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Laserdurchstrahlschweißen: PBT mit guter Lasertransparenz

Mit jeweils einem laserabsorbierenden und lasertransparenten PBT werden Gehäuse für Aktuatoren zur Drallklappensteuerung im Laserdurchstrahlschweißen hergestellt. Foto: Lanxess

Ein Gehäuse aus PBT wird mittels Laserdurchstrahlschweißen hergestellt. Hierfür braucht es ein PBT mit guter Lasertransparenz.

Compounds auf Basis von PBT (Polybutylenterephthalat), die eine hohe Hydrolysestabilität in heiß-feuchter Umgebung aufweisen und zugleich eine gute Lasertransparenz für das Laserdurchstrahlschweißen zeigen, sind eine Besonderheit. Denn normalerweise besteht zwischen beiden Materialeigenschaften ein Zielkonflikt.

Lanxess verfügt inzwischen über mehrere PBT-Compounds, bei denen dieser Spagat der Materialeigenschaften gelungen ist. Ein Beispiel ist Pocan B3233HRLT (Hydrolysis-Resistent, Laser Transparency), das bereits in mehreren Großserienanwendungen zum Einsatz kommt.

So werden aus diesem Material zum Beispiel Gehäuse für mechatronische Aktuatoren zur Drallklappensteuerung (swirl control actuator) hergestellt. Mit solchen Aktuatoren stattet ein süddeutscher Automobilhersteller mehrere seiner Dieselmotor-Baureihen aus. Entwickler und Hersteller der Aktuatoren ist die Sogefi Air & Cooling SAS in Orbey in Frankreich.

„Unser PBT-Compound ist den hohen Temperaturen unter der Motorhaube auch unter starker Feuchtebelastung gewachsen“, erklärt Jean-Marie Olivé, Experte in der Anwendungsentwicklung des Geschäftsbereichs High Performance Materials (HPM) von Lanxess. „Außerdem zeichnet es sich durch eine geringe Verzugsneigung und hohe Dimensionsstabilität aus, was sich bei der komplexen Geometrie der kompakten Gehäuse auszahlt.“

Hohe Lasertransparenz selbst bei schwarzer Einfärbung

Ein weiterer Vorzug des Compounds ist die hohe Transparenz im Wellenlängenbereich von Lasern, die üblicherweise beim Laserdurchstrahlschweißen verwendet werden − selbst bei schwarzer Einfärbung. „Dies ermöglicht einen stabilen und effizienten Prozess beim Schweißen der Gehäusekomponenten“, so Olivé.

Der Deckel des Aktuatorgehäuses besteht aus dem schwarz eingefärbten lasertransparenten Pocan B3233HRLT, die laserabsorbierende Gehäusehälfte aus Pocan B3233HR. Foto: Lanxess

Wie beständig Pocan B3233HRLT in heiß-feuchter Umgebung ist, unterstreicht der Langzeittest SAE/USCAR-2 Rev. 6 der amerikanischen Society of Automotive Engineers (SAE). Er zählt weltweit zu den anspruchsvollsten Prüfungen der Hydrolysestabilität von Kunststoffen. Das untersuchte Fertigteil wird dabei in zahlreichen Zyklen starken Temperaturwechseln bei relativen Luftfeuchten von bis zu 100 % ausgesetzt. Olivé: „Unser Compound erfüllt in Probekörpertests analog zu diesen Bedingungen die Anforderungen der Class 3, zeigt also eine hohe Hydrolysebeständigkeit bei Temperaturen bis 125 °C.“

Laserdurchstrahlschweißen als wirtschaftlicher Fertigungsprozess

Das Laserdurchstrahlschweißen ist ein Fügeverfahren für Bauteile aus thermoplastischen Kunststoffen. Es eignet sich besonders zur wirtschaftlichen und schonenden Fertigung sehr kleiner Komponenten mit komplexer Geometrie. Es wird daher dem Trend zur Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Funktionen gerecht.

Das Verfahren nutzt die Energie von Laserlicht. Ein Laserstrahl wird durch eine lasertransparente Bauteilkomponente geschickt und von einer zweiten, darunter liegenden und meist schwarz pigmentierten Bauteilkomponente absorbiert. Durch die Absorption entsteht Wärme, die die Oberfläche der zweiten Komponente aufschmilzt. Durch Wärmeleitung erweicht auch die Oberfläche der ersten Komponente. Daher kann sich zwischen beiden Komponenten stoffschlüssig eine Schweißnaht ausbilden. Im Fall des Aktuators bestehen der lasertransparente Teil aus Pocan B3233HRLT mit lasertransparenter Schwarzeinfärbung und die absorbierende Gehäusehälfte aus Pocan B3233HR.

Optimaler Verbrennungsprozess

Drallklappen sind Bestandteil des Luftmanagementsystems von Verbrennungsmotoren. Sie haben die Aufgabe, die Luftzufuhr zum Ansaugmodul zu steuern und dabei auch für eine ausreichende Verwirbelung der Luft zu sorgen. Sie unterstützen einen optimalen Verbrennungsprozess und tragen somit zu einem hohen Wirkungsgrad des Motors bei. Dies äußert sich nicht zuletzt in einer effizienten Nutzung des Kraftstoffs und entsprechend geringen Verbrauchswerten.

mg

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