Entwicklung eines Schweißprozesses zum Fügen eines oberflächenmodifizierten Duromerbauteils mit einem Thermoplastbauteil (Masterarbeit)

Abstract

Fügetechnologien im Bereich von Faserverbundwerkstoffen stellen eine besondere Herausforderung dar. Bedingt durch die Suche nach staublosen und effizienten Fügetechnologien sowie hochintegrativen Strukturen rücken Fügetechnologien wie das Schweißen von Faserverbundwerkstoffen mit thermoplastischer Matrix immer mehr in den Vordergrund und bringen neue Herausforderungen mit sich. Die hierzu benötigte thermoplastische Matrix stellt jedoch nicht für alle Bauteilgeometrien sowie Fertigungsprozesse eine sinnvolle Alternative dar. Eine mögliche Lösung bieten hier modifizierte Duroplastbauteile, welche dann mit einem Thermoplastbauteil verschweißt werden können. Als Herausforderung bei derartigen hybriden Schweißprozessen wurde die erforderliche Bauteilmodifikation des Duroplastes identifiziert, welche nötig ist um ein schmelzbaren Werkstoff auf ein nicht schmelzbares Material aufzubringen. Zudem muss das Duroplast gegen Temperaturen oberhalb der Degradationstemperatur, welche beim Schweißen von Thermoplast auftreten, geschützt werden. In dieser Arbeit wird ein Lösungsansatz behandelt, welcher die Integration einer faserverstärkten funktionalen Thermoplastschicht am Duroplastbauteil vorsieht. Diese dient als thermischer Isolator sowie als schweißbare Oberfläche an diesem. Zunächst werden Werkstoffe und Faserhalbzeuge ausgewählt und entsprechende Herstellungsprozesse für Referenzbauteile definiert, validiert und ggf. optimiert. Zudem wird die Interphasenausprägung zur Anbindung Bauteilmodifikation und der Einfluss von Herstellungsprozessparametern auf die mechanische Festigkeit dieser untersucht. Anschließend wird ein bestehender elektrischer Widerstandsschweißprozess hinsichtlich der Anwendung von hybriden Fügeverbindungen optimiert. Dieser Teil stellt den Fokus der Arbeit dar. Mittels Design of Experiments wird ein Versuchsplan erstellt und die Prozessparameter variiert. Ziel ist es den Wärmeeintrag während des Schweißprozesses in die Organobleche zu minimieren, die Festigkeit der Fügeverbindung zu maximieren, sowie großflächig homogene Fügeverbindungen herzustellen. Anhand von ausgewählten Prozessparametersätzen werden Untersuchungen zur transversalen Durchwärmung der Organobleche während des Schweißprozesses durchgeführt und so für diese die minimal erforderliche Dicke der funktionalen Thermoplastschicht bestimmt, um eine thermische Degradation der Matrix auszuschließen. Abschließend wird auf Basis der Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit eine hybride Verbindung umgesetzt und mechanisch getestet.