Page - 136 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

136 5. PLASTIFIZIERUNGDERMATRIX Abbildung 5.40:VersuchsaufbaumitMesspositionenundSchweißanordnung zurTemperaturmessung während der Schweißung derP100Probe. Tabelle 5.12: Ergebnis der LFMMessung zurmittlerenWärmeleitung desPA66-CFGewebes. Kennwert Messung 1 Messung 2 Messung 3 TemperaturbereichT [°C] 120 160 200 mittlereWärmeleitfähigkeitλ [W/mK] 0,488 0,435 0,429 einekurzzeitigeÜberschreitungauf. ImFall desPA66 liegtdieTemperaturbei ca. 300°C.Die geringe SteigungderAbkühlkurvenweisen auf eine langsame selbstständigeAbkühlungdes Schweißbereiches hin.Dies kannmitderniedrigenWärmeleitfähigkeit desThermoplastes erklärtwerden, diewegender lokalenAnhäufungen derMatrix imLaminat zu einemÜbergewicht bei der Beeinflussung derWär- meleitung führt. In Abbildung 5.42 sind anhand eines Schliffes die matrixreichen Zonen dargestellt. Bestätigt kanndies durchdie labortechnischeErmittlungderWärmeleitungdesPA66-CFLaminates inKöperbindungwerden.Die imLaborausdemGrundmaterialnachderLightFlash-Methode (LFM) gemesseneWärmeleitung ist temperaturabhängig. Für die drei Temperaturstufen 120°C, 160°Cund 200°C sind die Werte in der folgenden Tabelle aufgelistet. Die mittlere Wärmeleitung für den re- levanten Temperaturbereich von 200C liegt bei 0,429W/mK. Als weiterer wichtiger Kennwert zur BeurteilungdesVerhaltensdesTemperaturfeldes istdieWärmekapazitätdesLaminatesvonInteresse. Dies hat sowohl auf die Erwärmung wie auch auf die spätere Abkühlung Einfluss. Auch die spezifi- scheWärmekapazität cp ist von der Temperatur abhängig. Die Messkurve ist in Abbildung A.5 zu sehen. Dieser Umstand hat zur Folge, dass ein homogenes lokales Temperaturfeld über demBereich vonTm vorliegt, das auch über einen ausreichend langenZeitraumbetsteht, umeinen Stoffaustausch zu ermöglichen, und es auch denPolymerketten ermöglicht, ineinander zu verschlaufen.Dies ist nach Tappe und seinemModell zumHeizelementstumpfstoßschweißen [41], wie bereits imAbschnitt 2.1.6 erläutert,notwendig,umeinenrobustenSchweißprozessdarzustellen.DieAuslegungderErwärmungs- undAbkühlkurvemit denHaltebereichen an den Scheitelpunkten sindwesentlich, umdieBedingun- gennach [41] zu erreichen. InAbbildung5.36 sinddieAnlagentechnik zumInduktionsschweißen sowie die schematische Darstellung des Temperaturverlaufs in der Fügeebene über den gesamten Schweiß- prozess zusammengefasst. Der Temperaturverlauf in der Abbildung ist aus denMessergebnissen zumTemperaturverhalten in der Fügeebene gestaltet und stellt ideale Bedingungen dar. In diesem Sinn ist auch der mögliche Einfluss der Spannvorrichtung auf die thermischenBedingungen imSchweißnahtbereich zu beachten. Für die Untersuchungen in dieser Arbeit wird eine Spannplattemit nahezu ideal isolierendenEigen- schaften verwendet.Anwendungsbezogenbedeutet diesmit einerWärmeleitfähigkeit von 0,37W/mK eine geringe Wärmeableitung aus den Fügepartnern in die Spannplatte. In Abbildung 5.37 ist zu beobachten, dass die in der Spannplatte gespeicherteWärme aus den zuvor durchgeführten Schwei- ßungendieFügepartnervorwärmt.EinmöglicherEinflussaufdie zuerreichendeVerbindungsfestigkeit