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Thursday, September 17, 2015, Saal Kopenhagen 12:15 PM Fügen von faserverstärkten Kunststoffen II |
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Schnelles und zuverlässiges Schweißen von Hochleistungs- Faserverbundbauteilen mittels Laserstrahlung |
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Verena Wippo / Laser Zentrum Hannover e.V., Deutschland Peter Hansen/ Element LTD, UK Peter Jaeschke/ Laser Zentrum Hannover e.V., Deutschland Choothum Jeenjitkaew/ Element LTD, UK Oliver Suttmann*/ Laser Zentrum Hannover e.V., Deutschland Ludger Overmeyer/ Laser Zentrum Hannover e.V., Deutschland |
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Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Eurostars-Projekts LaWocs - Laser transmission welding of thermoplastic composite structures realisierte das Laser Zentrum Hannover e.V. zusammen mit nationalen und internationalen Projektpartnern eine Prozesskette für die kostengünstige Verschweißung thermoplastischer faserverstärkter Bauteile. Das Laserdurchstrahlschweißen von unverstärkten und kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten ist ein industriell etabliertes Verfahren, welches sich insbesondere durch eine hohe Flexibilität und seine Zuverlässigkeit auszeichnet. Dieses Verfahren wurde nun im Projekt LaWocs für das Fügen von faserverstärkten Thermoplasten weiterentwickelt. Das Laserdurchstrahlschweißen basiert auf den optischen Eigenschaften von Thermoplasten, die im nahen infraroten Spektralbereich teiltransparent sind und in dieser Wellenlänge die Laserstrahlung transmittieren. Rußpartikel, bzw. Kohlenstofffasern sind im Gegenzug in diesem Wellenlängenbereich stark absorbierend. Somit findet an ihnen eine Wärmeentwicklung statt. Durch Wärmeleitung zwischen den sich im Überlapp befindlichen Fügepartnern wird auch der lasertransparente Thermoplasten aufgeschmolzen. Hierfür ist es notwendig, dass beide Fügepartner gleichmäßig aneinander gepresst werden. Um das Laserdurchstrahlschweißen zum Fügen von Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Werkstoffen einsetzen zu können, muss die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstofffasern und der ständige Wechsel zwischen Faser und Matrix an der Oberfläche des absorbierenden Fügepartners berücksichtigt werden. Durch die wechselnde Faserausrichtung wird die Wärme abschnittsweise entlang oder aus dem gewünschten Fügebereich heraus geleitet. Um eine gleichmäßige und somit qualitativ hochwertige Schweißnahtqualität zu erzeugen, wurde in dem Projekt LaWocs eine Prozessregelung auf Basis pyrometrischer Sensoren zum Fügen eines Aircraft Pins mit einer CFK-Laminat eingesetzt. Die so erzeugten Proben wurden mit geklebten Proben durch mechanische Untersuchungen verglichen, welche bei Raumtemperatur, bei 80°C und bei -50°C durchgeführt worden sind. Zusätzlich wurden die Proben unter verschiedenen Bedingungen gealtert und anschließend getestet. Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass die lasergeschweißten Proben höhere oder gleiche Festigkeitswerte erzielten wie die geklebten. |