Page - 139 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

5. PLASTIFIZIERUNGDERMATRIX 139 5.3 Optimierung derProzessparameter DurchdieUntersuchungder statischenundkontinuierlichenErwärmungdesPA66CFRTP-Laminates liegteineEffekt-undWechselwirkungsanalysederSystem-undProzessparametervor.DieBetrachtung des Temperaturverlaufes imBereich der Schweißnaht liefert eine Aussage über die Bedingungen, die für eine funktionsfähigeVerschweißung imWerkstoff notwendig sind.DieOptimierung des Prozesses durcheineumfangreiche empirischeUntersuchungdurcheinenvollfaktoriellenVersuchsplan fürunter- schiedliche Laminatarten und Thermoplaste bedeutet erheblichen Zeit- undMaterialaufwand. FEM ist für die Optimierung ein bewährtes Mittel, jedoch stellen sich bei der lokalen Betrachtung von FKV erhebliche Auflösungsschwierigkeiten durch die Annahme der Laminatschichten als Scheiben- bzw. Balken-Elemente (vgl. Kapitel 2.5.1). Modellierungen in Form der FEM zur Betrachtung des Temperaturverlaufs und der Abkühlung wurden bereits von Duhovic [88] und Bayerl [79] unter der Verwendung von LS-DYNA durchgeführt und die Auslegung des Schweißprozesses hinsichtlich der Oberflächenkühlung auch in dieserArbeit damit beeinflusst. Hier soll eineMethode verwendet werden, die auf den charakteristischen Einfluss der Faser und der Faserarchitektur eingeht. In diesemFall stehen die Eigenschaften derHäufigkeit der Faserkreuzungs- punkte sowie des Faservolumengehaltes und der Unterschiede der thermischen Kennwerte zwischen Faser und Matrix im Vordergrund. Diese Eigenschaften sollen in dem folgenden Optimierungsver- fahren als Eingangsgrößen verwendetwerden. Eswird ein semi-analytischesOptimierungsmodell auf Grundlage der physikalischenZusammenhängebei der induktivenErwärmungvonCFRTPsowie den Erkenntnissen aus der experimentellen Untersuchung aufgebaut. Die Validierung erfolgt durch die empirisch ermitteltenDaten aus den bereits durchgeführtenUntersuchungen. ImAnschluss derMe- thodenentwicklung soll diesesVerfahren zurweiterenOptimierung der Schweißparameter dienen, um denProzess effektiver und qualitativ hochwertiger zu gestalten. 5.3.1 Modelle zurBeschreibung der Energieeinbringung Für dieEnergieeinbringungwird dasKontrollvolumen imBereich unter dem Induktor über dieDicke beiderFügepartner hinwegdefiniert.DiesesKontrollvolumen (KV)wird für die statischewie auch für die spätere dynamischeEnergiebetrachtungverwendet.Aus derTransformatorgleichung 2.19undder Abbildung 5.44:Versuchsaufbau zurValidierung desOptimierungsmodellsmit demKontrollvolumen (KV) für die statischeBetrachtung. Energiegleichung2.20 inAbschnitt2.2kanndieEnergiequelle zurErwärmungsbetrachtunghergeleitet werden. Die Parameter, die Einfluss auf die Erwärmung in dieser Gleichung besitzen, sind in der folgenden Grafik zusammengefasst. Der Widerstand des Werkstücks wird jedoch bereits durch die