Heißverstemmen bietet Alternative zum Nieten, Schrauben und Kleben

Mit dem Laser-Heißverstemmen bringt LPKF ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Bauteilen auf den Markt. Laut dem Geschäftsbereich Kunststoffschweißen von LPKF hat es wesentliche Vorteile.

Das verdeutlicht der Spezialist für System- und Prozesstechnik im Bereich Lasermaterialbearbeitung beim Befestigen von Kunststoffgehäusen in Platinen. Üblicherweise werden in der Großserienfertigung dafür Techniken wie Schrauben, Kleben und Nieten angewandt.

Nieten hat Nachteile für die Elektronikindustrie

Beim Nieten haben sich insbesondere die Verfahren Ultraschall- und Heißgasnieten etabliert, die jedoch einen erhöhten Reinigungsaufwand erfordern. Ferner besteht die Gefahr der Beschädigung elektronischer Baugruppen. Dadurch wird – so heißt es – die Designfreiheit und vor allem die Packungsdichte stark eingeschränkt.

Das Heißverstemmen mit dem Werkzeug Laser kompensiert diese Nachteile. Es arbeitet berührungslos. Der Laser sorgt für eine punktuelle, gut dosierbare Erwärmung. Das Verfahren ähnelt dem Laser-Kunststoffschweißen.

Laut LPKF hat es die für diese Verbindungstechnik üblichen Vorteile: Beim Laser-Kunststoffschweißen wird ein für die Wellenlänge der Laserstrahlung transparenter Werkstoff mit einem die Laserstrahlung absorbierenden Werkstoff verbunden. Der Laserstrahl heizt punktuell den strahlabsorbierenden Kunststoff auf. Es kommt zu einer lokalen Kunststoffplastifizierung auf beiden Seiten und somit zu einer dauerhaften Verbindung.

Vorteile wie beim Laser-Kunststoffschweißen

Die mechanische Belastung der Fügepartner ist gering. Weitere Verfahrensvorteile werden in der kleinen Wärmeeinflusszone sowie in einer hohen Reproduzierbarkeit gesehen. Das Laser-Kunststoffschweißen hat sich daher bei Verbindungen zweier thermoplastischer Bauteile etabliert.

Anhand der Befestigung einer Leiterplatte in einem Gehäuse wird das Prinzip des Laser-Heißverstemmens deutlich: Ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse hat meist Dorne, die durch die Platine ragen. Am Dornenende befindet sich der Fügepartner, der sogenannte Nietkopf, der für die Laserstrahlung eine ausreichend hohe Transmission hat.

Lokale Erhitzung erzeugt stoffschlüssige, dauerhafte Verbindung

Die Laserstrahlung tritt durch den Nietkopf und wird von der Oberfläche des Dorns absorbiert, die sich dadurch erwärmt. Über Wärmeleitung werden die beiden Teile bis zur Plastifizierung lokal erhitzt. Aufgrund der Einwirkung einer bestimmten Anpresskraft kommt es zwischen den Fügepartnern zu einer stoffschlüssigen, dauerhaften Verbindung.

Das Heißverstemmen baut somit auf dem Laser-Kunststoffschweißen auf. Laut LPKF bietet es daher die nötige Sicherheit, die bei Anwendung in der Großserienfertigung erforderlich ist.

Laser-Heißverstemmen für die automatisierte Fertigung geeignet

Potenzielle Anwendungen des Laser-Heißverstemmens werden in der automatisierten Fertigung gesehen. Außer der Befestigung von Platinen hält man grundsätzlich Anwendungen für möglich, bei denen Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen in einem Nietverfahren verbunden werden. So ermöglicht das Heißverstemmen das Befestigen von Metallteilen oder gar von Magneten, wobei Dorn und Nietkopf aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen, etwa Polyamid oder PBT.

Auf der Fakuma 2008 hat LPKF das Laser-Heißverstemmen vorgestellt. Gezeigt wurde ein kompaktes Modul, dessen Abmessungen im Bereich eines Industrie-Handschraubers liegen. Die Modul- und Prozess-Steuerung befindet sich in einem 19-Zoll-Einschubgehäuse. Das gilt für alle Komponenten. Das Gehäuse ist über die Versorgungsleitungen mit dem Bearbeitungsmodul verbunden.

Bei Integration des Systems in eine automatische Fertigungszelle werden die zur Anpassung nötigen Ein- und Ausgangssignale an einer externen Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse des Laser-Heißverstemmens können für jedes zusammengefügte Bauteil dokumentiert und archiviert werden.