Was ist der Unterschied zwischen Heizelement- und Extrusionsschweißen?

Heizelementschweißen und Extrusionsschweißen sind zwei grundlegend verschiedene Verfahren zum Fügen thermoplastischer Kunststoffe. Der wesentliche Unterschied liegt im Prozess: Beim Heizelementschweißen werden die Fügeflächen durch direkten Kontakt mit einem beheizten Werkzeug plastifiziert und anschließend unter Druck zusammengefügt, während beim Extrusionsschweißen ein Zusatzwerkstoff durch eine Extrusionsdüse aufgetragen wird, um die Naht zu füllen. Die Wahl des Verfahrens hängt von Bauteilgeometrie, Wanddicke und den geforderten mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht ab. Die folgenden Abschnitte beleuchten beide Schweißverfahren im Detail und helfen bei der Auswahl des richtigen Verfahrens für industrielle Anwendungen.

Wann wird welches Schweißverfahren eingesetzt?

Heizelementschweißen wird bevorzugt bei der Verbindung von Rohren, Formstücken und Tafeln mit gleichmäßigen, planen Fügeflächen eingesetzt, insbesondere wenn hohe Festigkeit und eine vollflächige Naht gefordert sind. Extrusionsschweißen kommt dagegen vor allem bei Kehlnähten, unregelmäßigen Geometrien und größeren Wanddicken zum Einsatz, wo ein Zusatzwerkstoff die Naht aufbaut.

In der Praxis bestimmen vor allem drei Faktoren die Verfahrenswahl: die Bauteilgeometrie, die Wanddicke des zu schweißenden Materials sowie die Zugänglichkeit der Schweißstelle. Für die Rohrleitungsmontage im industriellen Umfeld sind beide Verfahren etabliert, jedoch für unterschiedliche Einsatzbereiche optimiert. Heizelementschweißen eignet sich besonders für Stumpfnähte an Rohren und Platten, Extrusionsschweißen hingegen für Winkel-, Kehl- und Überlappnähte sowie für Reparaturarbeiten an bestehenden Bauteilen.

Wie funktioniert das Heizelementschweißen technisch?

Beim Heizelementschweißen werden die Fügeflächen zweier Kunststoffbauteile durch einen beheizten Metallkörper, das sogenannte Heizelement, auf Schweißtemperatur gebracht. Sobald das Material ausreichend plastifiziert ist, wird das Heizelement entfernt und die Fügeflächen werden unter definiertem Druck zusammengepresst, bis die Schweißnaht erkaltet und eine feste Verbindung entstanden ist.

Der Prozess gliedert sich in vier Phasen: Anwärmphase, Angleichphase, Umstellphase und Füge- beziehungsweise Abkühlphase. Jede Phase ist zeitlich und drucktechnisch exakt nach den geltenden DVS-Richtlinien vorgegeben. Die Schweißtemperatur, der Anpress- und Fügdruck sowie die Umstellzeit sind werkstoffabhängig und müssen für jedes Material separat festgelegt werden. Thermoplastische Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) werden nach diesem Verfahren mit hoher Reproduzierbarkeit gefügt. Besonders bei der Montage von Rohrsystemen für die chemische Industrie ist das Verfahren wegen seiner vollflächigen Nahtausbildung und der hohen Prozesssicherheit weit verbreitet.

Wie funktioniert das Extrusionsschweißen technisch?

Beim Extrusionsschweißen wird ein thermoplastischer Zusatzwerkstoff in einem integrierten Extruder aufgeschmolzen und über eine formgebende Schweißdüse in die vorbereitete Nahtstelle eingebracht. Gleichzeitig werden die Grundwerkstoffe im Nahtbereich durch einen Heißluftstrom vorgewärmt, sodass Zusatz- und Grundwerkstoff eine homogene Verbindung eingehen.

Das Verfahren eignet sich besonders für Wanddicken ab etwa 4 mm und erlaubt das Schweißen in einem einzigen Arbeitsgang, auch bei komplexen Nahtgeometrien. Der Schweißer führt das Extrusionsschweißgerät entlang der Naht und trägt den plastifizierten Zusatzwerkstoff kontinuierlich auf. Die Nahtform, also ob Kehlnaht, V-Naht oder Überlappnaht, wird durch die Wahl der Schweißdüse bestimmt. Extrusionsschweißen wird häufig im Behälter- und Apparatebau sowie bei der Herstellung von Auffangwannen und Sonderbauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt.

Was sind die wichtigsten Unterschiede bei Nahtqualität und Festigkeit?

Heizelementschweißen erzeugt vollflächige Stumpfnähte mit sehr hoher und gleichmäßiger Festigkeit, die bei optimaler Ausführung annähernd die Festigkeit des Grundwerkstoffs erreichen. Extrusionsschweißnähte sind in der Regel etwas weniger fest als der Grundwerkstoff, bieten jedoch eine sehr gute Verbindungsqualität für Kehl- und Eckverbindungen, die mit dem Heizelementverfahren nicht herstellbar sind.

Nahtfestigkeit im Vergleich

Bei Stumpfnähten, die nach DVS-Richtlinien ausgeführt werden, erreicht das Heizelementschweißen Schweißfaktoren nahe 1,0, was bedeutet, dass die Naht nahezu so belastbar ist wie das ungeschweißte Material. Extrusionsschweißnähte liegen je nach Werkstoff und Nahtgeometrie etwas darunter, sind aber für die meisten industriellen Anwendungen vollkommen ausreichend und in vielen Fällen die einzig praktikable Lösung.

Nahtvorbereitung und Fehleranfälligkeit

Heizelementschweißen stellt hohe Anforderungen an die Planparallelität der Fügeflächen und die Sauberkeit der Oberflächen. Verunreinigungen oder geometrische Abweichungen können die Nahtqualität erheblich beeinträchtigen. Beim Extrusionsschweißen ist die Nahtvorbereitung weniger aufwendig, jedoch muss die Vorwärmtemperatur des Grundwerkstoffs sorgfältig kontrolliert werden, um Bindefehler zu vermeiden. Beide Verfahren erfordern eine sorgfältige Ausführung durch qualifizierte Fachkräfte.

Welche Qualifikationen und Normen gelten für beide Verfahren?

Beide Schweißverfahren unterliegen den DVS-Richtlinien, insbesondere DVS 2207 für das Heizelementschweißen und DVS 2207-4 beziehungsweise DVS 2208 für das Extrusionsschweißen. Schweißer müssen nach DVS 2212 qualifiziert und regelmäßig durch anerkannte Prüfstellen wie den TÜV Nord rezertifiziert werden.

Die Einhaltung dieser Normen ist nicht nur eine Frage der Qualitätssicherung, sondern in vielen industriellen Anwendungen auch gesetzlich vorgeschrieben. Betriebe, die Rohrleitungen für wassergefährdende Stoffe verlegen, benötigen zusätzlich die Zulassung als Fachbetrieb nach § 19I WHG. Diese Zulassung setzt voraus, dass das ausführende Unternehmen nachweislich über qualifiziertes Personal, geeignete Geräte und ein funktionierendes Qualitätsmanagementsystem verfügt. Regelmäßige Schulungen und externe Überwachung sind dabei keine optionalen Extras, sondern Voraussetzung für die Aufrechterhaltung der Zulassung.

Welches Verfahren ist für Rohrleitungssysteme in der Industrie besser geeignet?

Für industrielle Rohrleitungssysteme aus thermoplastischen Kunststoffen ist das Heizelementschweißen in den meisten Fällen die bevorzugte Methode, weil es vollflächige, hochfeste Stumpfnähte mit hoher Reproduzierbarkeit erzeugt. Extrusionsschweißen ergänzt das Heizelementverfahren dort, wo komplexe Geometrien, Reparaturarbeiten oder Anschlüsse an bestehende Bauteile keine Stumpfnaht erlauben.

In der Praxis werden beide Verfahren häufig kombiniert eingesetzt. Ein typisches Rohrleitungsprojekt in der chemischen oder wasseraufbereitenden Industrie nutzt das Heizelementschweißen für die Hauptleitungen und Rohrverbindungen, während Halterungen, Konsolen, Behälteranschlüsse und Sonderbauteile per Extrusionsschweißen gefügt werden. Entscheidend für die Verfahrenswahl sind stets die spezifischen Anforderungen des Projekts: Werkstoff, Wanddicke, Nahtgeometrie, Betriebsdruck und die geltenden Normen. Eine fundierte Verfahrensauswahl durch erfahrene Fachleute ist daher ein wesentlicher Beitrag zur Langlebigkeit und Betriebssicherheit der gesamten Anlage.

So unterstützt HPT bei der Auswahl und Ausführung des richtigen Schweißverfahrens

HPT Montagebau GmbH verfügt über mehr als zwanzig Jahre Erfahrung in der Montage von Kunststoff-Rohrleitungen und beherrscht beide Schweißverfahren auf höchstem Niveau. Als zugelassener Fachbetrieb nach § 19I WHG und TÜV-Nord-zertifizierter Betrieb nach DVS-Richtlinien garantiert HPT eine normgerechte und qualitätsgesicherte Ausführung, unabhängig davon, welches Verfahren die Anforderungen des jeweiligen Projekts erfordern.

Das Leistungsangebot von HPT im Bereich Kunststoffschweißen und Rohrleitungsmontage umfasst:

Verfahrensauswahl und technische Beratung auf Basis der projektspezifischen Anforderungen
Heizelementschweißen und Extrusionsschweißen für alle gängigen thermoplastischen Werkstoffe wie PE, PP, PVC und PVDF
Vorfertigung von Rohrleitungsbaugruppen unter kontrollierten Bedingungen
Montage von Abwasseraufbereitungsanlagen, Versorgungsleitungen und Maschinenkühlsystemen
Dokumentation und Prüfprotokolle nach nationalen und internationalen Qualitätsstandards
Schnelle Reaktionszeiten im Havariefall, um Produktionsausfälle zu minimieren

Für Anfragen zu konkreten Projekten oder eine erste technische Einschätzung steht das HPT-Team bereit. Jetzt Kontakt aufnehmen und gemeinsam die optimale Lösung für Ihr Rohrleitungsprojekt entwickeln.