Page - 48 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

48 2. STANDDERTECHNIK der Fügepartner wie auch derKlebstoffe. Bei denKlebstoffen besteht dann jedoch die Anforderung, dass diesemit entsprechenden elektrisch leitfähigenAdditiven (z.B.mitGraphit) versehen sind. ImBereich der thermoplastischen FKVwird die induktive Erwärmung seit einigen Jahren als effek- tives und schnelles Verfahren zum lokalen Schmelzen der thermoplastischenMatrix untersucht und bereits in Kleinserien in der Luft- und Raumfahrt angewandt ([73]; [52]). Bei der Anwendung des Induktionsfügens ist jedochaufdieArtder eingebrachtenEnergie zuachten.Es lassen sichdreiArten von Induktionsfügen unterscheiden: • Induktionsfügen von artfremden Verbindungen, mindestens ein Fügepartner muss aus einemelektrisch leitendenMetall bestehen, dieübrigenaus einemschmelzbarenThermoplasten. •Direktes Induktionsfügen von artgleichenCFRTP-Laminaten. • Indirektes Induktionsfügen von artgleichen FRTP-Laminaten durch die Erwärmung eines metallischen Schweißzusatzwerkstoffs. Beidemindirekten InduktionsfügenerfolgtdieEnergieeinbringungübereinenelektrisch leitendenund verlustbehaftetenSchweißzusatzwerkstoff inFormvonPartikelnodermetallischenNetzeinlegern([91]; [85]).Diesermuss sich in derFügeebenebefindenunddurchWärmeübergangdenThermoplastender Laminate aufschmelzen. Bei einer industrialisierten Anwendung muss hier ein zusätzlicher Prozess- schritt zumEinbringen des Zusatzwerkstoffes erfolgen. Das Induktionsfügen ohne Schweißzusatzwerkstoff verwendet die Mechanismen der induktiven Er- wärmung derCarbonfasern, welche durchWärmeübertragung das umgebendePolymere aufschmilzt. Untersuchungen zu diesem stationär, aber auch bahnförmig Verfahren haben, wie bereits erwähnt, durch Ahmed [73] und Yarlagadda [83] in den USA und am Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) in Kaiserslautern [50] stattgefunden. Wegen der hohen Prozessgeschwindigkeit und des Verzichtes auf Schweißzusatzwerkstoffe wird bereits in diesen Studien ein hohes Potential für die industrielle Anwendung zugesprochen. Die Untersuchungen beziehen sich hierbei auf die Analyse der Schweiß- prozesse bei Mitschang [50] und deren Simulation bei Duhovic [88]. Konkret werden bei Moser [89] dieOptimierungendurch eine gleichzeitigeDruckluftkühlungderOberseite desFügepartners undder Temperaturführung beiMitschang [51] untersucht. DieAnwendung der induktivenErwärmungbei derHerstellung von artfremdenVerbindungenwurde inden letztenJahrenunter anderem(u.a.)durchdieStudievonVelthuis [52] untersucht.DieseArbeit weist hierbei auf den festigkeitsbestimmenden Einfluss der Oberflächengestaltung des metallischen Fügepartners hin. Eine simulativeBetrachtung ist in derArbeit von Schmeer [92] zu finden. 2.4 Schweißbarkeit Im Umgang mit den Schweißverfahren wird zwangsläufig der Begriff der Schweißbarkeit erwähnt. Diese setzt sich aus den drei Kategorien Schweißeignung, Schweißsicherheit und Schweißmöglichkeit zusammen [93]. Deren Zusammenspiel ist in Abbildung 2.30 dargestellt. Die Schweißeignung bezieht sich vor allem auf die werkstoffspezifischen Eigenschaften. Nach Fritz [93] ist einWerkstoff für das Schweißengeeignet,wennbeidessenFertigungdurchdie chemischen,physikalischenundstrukturellen EigenschafteneinedenAnforderungenentsprechendeSchweißverbindunghergestelltwerdenkann.Bei Kunststoffen steht diese imdirekten Zusammenhangmit der Schmelzbarkeit und derKompatibilität der Polymere. Dies ist abhängig von derMolekülstruktur, derMolekülmasse und der Viskosität des aufgeschmolzenenThermoplastes. In der Regel sind aber nur gleichartige Thermoplastemiteinander verschweißbar. Einige Ausnahmen liegen jedoch vor. Diese sind der Abbildung 2.31 zu entnehmen. In diesen Fällen liegt eine Kompatibilität durch eine ähnlicheMolekülstruktur (PA6 zu PA66) oder Polymerblends (z.B.ABSzuPBT)vor.Generell kanndavonausgegangenwerden,dassThermoplaste mit einerMolekularmassevonmehrals 1.000.000g/molnicht schweißbar sind [94].Diephysikalischen Eigenschaften beschreiben dasWärmeleitungsverhalten desWerkstoffes und das thermisch bedingte