Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einseitiges Widerstandselementschweißen für die stahlintensive Mischbauweise

Das Forschungsvorhaben beabsichtigt die Untersuchung und Qualifizierung des Widerstandselementschweißens bei einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle. Das Widerstandselementschweißen ist ein Fügeverfahren, welches die Verbindungausbildung zwischen NE-Werkstoffen (z. B. Aluminium, faserverstärkte Kunststoffe) und Stahlwerkstoffen ermöglicht. Dabei wird der NE-Werkstoff von dem Schweißprozess entkoppelt, sodass die stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Hilfsfügeelement und dem basisblechseitig angeordneten Stahlwerkstoff entsteht und das NE-Deckblech per Form- und Kraftschluss angebunden ist. Stand der Technik ist die Nutzung des Widerstandselementschweißens per zweistufiger Prozessabfolge und bei zweiseitiger Zugänglichkeit und somit stets mit Gegenlage.

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, ist ein einseitiger Fügeprozess vorgesehen. Neben der Feststellung der Machbarkeit, werden die Prozessgrenzen ermittelt und die entstandenen Verbindungen bzgl. ihrer Eigenschaften hin untersucht.

Die Umsetzung der gewonnenen Ergebnisse markiert einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung des Widerstandselementschweißens und der wirtschaftlichen Herstellung zukünftiger stahlintensiver Leichtbaustrukturen bei nur einseitiger Zugänglichkeit, wie z. B. die Profilbauweise im Multi-Material-Design.

Im Forschungsvorhaben sollen Verfahrensgrundlagen dahingehend erarbeitet werden, dass die mechanischen und technologischen Eigenschaften der Verbindung beschrieben und der Fügeprozess charakterisiert werden kann. Die Entwicklung der benötigten Anlagentechnik und Hilfselemente stellen dabei zwei Meilensteine dar. Von den Projektergebnissen profitieren kmU aus den Bereichen der Schweißanlagenhersteller, der Nutzfahrzeugindustrie (Hersteller von Aufliegern, Kabinen oder Fahrgestellen) sowie Zulieferer der Automobilindustrie, letztere durch die Befähigung mit einem wirtschaftlichen Fügeverfahren Leichtbaukonstruktionen in stahlintensiver Mischbauweise zu fertigen.

Ergebniszusammenfassung:

Die Anwendung von ultrahochfesten Stählen bzw. pressharten Stählen im Karosserierohbau hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit ermöglichen speziell die ultrahochfesten Stähle eine Anwendung dünnerer Blechdicken und tragen damit zur Gewichtsreduktion bei. Neben der konventionellen, automobilen Blech-Schalenbauweise mit höchstfesten Stahlgüten existiert u.a. das Konzept des Formleichtbaus mit Hohlprofilen aus warmumformbaren Stählen mit hoher Torsionssteifigkeit. Bei dieser Karosserie-Bauweise muss die Fügetechnik eine ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit bei einer einseitigen Zugänglichkeit zur Fügestelle gewährleisten. Das Widerstandsschweißen stellt aufgrund seiner hohen Wirtschaftlichkeit eine insbesondere bei den KMU aus den Bereichen der Blech- und Profilverarbeitung sehr verbreitete Fügetechnik dar.

Das Forschungsprojekt befasste sich mit der Untersuchung und Qualifizierung des Widerstandselementschweißens (WES) bei einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle. In einer numerischen und experimentellen Analyse zum einseitigen Schweißprozess wurden die entstandenen Verbindungen bzgl. ihrer Eigenschaften untersucht sowie die Prozessgrenzen ermittelt. Hierzu wurden die Verfahrensgrundlagen dahingehend erarbeitet, dass der einseitige Fügeprozess sowie die mechanischen und technologischen Eigenschaften der Verbindungen charakterisiert wurden. Die Entwicklung und Optimierung der erforderlichen Anlagentechnik und Hilfsfügeelemente sowie die Ermittlung von signifikanten Einflussfaktoren und optimalen Prozessparamatern ermöglichen es dem Anwender, die Potentiale des einseitigen Widerstandselementschweißens (eWES) voll auszuschöpfen.

Die Umsetzung der gewonnenen Ergebnisse markiert einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung des WES und der wirtschaftlichen Herstellung zukünftiger stahlintensiver Leichtbaustrukturen bei nur einseitiger Zugänglichkeit zur Fügestelle, wie z.B. die Profilbauweise im Multi-Material-Design.