichtungen zum Heißwerkzeugschweißen von Rohren, Rohrleitungsteilen und Paneelen.
5. •DIN EN ISO 15013: Extrudierte Platten aus Polypropylen (PP) – Anforderungen und Prüfverfahren.