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Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen
Forstner, Thomas; Sommitsch, Christof (Herausgeber); Reichmann, Klaus (Herausgeber); Hofer, Ferdinand (Herausgeber)
Quelle: Monographic series TU Graz - Advanced materials science
Graz (Österreich)
Verlag der TU Graz
2020, XVIII,250 S., Abb., Tab., Lit., graf. Darst.
ISBN: 978-3-85125-769-4
Serie: Monographic series TU Graz - Advanced materials science, Nr.7
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[Quelle: https://openlib.tugraz.at]
Der Einsatz von hochperformanten Faser-Kunststoff-Verbunden in der Fahrzeugkarosserie stellt ein großes Potential für die Reduzierung des Karosseriegewichtes dar und liefert somit einen wichtigen Beitrag bei der Reduktion von Emissionen und fossiler Treibstoffe. Hierbei stellt die Verfügbarkeit des werkstoffgerechten Fügeverfahrens immer öfter die Grenze der Einsatzmöglichkeit des Werkstoffes dar. Neben der technischen Möglichkeit eine Verbindung zwischen zwei oder auch mehr Bauteilen innerhalb eines Tragwerkes herzustellen, ist eine Fähigkeitsbetrachtung sowie der ökonomisch sinnvolle Einsatz des Verfahrens notwendig. In dieser Arbeit wird das Induktionsschweißen von carbonfaserverstärkten Thermoplasten untersucht. Der Thermoplast wird in dieser Anwendung durch die induzierten Wirbelströme in der Carbonfaser plastifiziert. Die Möglichkeit das Verfahren in der automobilen Karosseriefertigung einzusetzen ist von der Reproduzierbarkeit der Prozesse abhängig. Hierzu wird in der Arbeit die Möglichkeit der Prozessüberwachung und der temperaturgeregelten Plastifizierung betrachtet. Der zweite Prozessschritt des kontinuierlich ausgeführten Induktionsschweißprozesses ist die Rekonsolidierung des plastifizierten Fügeflansches. Hierbei handelt es sich um den festigkeitsbildenden Teilprozess. Die Verbesserung der mechanischen Kennwerte sowie der Reproduzierbarkeit, wird durch die aktive Beeinflussung des Abkühlgradienten und des Konsolidierungsdrucks herbeigeführt. Hierzu wird der Teilprozess in die Phasen der aktiven und passiven Konsolidierung unterteilt und eine Optimierung durchgeführt. Für die zeit- und kostenoptimierte Schweißbarkeitsanalyse und Erstparametrierung des vorliegenden Werkstoffes, wird eine semi-analytische Methode entworfen und zur Parameterfindung verwendet. Unter Berücksichtigung der durchgeführten Effektanalysen wird eine industriell verwendbare automatisierte Schweißstation an einem 6-Achsen-Industrieroboter realisiert. Im zweiten Teil der Arbeit werden hiermit Schweißnähte in unterschiedlichen Raumlagen hergestellt und untersucht. Mit zerstörenden Prüfmethoden sowie den bildgebenden Untersuchungsmethoden, Computertomografie und Rasterelektronenmikroskopie, wird das Versagen der Schweißverbindung analysiert. Die mechanischen wie auch optischen Schweißnahteigenschaften werden neben der Zug-Scher-Prüfung durch eine adaptierte Anwendung des Compression-Shear-Tests verwendet um die interlaminare Scherfestigkeit zu ermitteln. Abschließend erfolgt die Betrachtung der konstruktiven Rahmenbedingungen und Einflüsse auf die Schweißnahteigenschaften. Die Prozessfähigkeitsbetrachtung sowie die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigen das Potential und die Grenzen der industriellen Anwendung in der aktuellen Serienfertigung von Fahrzeugkarossen auf.
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