Page - 115 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

5. PLASTIFIZIERUNGDERMATRIX 115 Abbildung 5.18: Thermografieaufnahme zum Zeitpunkt t=10s nach Beginn der Erwärmung: Ver- suchsreiheFO-SE-01-02-amitFaserorientierung [20°/0°] (li.) undVeruschsreiheFO- SE-01-07-amit Faserorientierung [50°/0°] (re.). MitderZunahmedesFaserwinkels ist eineZunahmederFrequenzbei sonst gleichbleibendenParame- tern und gleicher Versuchsanordnung zu beobachten. Es lässt sich vermuten, dass die Änderung der Faserwinkel Einfluss auf die magnetische Permeabilität des CFRTP-Laminates hat. Dies wiederum hat einen Einfluss auf das Einkoppelverhalten (vgl. Ausführungen inAbschnitt 2.3.1) und somit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (vgl.Ausführungen inAbschnitt 2.2.4).DieseBeobachtunghat EinflussaufdieLeistungseinbringungbeimrealendynamischenSchweißprozess, damitUnregelmäßig- keitenderFaseranordnungundFaserorientierung in jedemBauteil zu rechnen ist.FürdieBetrachtung desFrequenzeinflusses ist derZusammenhang zwischenderKonfigurationderEinzelkapazität imAu- ßenkreis und der Frequenzveränderung wichtig. Aus den Erkenntnissen in Gleichung 2.28 und 2.29 ergibt sichmit derZunahmederAbstimmkapazitätenC1 bisC4 eineReduktionderGesamtkapazität im Schwingkreis. Dies führt zu einer höheren Induktivität, was wiederum zu einer niedrigerenReso- nanzfrequenz imSchwingkreis führt. BevornunmitderUntersuchungdesEinflusses derFaser auf dieErwärmungbegonnenwird, soll eine kurzeBetrachtung der qualitativenErwärmungsformdurch den Induktor I05 und des Probematerial erfolgen.Mit derAbbildung 5.13 ist festzuhalten, dass bei einembiaxialen und balanciertenGewebe inKöperbindung eine symmetrische Erwärmung vorliegt. EineMessung im 4. Quadranten ist reprä- sentativ für die sich radial umden Induktor-Mittelpunkt ausbreitendeErwärmung imLaminat.Dies kann im Fall der Probeplatten der Variante1 und dem Schweißwerkstoff in dieser Arbeit angenom- menwerden.WirdeinLaminatmit asymmetrischerFaserarchitekturbetrachtet, kanndieseAnnahme nicht bestätigt werden (vgl. Abbildung 5.18). Die Abbildung 5.18 zeigt im Vergleich die Thermo- grafieaufnahme amEnde der Erwärmung nach 10s des Laminatesmit der Faserorientierung [20°/0°] sowie [50°/0°]. Die eingezeichneten Geraden, die die 0° und 20° bzw. 50° Faserrichtung darstellen, entsprechenderbevorzugtenWärmeverlaufsrichtung.Dies lässt auf die stärksteErwärmung längsder Fasern schließen. Ebenso fällt auf, dass diejenigenFaserrovings, die imEinflussbereich des Induktors (R=12mm) liegen, entlang ihrerOrientierung erwärmtwerden.Wird nun inAbbildung 5.19 die er- reichteTemperatur zudemErwärmungszeitpunkt t=5sundamEndederErwärmungbei t=10s in dendreiRichtungenderx-, y-AchseundderWinkelhalbierendenverglichen, zeigt sich inquantitativer Form, dass die Richtung der stärksten Erwärmungmit demWinkel der Faserorientierung korreliert. WirdnundieTemperaturänderungundHeizrate imAbstandvon8mmzumInduktor-Mittelpunkt in Richtungderx-AchsebeiverändertenFaserorientierungenbetrachtet, sindeineZunahmedermaximal erreichten Temperatur und eine zunehmende Heizrate festzustellen. Dies ist im Säulendiagramm in Abbildung5.20erkennbar.HierbeiwerdenwiederumzudenZeitpunkten0,5, 10und15snachBeginn der Erwärmung die Oberflächentemperaturen verglichen. Die Heizrate ergibt sich aus der Differenz zwischendermaximalenundminimalenTemperatur,dividiertdurchdiewährendderErwärmungver-