Experimentelle Ermittlung der Prozessparameter zum automatisierten Ultraschall-Heften von Carbonfaserverstärkten Thermoplast-Lagen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Ultraschallschweißen kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungsthermoplaste untersucht, welche unter anderem in der Luftfahrt in Form von Strukturbauteilen Anwendung finden. Die faserverstärkten Halbzeuge liegen in einzelnen Lagen vor, die in einem ersten Prozessschritt zu so genannten Lagenpaketen gestapelt und mittels Ultraschallpunktschweißen geheftet werden. Dadurch werden die einzelnen Lagen gegen Verrutschen gesichert und das entstandene Lagenpaket kann beispielsweise in einem robotischen Prozess mit einem Greifer zur nächsten Verarbeitungsstation transportiert werden. Das punktuelle Fixieren der Halbzeuglagen im Ultraschallschweißverfahren hängt von zahlreichen Parametern ab. Die entscheidenden Schweißparameter wurden in dieser Arbeit identifiziert und in einem eigens konzeptionierten und aufgebauten Versuchsstand näher untersucht. Geheftete Probenkörper wurden zerstörend durch Zugversuche auf ihre Haltekraft ihn geprüft. Aus den Versuchsergebnissen resultierte ein materialspezifischer Parametersatz zum Heften von vier unidirektionalen CF/PEEK-Lagen. Ziel der Untersuchungen war es, mit dem Prüfstand Randbedingungen für einen Robotergreifer zu ermitteln, welcher das Greifen und Heften kombiniert. In diesem Zusammenhang wurden ebenfalls Ansätze für eine effiziente Heftstrategie erörtert und Integrationskonzepte der Heftfunktion in den Greifer vorgestellt.