Prozessoptimierung des Induktionsschweißens von kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten (CFK) mit Hilfe der Prozesssimulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Mitschang
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272768988

Ziel des Vorhabens ist es, den induktiven Schweißprozess von kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten, speziell Organoblechen, zu optimieren. Die Grundlagen zur Einflussnahme der Laminat- und Textilparameter auf das induktive Aufheizverhalten, die Auswahl und Verifikation einer optimierten Oberflächenkühlung sowie die temperaturabhängige Entwicklung der Druckzone im Fügebereich konnten im Vorhaben (GZ entfernt)bereits erfolgreich und umfassend erforscht, dokumentiert und publiziert werden. Im Fokus des Fortsetzungsantrages stehen neben der Zusammenführung dieser Erkenntnisse in ein erweitertes Gesamtmodell auch Optimierungsansätze sowie ein daraus abzuleitendes Modell zur Fügefestigkeit. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen aus dem Vorprojekt wird ein Simulationsmodell zur Berechnung des statischen induktiven Aufheizens entwickelt. Um den Einfluss der Laminat- und Textilparameter simulativ abbilden zu können wird die Zielsetzung um die Herleitung einer Korrelation zwischen elektrischer Leitfähigkeit und kumulierter projizierter Kontaktfläche Ap,re ergänzt. Anschließend wird diese statische Simulation in eine dynamische Simulation (kontinuierlicher Prozess) überführt und die entwickelte Oberflächenkühlung (Sprühkühlsystem) implementiert. Die theoretische Bestimmung der Fügefestigkeit erfolgt über den bekannten Ansatz des Degree of Bonding. Ergänzend wird zur Steigerung der Prozessrobustheit eine Konsolidierungsrolle aus Elastomer entwickelt, die eine großflächigere und homogenere Druckverteilung in der Fügezone realisieren soll. Die Verifikation der Simulationsergebnisse erfolgt durch Schweißversuche am Schweißroboter und Zugscherprüfung mit Schliffbildanalyse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen