Seite - 74 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen
Bild der Seite - 74 -
Text der Seite - 74 -
74 4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU
Abbildung 4.22: Lagerung undAnordnung derKonsolidierungsrolle am Induktionsschweißkopf.
Abbildung 4.23: Berechnung der realenKontaktflächeAreal aus derBogenlänge b.
der Bogenlänge 4.16 ergibt sich einemit demplastifizierten Laminat inKontakt stehendeBogelänge
b=8,9mm.Dies führtmit derRollenbreite von 20mmzuder tatsächlichenKontaktflächeAreal von
178mm2 und somit zu einemFügekraftbereich von 17,8 bis 534N.
cosζ= r−e
r (4.15)
b=pi ·r · 2
·ζ180◦ (4.16)
DieKühlungderRolle erfolgt durch eine innengeführteFlüssigkeitskühlung.DieVersorgungmit dem
zurKühlung notwendigenFluid erfolgt über einenRadialwellendichtring, der auf geschraubteAchsa-
dapter aufsetzt. Ein externer Umluftkühler ermöglicht eine geregelte Vorlauftemperatur zwischen 16
und 22°Cbei einemDifferenzdruck δpvon 0,1 bis 3,5bar.DieDurchflussmenge kannüber einVentil
eingestellt werden. Somit lässt sich ein definierter und konstanterWärmestrom aus demBereich der
Fügezone in das Fluid einstellen.
DieWärmeableitungausdemFügeflansch erfolgtdurchdenWärmeübergangvomThermoplast indie
WandderKonsolidierungsrolle und vondort inFormeinesWärmeübertragers auf dasKühlfluid.Als
FluidwirddeionisiertesWasserverwendet.Dies reduziertdieKorrosionsneigung indenflüssigkeitsfüh-
rendenKomponenten. Ebenso reduziert es die elektrische Leitfähigkeit und somit die elektromagne-
tischen Verluste des einkoppelnden alternierendenMagnetfeldes. Für die Konsolidierungsrolle sollte
daher einWerkstoff mit geringer magnetischer Permeabilität verwendet werden. Gleichzeitig sollte
jedoch eine hohe thermische Leitfähigkeit vorliegen, umdenWärmetransport so effektivwiemöglich
zu gestalten. Zuletzt fiel wegen der guten Verarbeitbarkeit durch Selectiv LaserMelting (SLM) die
Wahl auf denX1.4404.Hierbei handelt es sich umeinenEdelstahlmit hohemaustenitischenAnteil.
DieAuslegungdesKühlsystemsderKonsolidierungsrolle ist inAbstimmungmit demAbkühlgradien-
ten zu realisieren. Hierfür sind zwei getrennte Systeme zu betrachten: zum einen die Auslegung des
Volumenstroms undderVorlauftemperaturT1 in derWärmestrombetrachtung, zumanderen die glo-
baleWärmeabfuhrdurchdasKühlwasser. Schematisch sinddieZusammenhängeunddienotwendigen
Parameter inAbbildung 4.24 dargestellt.
Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen
Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungen XIV
- Symbolverzeichnis XVI
- 1 Einleitung 1
- 2 Stand derTechnik 11
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 2.1.1 Grundlagen undEinteilung derKunststoffe 11
- 2.1.2 Werkstoffeigenschaften vonThermoplasten 12
- 2.1.3 FaserverstärkteThermoplaste 16
- 2.1.4 Herstellverfahren vonHalbzeugen undBauteilenmit thermoplastischerMatrix 21
- 2.1.5 Konsolidierung vonThermoplasten 22
- 2.1.6 Betrachtung des Schmelzschweißprozesses bei Thermoplasten 23
- 2.1.7 Prüfmethoden 23
- 2.1.8 Ermüdungsverhalten 29
- 2.1.9 ThermischeKunststoffkennwerte 31
- 2.1.10 BildgebendeAnalyseverfahren 32
- 2.1.11 Schadensanalyse 33
- 2.2 Grundlagen der induktivenErwärmung 33
- 2.3 Erwärmung carbonfaserverstärkterKunststoffe 44
- 2.4 Schweißbarkeit 48
- 2.5 Modelle zurmathematischenBeschreibung 51
- 2.1 ThermoplastischeKunststoffe 11
- 3 Aufgabenstellung 53
- 4 Systemtechnik undVersuchsaufbau 55
- 5 Plastifizierung derMatrix 97
- 6 Rekonsolidierung und Schweißnahteigenschaften 151
- 7 FertigungstechnischeUmsetzung 171
- 8 Zusammenfassung 177
- Literaturverzeichnis 178
- Abbildungsverzeichnis 189
- Tabellenverzeichnis 197
- A Zeichnungen, Tabellen undErklärungen 199
- A.1 Werkstoffeigenschaften undDatenblätter 199
- A.2 Numerische Lösungsverfahren 213
- A.3 Datenblätter und Spezifikation derAnlagentechnik 215
- A.4 Berechnungen zu den Strömungszuständen in derKonsolidierungsrolle 224
- A.5 Komponenten undProgrammumgebung derVersuchs-anlage 231
- A.6 Optimierungsmethode 234
- A.7 Festigkeitsuntersuchung 245
- A.8 Prozessfenster 246
- A.9 Prozessfähigkeitsuntersuchung 247
- B Veröffentlichungen 249