Verbindungstechniken – EPP mit anderen Komponenten verbinden
Um den Werkstoff EPP in vielfältigen Anwendungsbereichen einsetzen zu können, benötigt es Fügetechniken. Da häufig ungleiche Materialien miteinander verbunden werden, ist es erforderlich, die Möglichkeiten der Verbindungstechnik bereits in der Entwicklungsphase des Bauteils zu beleuchten. Im Folgenden werden die Möglichkeiten der Verbindung von EPP-Formteilen untereinander aber auch mit anderen Werkstoffen dargestellt.
Stoffschlüssige Verbindungen
Stoffschlüssige Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten durch atomare bzw. molekulare Kräfte verbunden werden. Diese Verbindungsart kann durch den Reibschweißprozess, das Klebeverfahren oder durch Um- bzw. Hinterschäumen erreicht werden.
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Der Reibschweißprozess
Eine Möglichkeit, den Werkstoff EPP stoffschlüssig mit einem Fügepartner zu verbinden, stellt das Reibschweißen dar. Beim Reibschweißprozess werden zwei Werkstoffe durch Druck, Reibung und der daraus entstehenden Wärme hochwertig und langlebig miteinander verbunden.
Unserem Mitglied EJOT ist es gelungen, ein äußerst stabiles Befestigungselement für EPP-Schäume auf den Markt zu bringen. Während des Reibschweißprozesses wird das Befestigungselement direkt in den EPP-Partikelschaum eingebracht. Das innovative Element verbindet sich dann mit dem aufgeschmolzenen Material.
Das Klebeverfahren
Als Klebeverfahren wird eine Verbindungstechnik bezeichnet, bei der die Fügeteile mithilfe eines sogenannten Klebstoffs stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Der Haftmechanismus der Klebeverbindung entsteht durch Kohäsions- und Adhäsionskräfte, die die Güte und Qualität einer Klebeverbindung charakterisieren. Kunststoffe auf Olefinbasis, wie zum Beispiel EPP, lassen sich aufgrund ihrer hydrophoben und unpolaren Oberflächenbeschaffenheit schwer miteinander verkleben. Speziell entwickelte Klebelösungen ermöglichen jedoch ein dauerhaftes und hochwertiges Fügen von EPP. Geeignete Vorbehandlungen der Klebeflächen, zum Beispiel durch Aufrauen, thermische Beflammung oder Corona-Vorbehandlung, führen zu einer Erhöhung der Adhäsionswirkung und somit zu einer besseren Klebequalität.
Umschäumen / Hinterschäumen
Auch durch das Um- bzw. Hinterschäumen von EPP mit kompatiblen thermoplastischen Kunststoffen werden stoffschlüssige Verbindungen ermöglicht. Das Verschmelzen der Komponenten innerhalb der Fügezone führt zu einer durch Interdiffusion der Polymerketten bedingten Verbindung. Bei dieser Technologie werden die bereits umgeformten und beschnittenen Dekore oder Folien direkt in die Werkzeugkavität des Formteilautomaten eingelegt und anschließend im Formteilprozess hinterschäumt. Eingeschäumt werden können auch Verbindungselemente, wie zum Beispiel die „K-Fix-Elemente“. Eingelegt in das Produktionswerkzeug, werden die Verbindungselemente bei der Herstellung von Partikelschaum-Bauteilen umschäumt, wobei sie eine untrennbare Verbindung mit dem Bauteil eingehen. Über diese eingeschäumten Elemente können weitere Komponenten angebunden werden. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung halten diese Befestigungen hohen Belastungen und Vibrationen stand.
Kraftschluss
Geschäumte Bauteile als alternative Leichtbaulösungen, meist gefertigt aus EPP, gewinnen derzeit maßgeblich an Bedeutung. Der Kraftschluss ist die günstigste Art, zwei Fügeteile zu verbinden und gehört zu den meist verbreiteten Verbindungsarten. Der Zusammenhalt der Fügeteile wird durch die wirkenden Kräfte (Druck, Zug- oder Reibkraft) gewährleistet.
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Schraubverbindungen
Die Verschraubung von EPP-Schäumen ist bei geeigneter geometrischer Auslegung von Kunststoffaufnahme und Schraube möglich. Aufgrund der niedrigen Dichte von EPP kann eine gewindeformende Verschraubung ohne Vorbohrung durchgeführt werden. Unser Mitglied EJOT hat eine Schraube entwickelt, die ohne Vorloch direkt in den Schaum verschraubt werden kann. Mithilfe eines optionalen Rasthakens können weitere Komponenten auch noch nachträglich befestigt werden.
Schwindung
Durch die dichteabhängige Schwindung von EPP (bei kommerziellen EPP-Typen zwischen 2 – 3 %) ergibt sich beim Ein- bzw. Umschäumen von Inserts aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine kraftschlüssige Verbindung. Insbesondere bei Komponenten mit vielen Durchbrüchen oder rippenbehafteten Einschäumelementen trägt die Schwindung maßgeblich zur Verbindung bei. So werden einzuschäumende Komponenten häufig mit Rippen oder Hinterschnitten konzeptioniert, um eine kraftschlüssige Verbindung zu erzielen.
Formschluss
Wenn mindestens zwei Verbindungspartner ineinandergreifen, spricht man von Formschluss. Aufgrund der wirkenden Druckkräfte verhindern die Verbindungspartner die Lösung des jeweils anderen. Diese Verbindungstechnik kann unter anderem durch Schnapp- bzw. Klickverbindungen realisiert werden.
Schnapp- und Klickverbindungen
Aufgrund des hohen Rückstellvermögens eignet sich EPP optimal für die Verbindung mittels Schnapp- und Klickverbindungen. Schnappverbindungen sind formschlüssige Verbindungen mit vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten. Dabei wird bei der Montage eine vorstehende Stelle, zum Beispiel ein Haken oder ein Wulst, kurzfristig ausgelenkt und rastet so in eine Vertiefung (Hinterschnitt) des Verbindungspartners ein. Besonders im Bereich Heizung- und Klimatechnik entstehen mit Formteilen aus expandiertem Polypropylen energieeffiziente Lösungen. Durch die spezielle Konstruktion mit Steck- oder Klickverbindungen bleiben Geräte einfach zugänglich für Wartung und Reparatur.
Umschäumen / Hinterschäumen
Neben den werkstofflichen Vorteilen von EPP können durch das Ein- bzw. Hinterschäumen von zusätzlichen Komponenten weitere Vorteile generiert werden. So können Strukturelemente wie Metall- oder Spritzgießeinleger in das Material eingeschäumt werden, um dieses lokal zu verstärken. Dieses mehrteilig ausgeführte Konzept demonstriert die enorme Funktionalisierbarkeit des Partikelschaums. Zur Montage von Komponenten können an die Belastung angepasste Inserts in die Schaumkomponenten eingeschäumt werden.
