Page - 67 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU 67 werden so gewählt, dass eine einfache Umrüstung auf verschiedenen Handhabungssystemenmöglich ist. DieAnforderungen an die Spannvorrichtung leiten sich zunächst aus denAnforderungen des elektro- magnetischenFeldes und der Festlegung einer thermisch isoliertenBetrachtung des Schweißprozesses ab.Hieraus ergibt sich, dass einMaterial als Spannplatte notwendig ist, inwelches das elektromagne- tischeFeld nicht einkoppelt und sich somit nicht aktiv durch das emittierteMagnetfeld erwärmt.Die Anforderung an ein thermisch isolierendesMaterial, zusammenmit der notwendigenWiderstandsfä- higkeit gegenüber Beschädigungen durch Fehlfunktionen und Verschleiß, führen zu der Verwendung einerGrundplatteausverstärktemZementbzw.Keramik.Weiterhinsoll einemöglichstflexibleundre- produzierbarePositionierungdesVersuchsmaterialsmitunterschiedlichenWandstärkenundSchmelz- punkten desMatrixpolymeresmöglich sein. 4.3.1 Systemtechnik zur induktivenErwärmung Für die gezielte Auslegung der Systemtechnik zur kontinuierlichen induktiven Erwärmung und Pla- stifizierung des CFRTP-Laminates sind einige Vorversuchemit einer einfachenAnordnugn auf einer servoelektrischen Linearachse notwendig. Für weitere Auslegungsuntersuchungen zu einem späteren Zeitpunktwird der robotergeführte Schweißkopf verwendet.Betrachtet werden dieKomponenten, die zurErwärmung notwendig sind: Frequenzgenerator, Außenkreis und Induktor. DurcheinenteilfaktoriellenVersuchsplanwerdendie imProzessschaubild inAbbildung4.11dargestell- tenEinflussgrößendesProzessschritteszum-AufschmelzenderthermoplastischenMatrix -betrachtet. Hierzu ist zunächst eine Festlegung des zu untersuchendenMaterials notwendig. Abgeleitet aus den aktuellenAnforderungen, die aus demBereich der Fahrzeugentwicklung kommen, beschränken sichdieUntersuchungen aufCFRTP-LaminatemitGelege undGewebeanordnungender Faser in 0/90°. AlsMatrixpolymerewerden die technischenPolyamidePA6undPA66 herangezogen. Da PA66mit 262°C den höheren Schmelzpunkt als PA6 besitzt, wird dieser für die Auslegungsun- tersuchung verwendet. Hinzu kommt, dass der Thermoplast PA66 zu den teilkristallinen Polymeren zählt und somit auf eine gesteuerteKonsolidierung zu achten ist (vgl. Abschnitt 2.1). Somit lässt sichbereits eineAnforderungableiten.Esmuss einekontinuierlichePlastifizierungdesLa- minatesmit Schmelzpunktenbis zu 300°Cmöglich sein.Anforderungen aus denProzessgeschwindig- keiten fürSonderfügeanwendungen imKarosseriebaubelaufen sichbeimSchutzgasschweißenzwischen 0,3und1,5m/min [105].DieswirdalsZielbild fürdieSchweißgeschwindigkeitbeimInduktionsschwei- ßen herangezogen. Die Erwärmung undPlastifizierung zumVerschweißen vonCFRTP-Laminatenmuss stark lokalisiert imBereich des Fügeflansches erfolgen, um die verbleibende Steifigkeit im Probekörper bzw. Bauteil möglichst hoch zu halten. Ein großer Bereich des Wärmeeinflusses ist auch wegen der Gefahr der thermischenBeeinflussung und Schädigung des Laminates zu vermeiden. Umdies zu erreichen, wur- den statische Erwärmungsversuche mit verschiedenen Induktoren durchgeführt. In Abbildung 4.15 ist der Erwärmungsfleck eines rechteckigen Flächeninduktorsmit zwei Leitungswindungen zu sehen. Aus dieser Untersuchung ergibt sich, dass die sich erwärmende Zone als Umriss der Induktorfläche zeigt. Der „kalte“ Fleck in derMitte der Flächenspule erklärt sich aus der Feldausbreitung desma- gnetischenFeldes undkanndurchReduktiondes Induktordurchmessers oder durchdieErhöhungder Windungszahl N verringert werden.Mit dieser Vermutungwurde eine Versuchsreihemit drei unter- schiedlichen Induktorendurchgeführt.Hierbeiwirdder Induktor in einemKoppelabstandhvon2mm überdemeingespanntenLaminates inKöperbindung [0°/90°] positioniert.DiequalitativeErwärmung desWerkstückswird durch eine orthogonal auf derRückseite des Laminats angebrachteThermogra- fiekamera erfasst. Die Versuchsanordnung ist in Abbildung 5.12 zu sehen. Die Thermogramme zu den Erwärmungszeiten 0, 2, und 15 sind in Abbildung 4.16 zu finden. Die exakte Beschreibung des Versuchsequipments ist inAbschnitt4.1beschrieben.AusdenAnwendungenzurVerklebungvonCFK- Laminaten inderFahrzeugreihedes i3und i8sowiezahlreichenAnwendungenvonKlebstoffverbindun- gen in der konventionellen Stahl-Schale-Bauweise lassen sichÜberlappungsbedingungen ableiten.Um