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64 4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU
Abbildung 4.11: Prozessschaubild Induktionsfügen von carbonfaserverstärktenThermoplasten [104].
zessparametern [103]dargestellt.DieUnterteilung indiebeidenHauptprozesseerfolgtanalogdermaß-
geblich beteiligten physikalischen undwerkstoffspezifischenAbläufe. Dies beschreibt den Sequenzab-
lauf, umeine stoffschlüssigeVerbindung zwischen den thermoplastischenMatrixpolymeren herzustel-
len. In derMitte derAbbildung 4.11 ist dasFlussdiagrammmit denHauptschritten – „Aufschmelzen
der thermoplastischenMatrix“ und „Rekonsolidierung der Fügestelle“ – und den beteiligten Neben-
operationen (außerhalb des grauen Bereiches) – der Bauteilpositionierung und Bauteilentnahme –
dargestellt. Das Flussdiagrammbeschreibt dieNotwendigkeit des sequentiellenAblaufs in der vorge-
gebenenReihenfolge. Seitlich desAblaufplans sind die Einflussfaktoren auf dieAnlagentechnik, aber
auch auf dieQualität der Schweißnahtausführung zu finden.
ZunächstwirdaufdieEinflussfaktoren,welcheauchalsAnforderungenandieverwendeteAnlagentech-
nik zu verstehen sind, eingegangen. Hierbei kommt der Einteilung in System- undProzessparameter
einewichtigeRollezu.DiesystemtechnischenEinflussgrößensindParameter,diewährenddesBetriebs
derAnlagebzw.während einer Schweißungnicht verändertwerdenkönnen [103]. Sie sindverantwort-
lich für dieAuslegung einer Schweißanlage, die denAnforderungen hinsichtlichFunktion,Robustheit
und Verfügbarkeit gerecht werden soll. Hierzu gehören auch die Anforderungen an die Zugänglich-
keit undProzessgeschwindigkeit.DieProzessparameter hingegen beschreibenEinflussgrößen, die sich
während des Schweißvorganges verändern können oder auch angepasst werden [103]. Diese Größen
stellen zumeinendieMöglichkeit dar, gezielt auf denProzess hinsichtlichGeschwindigkeit undQuali-
tätEinfluss zunehmen.Aufdiese fällt jedochauchderBetrachtungsschwerpunktbeiderAuswahlund
Umsetzung einerProzessregelung.Grundhierfür ist die anlagentechnisch einfacheVeränderungdieser
Parameterwerte. Eine genaueBetrachtung, welche Parameter besonders gut geeignet sind, erfolgt zu
einem späteren Zeitpunkt, zu dembereits die Erkenntnisse hinsichtlichEinflusspotential vorliegen.
WerdendieprozessbeschreibendenGleichungenvonMaxwell für elektromagnetischeFelder (vgl.Glei-
chung 2.28 bis 2.30) und die Fourier-Gleichung für Temperaturfelder (vgl. Gleichung 2.31 in Kapi-
tel 2.2.4) betrachtet, so lassen sich die Zeit und die Energie als beschreibende Variablen ableiten.
Ein entsprechender experimenteller Nachweis ist in Abbildung 4.12 zu sehen. Hierbei wurden mit
Thermoelementen, die in der Fügeebene der zu verschweißenden Probekörper installiert sind, der
Temperaturverlauf anzweiPositionenwährendderÜberfahrt gemessen.Hieraus lässt sichdieTempe-
Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen
Table of contents
- Abkürzungen XIV
- Symbolverzeichnis XVI
- 1 Einleitung 1
- 2 Stand derTechnik 11
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 2.1.1 Grundlagen undEinteilung derKunststoffe 11
- 2.1.2 Werkstoffeigenschaften vonThermoplasten 12
- 2.1.3 FaserverstärkteThermoplaste 16
- 2.1.4 Herstellverfahren vonHalbzeugen undBauteilenmit thermoplastischerMatrix 21
- 2.1.5 Konsolidierung vonThermoplasten 22
- 2.1.6 Betrachtung des Schmelzschweißprozesses bei Thermoplasten 23
- 2.1.7 Prüfmethoden 23
- 2.1.8 Ermüdungsverhalten 29
- 2.1.9 ThermischeKunststoffkennwerte 31
- 2.1.10 BildgebendeAnalyseverfahren 32
- 2.1.11 Schadensanalyse 33
- 2.2 Grundlagen der induktivenErwärmung 33
- 2.3 Erwärmung carbonfaserverstärkterKunststoffe 44
- 2.4 Schweißbarkeit 48
- 2.5 Modelle zurmathematischenBeschreibung 51
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 3 Aufgabenstellung 53
- 4 Systemtechnik undVersuchsaufbau 55
- 5 Plastifizierung derMatrix 97
- 6 Rekonsolidierung und Schweißnahteigenschaften 151
- 7 FertigungstechnischeUmsetzung 171
- 8 Zusammenfassung 177
- Literaturverzeichnis 178
- Abbildungsverzeichnis 189
- Tabellenverzeichnis 197
- A Zeichnungen, Tabellen undErklärungen 199
- A.1 Werkstoffeigenschaften undDatenblätter 199
- A.2 Numerische Lösungsverfahren 213
- A.3 Datenblätter und Spezifikation derAnlagentechnik 215
- A.4 Berechnungen zu den Strömungszuständen in derKonsolidierungsrolle 224
- A.5 Komponenten undProgrammumgebung derVersuchs-anlage 231
- A.6 Optimierungsmethode 234
- A.7 Festigkeitsuntersuchung 245
- A.8 Prozessfenster 246
- A.9 Prozessfähigkeitsuntersuchung 247
- B Veröffentlichungen 249