Entwicklung, Aufbau und Validierung eines Endeffektors zum kontinuierlichen Widerstandsschweißen faserverstärkter Thermoplaste (Masterarbeit)

Aufgrund zunehmender Bemuhungen thermoplastische faserverstarkte Kunststoffe (engl. CFR-TP) in Flugzeugstrukturen der kommenden Generationen einzusetzen steht die Untersuchung von Fugeverfahren fur diese Werkstoffe im Fokus der aktuellen Forschung. Thermoplastische Faserverbundwerkstoffe zeigen gegenuber duromerer Faserverbundwerkstoffe Vorteile bei der Fugetechnologie, da diese z. B. eine Gewichtsreduktion aufgrund wegfallender Bolzen, kurzere Assemblyzeiten und dunnere Lagenaufbauten der Einzelstrukturen aufgrund einer Neudefinition der Laminatschichtung mit wegfallenden Lochleibungslaminaten ermoglicht. Das elektrische Widerstandsschweisen gilt als vielversprechender Fugeprozess fur CFR-TPs, da bei diesem die Warme direkt in der Fugezone generiert wird, ohne dass die gesamte Struktur aufgeschmolzen werden muss. Um grose Strukturen wie Rumpfhalbschalen zu Fugen, bedarf es einer Skalierung von bisherigen Schweisversuchen auf Probenniveau hin zu Prozessen fur reale Bauteile. Die Skalierbarkeit des statischen Widerstandsschweisprozesses ist jedoch durch Anforderungen an die elektrische Schweisleistung und den Konsolidierungsdruck begrenzt. Fur grose Strukturen mit langen Fugenahten ergibt sich deshalb die Notwendigkeit einer Unterteilung des Schweisvorgangs in kleine Teilschritte. Dies kann durch die Verwendung eines kontinuierlich gefuhrten Prozesses, der sich flexibel an die Geometrie der Fugeteile anpassen lasst, erreicht werden. Zu diesem Zweck werden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Konzeptansatze zur Umsetzung eines kontinuierlichen Schweisverfahrens erarbeitet sowie durch experimentelle Untersuchungen bewertet und verglichen. Aus den Konzepten wird das Design fur einen Endeffektor abgeleitet, der komplexe Fugenahte auf einem Roboter- oder Gantrysystem im kontinuierlichen Verfahren verschweist. Zum Einsatz kommt dabei eine Kombination aus rollenden Kontakt- und flachiger Konsolidierungseinheiten. Die Einsatzfahigkeit des Endeffektors wird durch Schweisversuche validiert und der Einfluss von Prozessparametern auf die Ergebnisse diskutiert.