Thermische Simulation des Laserdurchstrahlschweissprozesses von teilkristallinen Thermoplasten

Häufi g müssen zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit von komplexen Bauteilsystemen aus Kunststoffen Fügeverfahren eingesetzt werden, da der Komplexität der Bauteilgeometrien, die sich im Spritzgiessprozess herstellen lassen, sowohl technische als auch wirtschaftliche Grenzen gesetzt sind. Der Fügeprozess selbst stellt in der Regel einen der letzten Schritte in der Prozesskette dar, daher ist dieser Schritt häufig für die Funktionsfähigkeit eines Bauteils entscheidend. Das Laserdurchstrahlschweissen konnte sich aufgrund fortschreitender Maschinen und Prozessentwicklung in den letzten Jahren zunehmend als Fügeverfahren in der industriellen Serienfertigung etablieren. Eine realitätsnahe Simulation des Erwärmvorgangs verbessert zum einen das Prozessverständnis, da eine effizientere Prozesskontrolledurch Kenntnis der Fügenahttemperaturen möglich ist. Zum anderen wird die Kenntnis über optimale Schweissprozessparameter die Prozesseinrichtung erleichtern und verkürzen, sodass auf experimentelle, zeit- und kostenaufwendige Versuche zur Bestimmung geeigneter Schweissprozessparameter verzichtet werden kann. Auch die Möglichkeit zur Berechnung des aufgeschmolzenen Volumens in der Fügenaht kann einen entscheidenden Beitrag zur Bauteilauslegung leisten. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein thermisches Simulationsmodell entwickelt,das den Anwender des Laserdurchstrahlschweissens dabei unterstützt, den Prozess schneller und zuverlässig einzurichten. Das entwickelte thermische Simulationsmodell beschreibt den Erwärm- und Abkühlprozess während des Laserdurchstrahlschweissens von Thermoplasten für das Simultan- und das Konturschweissverfahren. Um Berechnungsergebnisse mit praxisrelevanter Genauigkeit zu erhalten, müssen die Eingangsdaten in das Modellpräzise bestimmt werden. Die Eingangsdaten bestehen aus den thermischen Materialeigenschaften (spezifi sche Wärmekapazität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit), den optischen Materialeigenschaften und den Eigenschaften der