Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Vorlochfreies Setzen von Funktionselementen mittels Fließformen

Profilintensive Tragwerkstrukturen aus Aluminium erlangen einen zunehmend höheren Stellenwert zur Umsetzung von Leichtbaulösungen. Aufgrund der einseitigen Zugänglichkeit zum Einbringen tragfähiger Gewinde in diese oftmals geschlossenen Profile, ist die Auswahl der Funktionselemente aus Stahl stark begrenzt. Blindnietmuttern zeigen hier ein hohes Einsatzpotenzial. Die aufwendigen Prozesse zur Vorlocheinbringung und dem Setzen der Mutter in eine geschlossene Profilstruktur erfordern jedoch hohe Fertigungszeiten. Basierend auf dieser Ausgangslage zielt das Forschungsvorhaben darauf ab, das vorlochfreie Einbringen von Funktionselementen mittels Fließformen bei einseitiger Zugänglichkeit der Fügestelle zu entwickeln.

Der Lösungsweg sieht vor, nach der Abstimmung der Randbedingungen mit einer sich anschließenden Charakterisierung der Referenzverbindungen, verschiedene vorlochfreie Blindnietmuttersysteme zu konzeptionieren. Basierend auf der Definition der anlagenspezifischen Anforderungen sowie der Bewertungskriterien der Verbindungsqualität, werden die ausgewählten Konzepte detailliert. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf dem sich ausbildenden Durchzug sowie dem Kragen am Fügeteilwerkstoff, welche maßgebenden Einfluss auf die Verbindung haben. In diesem Zusammenhang werden variierende Spitzengeometrien sowie Beschichtungssysteme untersucht und die optimale Schließkopfausbildung mithilfe der numerischen Simulation iterativ entwickelt. Vor der Erstellung des Abschlussberichts rundet eine umfangreiche Charakterisierung der Verbindungseigenschaften den Arbeitsplan ab.

Die Forschungsergebnisse ermöglichen es, Unternehmen aus dem Bereich der Profil-Halbzeug-Herstellung und -Weiterverarbeitung, zu welchem insbesondere KMU zählen, durch die Entwicklung des kombinierten Vorloch- und Fügeprozesses, die Effizienz ihrer Fertigung weiter zu steigern. Systemlieferanten fungieren ferner als Multiplikatoren und erschließen für die Systeme weitere Anwendungsfelder.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein vorlochfreies Blindnietmuttersystem zur Integration tragfähiger Mutterngewinde in Trägerbauteile aus Aluminium entwickelt. Hierzu wurden zunächst konventionelle Blindnietmutterverbindungen charakterisiert, welche die Referenzverbindungen gegenüber der zu entwickelnden, modifizierten Blindnietmutter darstellen. Anhand festgelegter Bewertungskriterien wurde eine optimale Spitzengeometrie für das Fließlochformen erarbeitet, welche zunächst in der Konzeptionierungsphase der unterschiedlichen fließlochformenden Blindnietmutternsysteme berücksichtigt wurde. Nach der Festlegung des zu entwickelnden fließlochformenden Blindnietmutternsystems wurde der Umformbereich des Funktionselementes zur optimalen Schließkopfausbildung, im mittels Fließlochformen hergestellten Durchzug, mit Hilfe der numerischen Simulation modifiziert. Unter Berücksichtigung des Funktionselementwerkstoffes erfolgte eine erneute Anpassung und tiefergehende Untersuchung des Fließlochformens bei unterschiedlichen Randbedingungen zur Ausbildung eines für das umformtechnische Fügen optimalen Durchzuges. Im Rahmen der sich anschließenden Verbindungsherstellung unter Einsatz der fließlochformenden Blindnietmuttern mittels eines Ersatzversuches, konnte eine Blindnietmutterngeometrie mit einer optimalen Schließkopfausbildung im Durchzug iterativ erarbeitet werden. Abschließend wurden sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Verbindungseigenschaften sowie die Dichtheit unter Verwendung der fließlochformenden Blindnietmuttern ermittelt.