WO2013110270A1 - Verfahren zum induktionsschweissen - Google Patents

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WO2013110270A1
WO2013110270A1 PCT/DE2013/100025 DE2013100025W WO2013110270A1 WO 2013110270 A1 WO2013110270 A1 WO 2013110270A1 DE 2013100025 W DE2013100025 W DE 2013100025W WO 2013110270 A1 WO2013110270 A1 WO 2013110270A1
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inductor
welding
components
cooling
facing
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Peter Mitschang
Lars Moser
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Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh
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    • B29C66/961—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process involving a feedback loop mechanism, e.g. comparison with a desired value

Definitions

  • the invention relates to a method for Indukti ⁇ onssch resumeen of fiber-reinforced composites with a thermoplastic matrix material and a Sch bulkvorrich ⁇ processing.
  • thermoplasti ⁇ cal fiber composites It is known to cohesively add carbon fiber reinforced thermoplasti ⁇ cal fiber composites by induction welding, this joining technique allows a fast localized heating of the joint at ei ⁇ ner of the component geometry largely independent Fle ⁇ xibility and a relatively low investment cost.
  • the extended forms ⁇ in the form of particles or metallic structures may be, wherein by the weld filler foreign material, so a different from the to be joined Werkstof ⁇ fen material, in the compound is ⁇ introduced, whereby the risk of damage to the Ver ⁇ binding region, in particular the weld examples For example, by thermally induced tensions or corrosion, stands.
  • DE 10 2005 018 478 AI discloses a method for continuous induction welding of components made of metal and / or plastic or KunststoffStoffmaschinen Modell under at least local pressurization by means of a pressing device, wherein at least in a welding zone, an electrically conductive material is present and an inductor heating of the weld zone causes. Which he- Heating the weld zone and the pressurization he ⁇ follows simultaneously.
  • the inductor is integrated in the Anpressvor ⁇ direction, which comprises at least one pressure roller acting on the welding zone.
  • the invention has for its object to provide a method and a welding apparatus of the type mentioned, the or at a Indutechnischssch spaverbin ⁇ dung without weld filler materials, the risk of ther ⁇ mix damage to the inductor adjacent top ⁇ surface of the components to be connected and prevents connect ⁇ de reconsolidation.
  • an inductor is guided over the joining zone of ver ⁇ welding components and a cooling device tracked to the inductor or performed together with the inductor, wherein by means of the cooling device that the Inductor ⁇ gate facing surface of the fiber-plastic composite is cooled so that it is not melted.
  • the inductor which is known to those skilled in the art of induction welding is the joining zone of the components to be welded heated until the thermoplastic ⁇ plastic matrix material is molten.
  • the surface of the components to be joined by the in ⁇ ductor tracked cooling means to keep the upper ⁇ surface temperature within a defined temperature range and thus delamination of the to strigwei ⁇ sequent fiber-plastic composite with accompanied by a ⁇ singling the layers of the laminate of the component to prevent.
  • the cooling means may be conducted with the inductor, and thus cools the upper ⁇ surface at the location which is heated inside. In the case of induction welding according to the method, it is not necessary to use a filler metal.
  • the adverse se heating of the component at ei ⁇ nem lack of filler material is compensated by the un ⁇ indirectly to the heating or heating fol ⁇ constricting cooling of the surface of the component, as by cooling the surface of the danger of thermi ⁇ rule damage the lami ⁇ natober Structure adjacent to the inductor and a subsequent reconsolidation, which leads to an undesirable sprouting of matrix material and a deformation of the laminate is prevented.
  • the by shaping it ⁇ aimed geometry as well known in the case of a semicrystalline matrix material crystallinity is not changed ⁇ changed.
  • the component is not completely melted over its thickness and therefore has a rigidity which significantly reduces subsequent consolidation and clamping of the component for welding.
  • the surface facing the inductor is cooled by a cooling medium flowing out of the cooling device.
  • the cooling medium is a fluid that flows over the surface to be cooled. This comes at a corresponding adjustment of the flow rate to no force is applied to the surface, which is not a Deformati ⁇ on.
  • the surface facing away from the inductor ge ⁇ cooled. If a mutual cooling of mitei ⁇ each other to be welded components, then only the thermoplastic matrix material at the interface of the overlapping components to be joined together molten, ie at the touching surfaces that are to be interconnected.
  • the cooled surface is acted upon by a contact pressure device.
  • the cooled ⁇ te and thus relatively pressure-resistant surface is acted upon by, for example, a pressure roller and a counter-roller to ⁇ comprehensive pressure device to the plastic fied matrix material of the components to be joined ver ⁇ bind and at the same time to press together the individual layers of the fiber-plastic composite.
  • cooling medium compressed air, inert gas or a liquid is used as the cooling medium.
  • To a certain temperature range setting at the surface of the cooling medium is preferably tempe ⁇ riert, in particular depending on the temperature of the surface of the components to be welded in the feet ⁇ gezone.
  • the inductor is preferably guided at a distance from the surface over the joining zone of the components to be welded.
  • a welding apparatus in particular for carrying out the method explained above, comprises an inductor for heating a thermoplastic matrix material egg ⁇ nes fiber-plastic composite in a joining zone to ver ⁇ welding components, wherein the inductor downstream of adeein ⁇ direction for discharging a fluid or to ⁇ ordered.
  • the inductor and the cooling device can be integrated into a ge ⁇ concomitantly component or be performed with a common ⁇ seed handling device via the joint zone to be ver ⁇ welded parts, so that induction ⁇ weld with the direct cooling of the surface re ⁇ tively quickly, and because a relatively small one Apparative effort is inexpensive to implement.
  • the fluid flows from the cooling device to the inductor fed ⁇ turned and / or surface facing away from the joint zone of the components to be welded.
  • Sonach is the surface of the components to be coupled dimensionally stable for the subsequent manufacturing steps and delamination or the like or thermal damage to the components is effectively prevented.
  • the cooling device comprises at least one nozzle for the directed outflow of compressed air or an inert gas or a liquid as a cooling medium.
  • the nozzle may for example be located or in the center of the inductor be ⁇ abstandet be arranged for this.
  • a defined Tem can be adjusted ⁇ temperature range on the surface to be cooled, egg ⁇ ne regulating device for the quantity and / or temperature of the cooling medium of the cooling device is preferably assigned.
  • a thermometer or pyrometer for sensing the temperature ⁇ structure of the surface in the joining zone with the crizeinrich ⁇ tung is preferably connected.
  • the cooling device is arranged downstream of a, in particular as at least one pressure roller ⁇ formed, consolidation device.
  • a carbon fiber-plastic composite with a thermoplastic matrix material is used.
  • the coals ⁇ fiber is sufficiently leit ⁇ capable of induction welding, and has a relatively high number Kreu ⁇ wetting spots on, a required for welding heating of the matrix material due to resistance ⁇ losses to erzie ⁇ len by the induction of eddy currents.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a ⁇ order with a welding device for carrying out the method
  • Fig. 2 is a schematic representation of an An ⁇ order of FIG. 1 in an alternative Aus ⁇ design.
  • the welding device 1 comprises a gate connected to a genera ⁇ 2 inductor 3, where a cooling device is arranged downstream 4, wherein the direction data are based relative to the inductor 3 or its Darge by an arrow 15 ⁇ presented feed direction.
  • the cooling device 4 basically includes a surface facing the inductor 3 surface 5 of the over ⁇ overlapping components to be connected 6 directed nozzle 7 for discharging a fluid for cooling the air heated by the inducer ⁇ th eddy current surface 5, wherein the fluid in a reservoir 8 is stored, which is connected via a control device 9 for the amount or temperature of Flu ⁇ ides with the nozzle 7 in flow communication.
  • a control device 9 for the amount or temperature of Flu ⁇ ides with the nozzle 7 in flow communication.
  • the temperature is a Ther ⁇ thermometers 10 are provided in the region of the nozzle 7, which is ge ⁇ coupled to the control device 9 and a near-surface temperature of the construction ⁇ part 6, which consists of a carbon fiber-composite plastic with a thermoplastic matrix material be ⁇ stands recorded.
  • a pressure roller 11 may be arranged downstream of a counter-roller 12 of a Konsolid istsvorrich ⁇ tung. 13 Furthermore, it is also possible to cool the surface 5 facing away from the inductor 3 by means of a further nozzle 7 for discharging the coolant.
  • the cooling device 4 may also be integrated in the inductor 3, as shown in Fig. 2, and the surface 5 of the components 6 in the joining zone 14 when heated to cool, as shown in Fig. 2.
  • the inductor 3 quasi as a helix and to place the nozzle 7 for discharging the coolant in its center.
  • the inductor 3 In order to measure directly in the induction and cooling region near the surface tempera ⁇ structure, there is also the one with the crizein ⁇ device 9 coupled thermometer 10 within the central ⁇ eral clearance of the inductor 3.
  • the temperature of the inductor 3-facing surface 5 of the components 6 is set in the joining zone 14 such that it is not melted. A heating for welding takes place at a greater depth spaced from the surface 5. A change in the state of the surface 5 of the component 6 is avoided.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Induktionsschweißen von Faser-Kunststoff-Verbunden mit einem thermoplastischen Matrixmaterial, wird ein Induktor (3) über die Fügezone (14) der zu verschweißenden Bauteile (6) geführt und eine Kühleinrichtung (4) dem Induktor (3) nachgeführt oder gemeinsam mit dem Induktor geführt, wobei mittels der Kühleinrichtung (4) die dem Induktor (3) zugewandte Oberfläche (5) des Faser-Kunststoff-Verbundes derart gekühlt wird, dass sie nicht aufgeschmolzen wird.

Description

Verfahren zum Induktionsschweißen
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Indukti¬ onsschweißen von Faser-Kunststoff-Verbunden mit einem thermoplastischen Matrixmaterial und eine Schweißvorrich¬ tung .
Es ist bekannt, kohlenstofffaserverstärkte thermoplasti¬ sche Faserverbundwerkstoffe mittels Induktionsschweißen stoffschlüssig zu fügen, wobei diese Fügetechnik eine schnelle lokal begrenzte Erwärmung der Fügestelle bei ei¬ ner von der Bauteilgeometrie weitgehend unabhängigen Fle¬ xibilität und einem relativ geringen Investitionsaufwand ermöglicht .
In der Regel wird beim Induktionsschweißen ein in die Fü¬ gezone eingelegter Schweißzusatzwerkstoff verwendet, der in Form von Partikeln oder metallischen Strukturen ausge¬ bildet sein kann, wobei durch den Schweißzusatzwerkstoff fremdes Material, also ein von den zu fügenden Werkstof¬ fen verschiedener Werkstoff, in die Verbindung einge¬ bracht wird, wodurch die Gefahr einer Schädigung des Ver¬ bindungsbereichs, insbesondere der Schweißnaht, bei- spielsweise durch thermisch induzierte Spannungen oder Korrosion, beststeht.
Auf die Verwendung des Schweißzusatzwerkstoffes kann bei¬ spielsweise verzichtet werden, wenn eine hinreichend elektrisch leitfähige Verstärkungsstruktur mit einer ver¬ hältnismäßig großen Anzahl an Kreuzungspunkten ihrer Fa¬ serbündel vorliegt, da in diesem Fall die Verstärkungs¬ struktur als Heizelement verwendet werden kann, wobei zu beachten ist, dass nunmehr keine selektive Erwärmung der Fügezone stattfindet, sondern das Laminat im Bereich der Fügezone vollständig über seine Dicke erwärmt wird. Diese Durchwärmung des zu verschweißenden Werkstoffs ist inso¬ fern problematisch, als beim Erreichen der Schmelztempe¬ ratur des Matrixmaterials eine Delamination des zu ver¬ schweißenden Werkstoffs mit einer Vereinzelung der Lagen des Laminats erfolgt.
Erfolgt das Verschweißen mittels eines beabstandet zur Fügezone angeordneten Induktors, besteht die Gefahr einer thermischen Schädigung an der dem Induktor benachbarten Laminatoberfläche und eine anschließende Rekonsolidierung führt zu einem unerwünschten Austrieb von Matrixmaterial und einer Deformation des Laminats.
Die DE 10 2005 018 478 AI offenbart ein Verfahren zum kontinuierlichen Induktionsschweißen von Bauteilen aus Metall und/oder Kunststoff bzw. KunstStofffaserstrukturen unter zumindest lokaler Druckbeaufschlagung mittels einer Anpressvorrichtung, wobei mindestens in einer Schweißzone ein elektrisch leitender Werkstoff vorhanden ist und ein Induktor eine Erwärmung der Schweißzone bewirkt. Die Er- wärmung der Schweißzone und deren Druckbeaufschlagung er¬ folgt gleichzeitig. Der Induktor ist in die Anpressvor¬ richtung integriert, die zumindest eine die Schweißzone beaufschlagende Druckrolle umfasst.
Die US-A-4 992 133 beschreibt eine Induktionsschweißvor¬ richtung mit einem Induktor und einer zugeordneten Küh¬ leinrichtung .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die bei einer Induktionsschweißverbin¬ dung ohne Schweißzusatzwerkstoffe die Gefahr einer ther¬ mischen Schädigung an der dem Induktor benachbarten Ober¬ fläche der zu verbindenden Bauteile und eine anschließen¬ de Rekonsolidierung verhindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
Bei einem Verfahren zum Induktionsschweißen von Faser- Kunststoff-Verbunden mit einem thermoplastischen Matrix¬ material, wird ein Induktor über die Fügezone der zu ver¬ schweißenden Bauteile geführt und eine Kühleinrichtung dem Induktor nachgeführt oder gemeinsam mit dem Induktor geführt, wobei mittels der Kühleinrichtung die dem Induk¬ tor zugewandte Oberfläche des Faser-Kunststoff-Verbundes derart gekühlt wird, dass sie nicht aufgeschmolzen wird. Mittels des Induktors, der dem Fachmann auf dem Gebiet des Induktionsschweißens bekannt ist, wird die Fügezone der zu verschweißenden Bauteile erwärmt, bis das thermo¬ plastische Matrixmaterial schmelzflüssig ist. Anschlie¬ ßend wird unmittelbar nach dem Induktionsprozess die Oberfläche der zu verbindenden Bauteile durch die dem In¬ duktor nachgeführte Kühleinrichtung gekühlt, um die Ober¬ flächentemperatur in einem definierten Temperaturbereich zu halten und damit eine Delamination des zu verschwei¬ ßenden Faser-Kunststoff-Verbundes mit einer einhergehen¬ den Vereinzelung der Lagen des Laminats des Bauteils zu verhindern. Alternativ kann die Kühleinrichtung auch mit dem Induktor geführt werden und kühlt demnach die Ober¬ fläche an der Stelle, die im Inneren erwärmt wird. Bei dem verfahrensgemäßen Induktionsschweißen ist es nicht erforderlich einen Schweißzusatzwerkstoff zu verwenden. Die an sich nachteilige Durchwärmung des Bauteils bei ei¬ nem fehlenden Schweißzusatzwerkstoff wird durch die un¬ mittelbar auf die Erwärmung oder mit der Erwärmung fol¬ gende Kühlung der Oberfläche des Bauteils kompensiert, da durch die Kühlung der Oberfläche die Gefahr der thermi¬ schen Schädigung an der dem Induktor benachbarten Lami¬ natoberfläche und eine anschließende Rekonsolidierung, die zu einem unerwünschten Austrieb von Matrixmaterial und einer Deformation des Laminats führt, verhindert ist. Durch das Verfahren wird die durch eine Formgebung er¬ zielte Geometrie sowie im Fall eines teilkristallinen Matrixmaterials vorhandene Kristallinität nicht verän¬ dert. Im Weiteren wird das Bauteil nicht vollständig über seine Dicke aufgeschmolzen und verfügt daher über eine Steifigkeit, die ein nachfolgendes Konsolidieren und ein Einspannen des Bauteils zum Verschweißen wesentlich ver- einfacht, da durch die nicht aufgeschmolzenen Lagen Kräf¬ te übertragen werden. Darüber hinaus ist durch die ge¬ zielte Kühlung eine unerwünschte Veränderung des Zustan- des der Oberfläche des Bauteils vermieden, auch bei der Verwendung einfacherer Spannelemente, was sich insbeson¬ dere bei aerodynamisch anspruchsvollen Bauteilen positiv auf die Beschaffenheit der Oberfläche auswirkt. Entgegen dem Stand der Technik wird die Oberfläche nicht aufge¬ schmolzen, da während des induktiven Erwärmens ausrei¬ chend gekühlt wird.
In Ausgestaltung wird durch ein aus der Kühleinrichtung ausströmendes Kühlmedium die dem Induktor zugewandte Oberfläche gekühlt. Bei dem Kühlmedium handelt es sich um ein Fluid, das die zu kühlende Oberfläche überströmt. Hierbei kommt es bei einer entsprechenden Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit zu keiner Kraftbeaufschlagung der Oberfläche und demnach auch nicht zu einer Deformati¬ on. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass durch das Kühlmedium die dem Induktor abgewandte Oberfläche ge¬ kühlt wird. Erfolgt eine beiderseitige Kühlung der mitei¬ nander zu verschweißenden Bauteile, dann ist lediglich das thermoplastische Matrixmaterial an der Grenzfläche der überlappend miteinander zu verbindenden Bauteile schmelzflüssig, also an den sich berührenden Oberflächen, die miteinander verbunden werden sollen.
Nach einer Weiterbildung wird die gekühlte Oberfläche durch eine Anpressvorrichtung beaufschlagt. Die abgekühl¬ te und damit relativ druckfeste Oberfläche wird durch die beispielsweise eine Anpressrolle und eine Gegenrolle um¬ fassende Anpressvorrichtung beaufschlagt, um das plasti- fizierte Matrixmaterial der zu fügenden Bauteile zu ver¬ binden und gleichzeitig die einzelnen Lagen des Faser- Kunststoff-Verbundes miteinander zu verpressen.
Zweckmäßigerweise wird als Kühlmedium Druckluft, Inertgas oder eine Flüssigkeit verwendet.
Zur Einstellung eines bestimmten Temperaturbereiches an der Oberfläche wird vorzugsweise das Kühlmedium tempe¬ riert, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur der Oberfläche der zu verschweißenden Bauteile in der Fü¬ gezone .
Um die Oberfläche beim Erwärmen der zu verschweißenden Bauteile nicht zu verändern, wird bevorzugt der Induktor beabstandet zu der Oberfläche über die Fügezone der zu verschweißenden Bauteile geführt.
Eine Schweißvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des zuvor erläuterten Verfahrens, umfasst einen Induktor zur Erwärmung eines thermoplastischen Matrixmaterials ei¬ nes Faser-Kunststoff-Verbundes in einer Fügezone zu ver¬ schweißender Bauteile, wobei dem Induktor eine Kühlein¬ richtung zum Austrag eines Fluides nachgeordnet oder zu¬ geordnet ist.
Der Induktor und die Kühleinrichtung können in ein ge¬ meinsames Bauteil integriert sein bzw. mit einem gemein¬ samen Handhabungsgerät über die Fügezone der zu ver¬ schweißenden Bauteile geführt werden, sodass Induktions¬ schweißen mit dem unmittelbaren Kühlen der Oberfläche re¬ lativ schnell und aufgrund eines verhältnismäßig geringen apparativen Aufwandes kostengünstig zu realisieren ist. Hierbei ist es auch möglich, die Kühleinrichtung derart in den Induktor zu integrieren, dass beim Erwärmen des thermoplastischen Matrixmaterials die der Kühleinrichtung zugewandte Oberfläche gekühlt wird. Es ist möglich, das Fluid durch den Induktor hindurch zu leiten bzw. die Küh¬ leinrichtung in den Induktor einzusetzen.
Um die Oberfläche zu kühlen, strömt zweckmäßigerweise das Fluid aus der Kühleinrichtung auf die dem Induktor zuge¬ wandte und/oder abgewandte Oberfläche der Fügezone der zu verschweißenden Bauteile. Sonach ist die Oberfläche der zu koppelnden Bauteile formstabil für die nachfolgenden Fertigungsschritte und ein Delaminieren oder dergleichen bzw. eine thermische Schädigung der Bauteile ist wirksam verhindert .
Zum gerichteten Austrag des Fluides aus der Kühleinrich¬ tung umfasst die Kühleinrichtung mindestens eine Düse zum gerichteten Ausströmen von Druckluft oder einem Inertgas oder einer Flüssigkeit als Kühlmedium. Die Düse kann sich beispielsweise im Zentrum des Induktors befinden oder be¬ abstandet zu diesem angeordnet sein.
Damit an der zu kühlenden Oberfläche ein definierter Tem¬ peraturbereich eingestellt werden kann, ist bevorzugt ei¬ ne Regeleinrichtung für die Menge und/oder Temperatur des Kühlmediums der Kühleinrichtung zugeordnet. Bevorzugt ist ein Thermometer oder Pyrometer zur Erfassung der Tempera¬ tur der Oberfläche in der Fügezone mit der Regeleinrich¬ tung verbunden. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Kühleinrichtung eine, insbesondere als mindestens eine Anpressrolle aus¬ gebildete, Konsolidierungsvorrichtung nachgeordnet.
Im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Verfahren wird ein Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbund mit einem thermoplastischen Matrixmaterial verwendet. Die Kohlen¬ stofffaser ist zum Induktionsschweißen hinreichend leit¬ fähig und weist eine verhältnismäßig hohe Anzahl Kreu¬ zungspunkte auf, um eine zum Verschweißen erforderliche Erwärmung des Matrixmaterials aufgrund von Widerstands¬ verlusten durch die Induktion von Wirbelströmen zu erzie¬ len .
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nach¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Ausfüh¬ rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer An¬ ordnung mit einer Schweißvorrichtung für die Durchführung des Verfahrens und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer An¬ ordnung nach Fig. 1 in alternativer Aus¬ gestaltung . Die Schweißvorrichtung 1 umfasst einen mit einem Genera¬ tor 2 verbundenen Induktor 3, dem eine Kühleinrichtung 4 nachgeordnet ist, wobei die Richtungsangaben relativ auf den Induktor 3 bzw. dessen durch einen Pfeil 15 darge¬ stellte Vorschubrichtung bezogen sind.
Die Kühleinrichtung 4 umfasst im Wesentlichen eine auf die dem Induktor 3 zugewandte Oberfläche 5 der zu über¬ lappend zu verbindenden Bauteile 6 gerichtete Düse 7 zum Austrag eines Fluides zur Kühlung der durch den induzier¬ ten Wirbelstrom erwärmten Oberfläche 5, wobei das Fluid in einem Vorratsbehälter 8 bevorratet ist, der über eine Regeleinrichtung 9 für die Menge bzw. Temperatur des Flu¬ ides mit der Düse 7 in Strömungsverbindung steht. Zur Re¬ gelung der Temperatur ist im Bereich der Düse 7 ein Ther¬ mometer 10 vorgesehen, das mit der Regeleinrichtung 9 ge¬ koppelt ist und eine oberflächennahe Temperatur des Bau¬ teils 6, das aus einem Kohlenstofffaser-Verbund- Kunststoff mit einem thermoplastischen Matrixmaterial be¬ steht, erfasst.
Der Düse 7 der Kühleinrichtung 4 kann eine Anpressrolle 11 mit einer Gegenrolle 12 einer Konsolidierungsvorrich¬ tung 13 nachgeordnet sein. Im Weiteren ist es möglich, auch die dem Induktor 3 abgewandte Oberfläche 5 mittels einer weiteren Düse 7 zum Austragen des Kühlmittels zu kühlen .
Durch die Induktion der Wirbelströme in die Fügezone 14 der zu verschweißenden Bauteile 6 erfolgt aufgrund der Widerstandsverluste eine Durchwärmung der Bauteile 6. Da unmittelbar nach dem Induktor 3 die Kühlmittel ausströ- mende Düse 7 über die Fügezone 14 geführt wird, erfolgt eine Abkühlung der Oberfläche 5 der Bauteile 6, wodurch eine thermische Schädigung, insbesondere eine Delaminati- on der Bauteile 6 verhindert ist.
Selbstverständlich kann die Kühleinrichtung 4 auch in den Induktor 3 integriert sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist, und die Oberfläche 5 der Bauteile 6 in der Fügezone 14 beim Erwärmen kühlen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei ist es möglich, den Induktor 3 quasi als Wendel zu gestalten und die Düse 7 zum Austragen des Kühlmittels in dessen Zentrum zu platzieren. Um auch unmittelbar in Induktions- und Kühlbereich die oberflächennahe Tempera¬ tur zu messen, befindet sich auch das mit der Regelein¬ richtung 9 gekoppelte Thermometer 10 innerhalb des zent¬ ralen Freiraums des Induktors 3. Die Temperatur der dem Induktor 3 zugewandten Oberfläche 5 der Bauteile 6 wird in der Fügezone 14 derart eingestellt, dass sie nicht aufgeschmolzen wird. Eine Erwärmung zum Schweißen findet in einer größeren Tiefe beabstandet zur Oberfläche 5 statt. Eine Veränderung des Zustandes der Oberfläche 5 des Bauteils 6 wird vermieden.
Bezugszeichenliste
1. Schweiß orrichtung
2. Generator
3. Induktor
4. Kühleinrichtung
5. Oberfläche
6. Bauteil
7. Düse
8. Vorratsbehälter
9. Regeleinrichtung
10. Thermometer
11. Anpressrolle
12. Gegenrolle
13. KonsolidierungsVorrichtung
14. Fügezone
15. Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Induktionsschweißen von Faser-Kunststoff- Verbunden mit einem thermoplastischen Matrixmaterial, wobei ein Induktor (3) über die Fügezone (14) der zu verschweißenden Bauteile (6) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (4) dem Induktor (3) nachgeführt oder gemeinsam mit dem Induktor geführt wird, wobei mittels der Kühleinrichtung (4) die dem In¬ duktor (3) zugewandte Oberfläche (5) des Faser- Kunststoff-Verbundes derart gekühlt wird, dass sie nicht aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein aus der Kühleinrichtung (4) ausströmendes Kühlmedium die dem Induktor (3) zugewandte Oberfläche (5) gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Kühlmedium die dem Induktor (3) ab¬ gewandte Oberfläche (5) gekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Oberfläche (5) durch ei¬ ne Anpressvorrichtung beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium Druckluft, Inertgas oder eine Flüssigkeit verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium temperiert wird, ins¬ besondere in Abhängigkeit von der Temperatur der Ober¬ fläche (5) der zu verschweißenden Bauteile (6) in der Fügezone ( 14 ) .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (3) beabstandet zu der Oberfläche (5) über die Fügezone (14) der zu verschwei¬ ßenden Bauteile (6) geführt wird.
8. Schweißvorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Induktor (3) zur Erwärmung eines thermoplastischen Mat¬ rixmaterials eines Faser-Kunststoff-Verbundes in einer Fügezone (14) zu verschweißender Bauteile (6), dadurch gekennzeichnet, dass dem Induktor (3) eine Kühleinrich¬ tung (4) zum Austrag eines Fluides nachgeordnet oder zu¬ geordnet ist, die die dem Induktor (3) zugewandte Ober¬ fläche (5) des Faser-Kunststoff-Verbundes derart kühlt, dass sie nicht aufgeschmolzen wird.
9. Schweißvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus der Kühleinrichtung (4) auf die dem Induktor (3) zugewandte und/oder abgewandte Oberflä¬ che (5) der Fügezone (14) der zu verschweißenden Bautei¬ le (6) strömt.
10. Schweißvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (4) mindestens eine Düse (7) zum gerichteten Ausströmen von Druckluft oder einem Inertgas oder einer Flüssigkeit als Kühlmedi- um umfasst .
11. Schweißvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (7) in den vorzugsweise wendei¬ förmigen Induktor (3) integriert bzw. in einen zentralen Freiraum des Induktors (3) eingesetzt ist.
12. Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (9) für die Menge und/oder Temperatur des Kühlmediums der Kühleinrichtung (4) zugeordnet ist.
13. Schweißvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermometer (10) oder Pyrometer zur Erfassung der Temperatur der Oberfläche (5) in der Füge¬ zone (14) mit der Regeleinrichtung (9) verbunden ist.
14. Schweißvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermometer (10) in den vorzugsweise wendeiförmigen Induktor (3) integriert bzw. in einen zentralen Freiraum des Induktors (3) eingesetzt ist.
15. Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühleinrichtung (4) ei¬ ne, insbesondere als mindestens eine Anpressrolle (11) ausgebildete, Konsolidierungsvorrichtung (13) nachgeord¬ net ist.
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