Page - 69 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU 69 Tabelle 4.2: TeilfaktoriellerVersuchsplan fürdieEffektanalyse zurAuslegungderGrenzwertederPro- zessparameter. A: Stromstärke I [A] B: Frequenz f [kHz] C: Koppelabstand h [mm] D: Schweißgesch. vw [m/min] - + - + - + - + 196 252 651 838 3 2 0,36 0,24 Tabelle 4.3: Ergebnisse der Effektanalyse anhand desBewertungskriteriumsBruchkraftFB. Faktor A B C DBCD ACD ABD ABC MW+ 7.719 12.946 17.189 7.802 MW- 15.109 9.882 5.639 15.026 Effekt -7.390 3.064 11.550 -7.224 einemöglichstwerkstoffgerechteVerbindungbei kleinstmöglichemFügeflansch darzustellenwird eine Schweißnahtbreite von 20mm gewählt. Diese Nahtbreite soll während der Untersuchungen in dieser Arbeit konstantbleiben.Angepasst andie Schweißnahtbreitewird ein spiralförmigerFlächeninduktor mitdemDurchmesser 20mmverwendet.Durchdie spiralförmigeLeiterführung ergibt sich einnahezu homogenes Erwärmungsfeld im statischen Zustand. Die Leistungsdichten imBereich der Anschlüsse sindwegen der Leitungsführung nicht zu vermeiden, durch eine dynamischeÜberlagerung und einer Positionierung der Anschlüsse vorauslaufend erfolgt eine Homogenisierung der Erwärmungszone im Schweißbereich. Eine Einschränkung bringt der Randeffekt bei zu geringemAbstand zuWerkstück- kanten. Aus der Betrachtung der Leistungsgleichung der induktiven Erwärmung in Gleichung 2.34 ergeben sich die Anforderungen an die weiteren Prozessparameter. Der Koppelabstand hmuss für eine hohe Leistungseinbringungund einen gutenWirkungsgradmöglichst klein gewähltwerden.Gleichzeitig ist jedoch auf eine Gewährleistung eines isolierenden Luftspaltes zwischen der Induktorfläche und dem Werkstück zu achten. Andernfalls besteht bei freiliegenden elektrisch leitenden Fasern Kurzschluss- Gefahr undder frühzeitigeVerschleiß des Induktors.Auch für die Stromstärke lässt sich aus der phy- sikalischenBeschreibung einLeistungsoptimumableiten.DieFrequenzdes Schwingkreises beeinflusst neben der abgegebennen Leistung die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes und den Wir- kungsgrad.Es ist jedoch zubeachten, dass einehoheFrequenz zuhohenSpannungen imSchwingkreis führt.Dies bedingt eineReduktion der Stromstärke, umnicht an die Leistungsgrenzen der elektroni- schenBauteile imSchwingkreis zu gelangen. Somit ergibt sich eine konkurrierendeBeziehung, dessen Optimum in der nachfolgendeUntersuchung ermittelt wird. Die Effektanalyse wird anhand eines teilfaktoriellen Versuchsplans mit zwei Faktorstufen durchge- führt. Als Faktorenwerden die zu untersuchendenProzessparameter Schweißgeschwindigkeit vw, der Koppelabstandh, die Stromstärke I unddieFrequenz f definiert.DerVersuchsplan ist derTabelle 4.2 zu entnehmen.DieBewertungderVersuche erfolgtmit den in der quasistatischenZug-Scher-Prüfung (vgl. 2.1.7) ermitteltenBruchkräften an den Standardproben.DieProbenwerden aus Schweißnähten von siebenWiederholungen herausgetrennt. JeWiederholungwird derMittelwert derBruchkraft ge- bildet, anschließend werden durch Aufsummieren der jeweils positiven bzw. negativen Faktorstufen dieEffekteabgeleitet (sieheTabelle4.3). AusderEffektanalyse lässt sichableiten,dass einemöglichst hohe Frequenz und ein geringerKoppelabstand zuwählen sind. Ebenso zeigt sich, dassmit einer zu hohenStromstärke auch einRückgangderBruchkraft eintreten kann.Hier ist einOptimumzwischen Stromstärke und Schweißgeschwindigkeit zuwählen. EineAbstimmung zwischenEnergieeinbringung undAbkühlung, sodass sicheinestationäreEnergiebilanzeinstellt, erweist sichals zielführend.Zusam-