Seite - 96 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

96 4. SYSTEMTECHNIKUNDVERSUCHSAUFBAU 4.4 Diskussion ImAbschnitt 4wurden die beteiligten Systemkomponenten und deren anwendungsspezifischeAusle- gung vorgestellt. Hierzuwurde zunächst eine detaillierteAnalyse der notwendigenTeilprozesse ange- fertigt, um eine funktionaleAuslegung des Schweißkopfes zu ermöglichen. Für die Prozessdarstellung werdendie beidenTeilprozessePlastifizierungundKonsolidierung erläutert undderenEinflussgrößen hinsichtlich der Veränderlichkeit während des aktiven Schweißprozesses in Prozess- und Systempa- rameter unterteilt. Als Ergebnis lässt sich ein integrierter Bearbeitungskopf für die kontinuierliche Schweißnahtherstellung mit klar definierten Funktionszuordnungen festhalten (vgl. Abbildung 4.13 und 4.39). Eine erste Einteilung hinsichtlich des Temperaturverlaufs wie inAbbildung 4.13 hat 2007 bereitsVelthuis [52] alsGrundlage für seineUntersuchungenderMischverbindung erstellt.Diesewur- de ab 2012 am IVWanderTUKaiserslautern durchMoser [89] undHümbert [109]weiterentwickelt. Das numerische Simulationsmodell nachDuhovic [88] verwendet diese Prozesseinteilung und qualita- tivenTemperaturverlauf alsGrundlage für die Systemmodellierung. InumfangreichenVoruntersuchungenandenGewebewerkstoffenPA66/CFwurde indiesemAbschnitt die Erwärmung von Carbonfasern empirisch untersucht, um die Erkenntnisse von Yarlagadda [83] nachzustellen.Hierbei konnte durch imKöpergewebe In-Situ installierterThermoelemente durch em- pirischeUntersuchungenbelegtwerden, dass eine höhere Schwingkreisfrequenz zu einer homogeneren Erwärmung führt, die gleichzeitig höhere Schweißgeschwindigkeiten ermöglicht (vgl. Tabelle 4.2, 4.3). Die Ergebnisse der Effektanalyse sind in Abbildung 4.17 dargestellt. Der Randeffekt hingegen tritt deutlich stärker auf.Dies ist auf den frequenzabhängigen Skin-Effekt zurückzuführen,welcher bereits aus dermetallischen Induktionserwärmung bekannt ist [74]. Das Resultat der empirischen Untersuchungen im Abschnitt 4 führt zu der Entscheidung ein HF- System für die induktive Plastifizierung zu verwenden. Die Anpassung dieser Gerätetechnik für eine industrielleApplikationaneinemIndustrieroboterdesKarosseriebaustandardswurde indieserArbeit entwickelt. Insbesondere dieAnpassung desHF-Generators für dieMontage an der 4.Achse auf dem Roboter, sowiedieVerwendungvonflexiblenKabelpaketenmit einerLängevonmehrals 3m,die eine standardisierte Steckverbindung verwenden, stellen gegenüber bisherigenUntersuchungen an derTU KaiserlauternvonVelthuis [52],Moser [89] undMitschang [51] eineNeuerungdesEquipments dar. In der applikationsnahenUntersuchungen zur beschleunigtenKlebstoffaushärtung vonNagel [20]wurde einMF-Systemverwendet, umdie notwendigenZugänglichkeiten in denWerkzeugen zu ermöglichen. Die geregelteProzessführungderPlastifizierungvonCFRTP-Gewebematerial in einer Schweißanwen- dung stellt eine neue Facette dar. Hierzu wurde unter Zuhilfenahme von Simulationswerkzeugen ein PIDRegler gestaltet, der die Oberflächentemperatur auf demCFRTPGewebe durch ein Pyrometer ermittelt und diese als Regelgröße verwendet. Hümbert [109] verwendet die taktile Temperaturmes- sung im Fügespalt zur Prozessoptimierung bei der Mischverbindung zwischen PA6/GF mit einem StahlblechDC01.Diesewurdenvorder Schweißungmanuell aufgebracht.Die pyrometrischeMessung derOberflächentemperatur nutzteMoser [89] undBecker [110] am Institut fürVerbundwerkstoffe zur Messung derOberflächentemperatur an derOber- undUnterseite der Probekörper. Der zweiteUntersuchungsschwerpunkt des zurückliegendenAbschnitts befasst sichmit derOptimie- rung der Systemtechnik und Prozessführung der Rekonsolidierung. Hierzu wurde eine durch Selek- tives Laser Sintern gefertigte Konsolidierungsrolle gefertigt, die über randnahe Kühlkanäle verfügt. Die Dimensionierung der Kanäle (vgl. Kapitel 4.3.2) sowie der Kühlwasserversorgung wurde mit- tels thermodynamischerEnergiebetrachtung innerhalb eines stationär betrachtetenKontrollvolumens durchgeführt (vgl. Abbildung 4.24 und 4.25). Die Optimierung derWärmeableitungwurde unter zu Hilfenahme des strömungsabhängigenWärmeübergangs (vgl. Abbildung 4.26) durchgeführt. Bislang wurden in den Studien vonVelthuis [52] in statischeApplikationsausführung und vonHümbert [109] in kontinuierlicherAusführung, jedoch ohne gekühlterKonsolidierungsrolle verwendet. EineKühlung derOberfläche erfolgt in diesenFällen durchDruckluft.