Page - 149 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

5. PLASTIFIZIERUNGDERMATRIX 149 5.5 Diskussion Fortführend zu der Prozessanalyse und der funktionsgerechten Auslegung der Systemkomponenten inKapitel 4, wird imKapitel 5 der erste Teilprozess, die Plastifizierung desCFRTP-Werkstoffes un- tersucht. In dieser Arbeit wird hierfür die Thermografie als geeignetes Messinstrument in Betracht gezogen.Dies bedeutet jedoch, dass einige teils komplexeEinflussgrößen,wie etwaderEmissionskoef- fizient, der vomBetrachtungswinkel, derOberflächenbeschaffenheit undderTemperatur abhängig ist, unddieStörstrahlungausderUmgebungnotwendigsind. InAbbildung5.2 ist ein Ishikawa-Diagramm dargestellt, welches die Einflussgrößen bei der pyrometrischenTemperaturmessung und derThermo- grafiezeigt.Dabislang indenForschungsprojektenderTUDelft [53],derTUKaiserslautern [52], [109] undderTUBraunschweig [20]MessungenderOberflächen-undFügespalttemperaturmitThermoele- mentendurchgeführtwurdenunddieUntersuchungenvonMoser [89] einPyrometer zur kontaktlosen Temperaturmessung verwendet hat,war es notwendig, dieMessmethode zuUntersuchungen undden Anwendungsfall zuvalidieren.DieUntersuchungen zudenoben erwähntenEinflussgrößen sind inAb- schnitt5.2.1beschriebenundbelegendieMöglichkeitderTemperaturmessungdurchdieThermografie unterBerücksichtigung desmaximalenBetrachtungswinkels von 20°.Mit dieser Einschränkung kann direkt auf der Oberfläche des PA66/CFGewebelaminates bis zur Ausbildung einer schmelzflüssigen Phase gemessenwerden.Es ist sogarmöglich eineFunktion zurKorrektur desWinkel- undTempera- tureinflusses abzuleiten (vgl.Gleichung 5.2). Hierzuwurde einAbgleichder pyrometrischenTemperaturmessungmit derThermografiekameraund demMittelwellenpyrometer durchgeführt.AlsReferenzwurde hierzu dieTemperaturmessungmittels Thermoelemente verwendet. Diese wurde auf zwei Arten durchgeführt. Zum einen durch aufgekleb- te Thermoelemente im Fügespalt und der Oberfläche (vgl. Abbildung 5.5), zum anderen durch bei der Herstellung der Gewebe In-Situ eingebrachte Thermoelemente (vgl. Abbildung 5.14 und 5.15). Hierdurchwird ein thermisch isolierender Spalt zwischen demThermoplaste und demverschweißten Thermoelementdraht vermieden. Aus denUntersuchungen zur Eignung der Thermografie und derMessungmittelsMittelwellenpyro- meter ergeben sich zweiwichtigeErkenntnisse:Es ist nunmöglich eine qualitativeundvor allemauch quantitative flächige Oberflächentemperaturbetrachtung von CFRTP-Geweben durchzuführen. Dies ermöglichtdieKombinationder taktilenundtheromgrafischenMessmethode,umdetaillierteBetrach- tungen des Einflusses der Prozess- und Systemparameter auf die Erwärmungsform und die Heizrate (vgl.Abbildung5.21) zuuntersuchen.Besonders zu erwähnen ist dieUntersuchungdesEinflusses der Schwingkreisfrequenz auf dieErwärmungstiefe (vgl. Versuchsreihe 7 inTabelle 5.9) und derFaserori- entierung (Versuchsreihe 1 inAbschnitt 5.2.2). DesWeiteren hat die Faserarchitektur (Versuchsreihe 2 und 3 in Abschnitt 5.2.2) erheblichen Einfluss auf die Geometrie derWärmequelle. Theoretische Überlegungen undHerleitungen zumEinfluss dieser Systemparameter wurden 2002 vonYarlagadda und 2006 vonAhmed veröffentlicht. Prozesseinflussuntersuchungen undOptimierungenwurdenmit- tels Thermoelemente in den Forschungsprojekten von Mitschang und Hümbert [109] durchgeführt. Ebenfalls am IVWderTUKaiserslautern hat Bayerl [79] hiermit das numerische Simulationsmodell entwickelt und validiert. Die weiterenUntersuchungen in diesemAbschnitt haben dieWirksamkeit der temperaturgeregelten Plastifizierung bestätigt (vgl. Abbildung 5.55) und anders als in den bisherigen Studien ein Prozess- fenster von abgestimmten Schweißparametern (vgl. Abbildung 5.54) für die Schweißung der CFRTP Fügepartner aufgezeigt. Ergänzend zur Prozessfensteruntersuchung um eine schnelle Aussage zur Schweißeignung desWerk- stoffes zu ermöglichen wurde ein semi-analytisches Simulationsmodell entwickelt. Es soll die Auflö- sungsschwächendernumerischenModelle imBereichderdünnenFilamenteundderFaserorientierung verbessernund eineOptimierungdesProzesses durchdieKombination aus empirisch ermitteltenDa- ten und physikalischenGleichungen ermöglichen.