Zur Übersicht

Oral-Poster-Präsentation

Optimierung der Temperaturverteilung in Dickenrichtung bei der Induktionserwärmung von thermoplastischen textilverstärkten CFK-Laminaten

Mittwoch (26.06.2019)
15:00 - 15:03 Uhr

Der vermehrte Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wird bislang durch einen Mangel an großserientauglichen Fertigungsverfahren gehemmt. Ein Ansatz zur Überwindung dieses Problems besteht darin, die Vorteile von thermoplastischen Kunststoffen, die durch deren nachträgliche Umform- und Verschweißbarkeit gegeben sind, bei der Herstellung von Leichtbaustrukturen aus CFK zu nutzen. Um die thermoplastische Matrix über Schmelztemperatur zu erwärmen bietet sich insbesondere die Induktionserwärmung an. Diese ermöglicht eine schnelle, kontaktlose und intrinsische Erwärmung des Laminats.

Aufgrund der zeitlichen Änderung des durch die Induktionsspule erzeugten magnetischen Felds werden in den elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern des CFK Wirbelströme induziert. Infolge von elektrischen Verlusten werden diese in Wärme umgewandelt. Aufgrund des Gesetzes von Biot-Savart stellt sich jedoch in Dickenrichtung des Laminats eine für die meisten Verarbeitungsprozesse suboptimale Temperaturverteilung ein. Hierbei verringert sich die Temperatur mit zunehmendem Abstand zur Induktionsspule regressiv. Um einen hinsichtlich des Kopplungsabstands progressiven Verlauf der Temperatur zu realisieren und somit das Aufheizverhalten zu verbessern, soll ein für die Induktionserwärmung optimierter Laminataufbau entwickelt werden.

Zunächst wurden hierfür statische, induktive Aufheizversuche mit unterschiedlichen Probekörpern durchgeführt. Die Probekörper unterscheiden sich in der Art ihres Verstärkungstextils, in ihrem Titer, ihrer Fadendichte und somit in ihrem Flächengewicht, im Faservolumengehalt, in der Laminatdicke und im Typ des Matrixpolymers. Zur Analyse des jeweiligen Parametereinflusses wurden die jeweiligen Aufheizraten der beiden Laminatoberflächen eines Probekörpers ermittelt. Eine Verringerung der Fadendichte, des Titers oder der Laminatdicke hat eine Steigerung der Aufheizrate zur Folge. Hingegen zieht eine Verringerung des Faservolumengehalts eine Verringerung der Aufheizrate nach sich. Als Ursache konnte die jeweils unterschiedliche Kontaktflächenausprägung zwischen den CF-Rovings identifiziert werden.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden optimierte Laminataufbauten entwickelt und anschließend statische, induktive Aufheizversuche durchgeführt. Es zeigte sich, dass durch den verfolgten Ansatz der Temperaturverlauf über die Laminatdicke positiv beeinflusst werden kann.

 

Sprecher/Referent:
Stephan Becker
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Peter Mitschang
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)