DVS_Bericht_394LP

liegt bei identischen Simulationsbedingungen eine Temperatur < 800°C vor, womit das Erreichen einer konstanten
Abkühlrate möglich ist, was einer homogenen Prozessführung dienlich wäre. Unter Verwendung eines
Aluschweißtisches ist festzustellen, dass die Abkühlraten bis zur ca. 40. Schicht signifikant zur Referenz erhöht
sind. Vergleicht man den Effekt der 150°C und 300°C Vorwärmung mit der auf 10°C gekühlten Aluminiumplatte
und reduzierter Umgebungstemperatur, ist zu erkennen, dass die Vortemperierung lediglich in den ersten fünf
Schichten eine merkliche Verminderung aufweist. Zudem variieren die Abkühlraten von permanent- zu vorgekühltem
Schweißtisch in einem vernachlässigbaren Bereich. Mittels der lokalen Temperierungen ist erneut
eine nachhaltige Manipulation des Plateau-Wertes zu beobachten. Die lokale Kühlung zeigt zur dauergekühlten
Aluplatte eine deutlich erhöhte Abkühlrate bis zur ca. 25. Schicht. Von dort an herrscht ein konstanter
Offset von fast 20 K/s. Die lokale Erwärmung führt zu einer Verdoppelung des Plateau-Wertes.
600
Abkühlrate in K/s
500
400
300
200
10°C Substratplatte
20°C Substratplatte (Referenzversuch)
150°C Substratplatte
300°C Substratplatte
500°C Substratplatte
800°C Substratplatte
Lokale Kühlung 200 W (20 mm Nachlauf)
Lokale Erwärmung 200 W (20 mm Nachlauf)
150°C Substratplatte (mit Aluschweißtisch)
300°C Substratplatte (mit Aluschweißtisch)
10°C Aluschweißtisch und 20°C Substratplatte
10°C Aluschweißtisch gekühlt bei 10°C Umgebungst.
100
20
0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
Prozesszeit in s
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Abbildung 8. Zeitabhängiger Verlauf der Abkühlraten bei verschiedenen Temperierungsmethoden
6 Diskussion
Abgelegte Schichten
Die angestellten numerischen Untersuchungen liefern erste Erkenntnisse und Tendenzen hinsichtlich des Einflusses
der konzipierten Substratplattentemperierung sowie lokaler Heiz- und Kühlstrategien. Allerdings sind
die Resultate als erste Näherungs- und Abschätzungsgrundlage anzusehen und nicht bedingungslos in Realbedingungen
übertragbar. Aus diesem Grund gibt es auch einige Diskussionspunkte zu den durchgeführten
Simulationen, welche keineswegs vernachlässigt werden können.
Zuerst ist auf die Vergleichbarkeit des Simulationsmodells mit den realen Gegebenheiten zu verweisen. Vorrangig
sind hier die idealisierten Vorwärm-Betrachtungen zu nennen, welche isoliert durch die Umgebungsluft
erfolgten. Diese beinhalten bewusst keine Modellierung einer vordefinierten Grundplatte, da hierbei die Anforderungen
erst aus den Simulationen abgeleitet werden. Somit dient der Einsatz von Aluminium beispielsweise
zur deutlichen Verbesserung der Kühlwirkung, wohingegen für eine benötigte Vorwärmung ein isolierendes
Material bzw. ein schlechter Wärmeleiter in Betracht gezogen werden sollte. Möchte man beides in einem
Prozess vereinen, ist ein Kompromiss zu treffen. Weiter wurden vereinfacht homogene Substratplattentemperaturen
angenommen. Wie signifikant eine mögliche Inhomogenität von Induktor-basierter Vorwärmung oder
wendelförmig angeordneter Wasserkühlung ist, gilt es in Folgeuntersuchungen festzustellen. Gleiches gilt für
den möglichen Einfluss der vorerst vernachlässigten Spannvorrichtungen. Zudem ist auf die Limitation der
Resultate auf die gegebenen Schweißparameter sowie die definierte Bauteilgeometrie zu verweisen. Eine
allgemeingültige Übertragbarkeit der Resultate ist ohne weitere Untersuchungen nicht gegeben.
Außerdem gilt es, die Modellierungsmethode hinsichtlich des Schmelz- und Erstarrungsprozesses als kritisch
anzusehen. Da im vorliegenden Fall die geometrischen Bauteildaten in der Simulation vorgegeben wurden,
kann keine Aussage zu den resultierenden Abweichungen in der Schweißnaht- bzw. Schichtgeometrie getätigt
werden. Für diesen Fall sind experimentelle Untersuchungen oder geometrieerzeugende Simulationsansätze
zu bevorzugen. Neben der Betrachtung der Geometrien kann ein genauerer Blick auf den modellierten Wärmeeintrag
Informationen zu einer möglichen Abweichung im Schmelz- und Erstarrungsprozess liefern. Dabei
lässt sich anhand der berechneten Temperaturverläufe einschätzen, ob potenziell eine Unterkühlung oder
Überhitzung naheliegend ist, was wiederum im Prozess zu Problemen führen kann und in einer variierenden
Schichtgeometrie resultiert. Wird beispielsweise die Schmelztemperatur nicht über die gesamte vorab definierte
Schichtdicke erreicht, deutet dies auf eine vorliegende Unterkühlung hin (vgl. Abbildung 9 links). Daraus
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