Flexibles Fertigungsverfahren für Hochleistungsthermoplaste auf Basis von induktiver Erwärmung (Masterarbeit)

Kurzfassung

Am Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt e. V. (DLR) wird eine Heiztechnologie für Faserverbundkunststoffe mit thermoplastischer Matrix entwickelt, die mit Hilfe von Induktion heizt. Die neu entwickelte induktive Technologie ermöglicht eine effizientere und schnellere Erwärmung von Bauteilen als herkömmliche Verfahren und soll diese in Zukunft ersetzen. Die im Rahmen dieser Heiztechnologie entwickelte Induktionsspule ist auf einem flexiblen Träger befestigt. Die so erstellte Heizmatte zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität aus, durch die der Induktor an verschiedene Krümmungen angepasst werden kann. Die Heiztechnologie kann zur Reparatur und Fertigung von verschiedenen Bauteilen verwendet werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Anpassung der induktive Heiztechnologie für die Verwendung von Hochleistungsthermoplasten, welche höhere Verarbeitungstemperaturen benötigen. Dazu wird unter anderem eine aktive Kühlung mit Druckluft ergänzt, wobei die Heizplatte ihre Flexibilität behält und für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten geeignet ist. Die Heiztechnologie wird auf einem eigens dafür konstruierten Prüfstand getestet. Dabei können die Einstellparameter der induktiven Erwärmungsanlage wie Kapazität, Leistung und Kopplungsabstand verändert werden. Mit dem Prototypen der Heizmatte werden dabei unterschiedliche Kühlvarianten getestet, um den Prozess so anzupassen, dass er ein Bauteil auf die erforderliche Prozesstemperatur von Hochleistungsthermoplasten aufheizen kann. Um den Heizprozess zu validieren, werden Testplatten aus mehreren Lagen vorimprägnierter Tapes miteinander verschmolzen (konsolidiert). Die Testplatten bestehen aus den Matrixsystemen Polyphenylensulfid (PPS) und Polyaryletherketon (lowmelt PAEK). Diese haben unterschiedliche Prozesstemperaturen, die auf dem Prüfstand erreicht werden. Der entworfene Prototyp bietet eine Variabilität, die es erlaubt, verschiedene Konfigurationen einfach auf dem Prüfstand umzusetzen. Für einen Einsatz außerhalb des Prüfstandes muss die Heizmatte entsprechend angepasst werden. Es ist zu erwarten, dass das entworfene Konzept auch für eine mobile Anwendung praktikabel ist. Mit der entwickelten Heiztechnologie kann auch die Reparatur von großen Strukturen schneller und günstige als mit anderen Heizprozessen (z.B. Autoklaven) ermöglicht werden.