Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schwingfestigkeit durch Einpressen erzeugter Blechabschnitte

Das angestrebte Forschungsvorhaben wird mit der Zielstellung verfolgt, für umformtechnische Blechabschnitte, welche beispielsweise beim Verfahrensablauf der Einbringung eines Funktionselementes vorliegen, einen Nachweis der Schwingfestigkeit mittels Nennspannungskonzept zu führen. Der Lösungsweg wird sowohl experimentell als auch numerisch beschritten. So sollen einerseits Nennspannungs-Wöghlerlinien zur Einordnung der Kerfälle generiert werden. Andererseits soll mithilfe der Finite Elemente Methode und der Anwendung örtlicher Spannungskonzepte die Nachweisführung an umgeformten Blechabschnitten bei Presselementen erfolgen.

Der konkrete Nutzen insbesondere für KMU-Anwender kann in der Beseitigung von Unsicherheiten bei der Verwendung von Funktionselementen gesehen werden. Mit Hilfe der erarbeiteten Bemessungsregeln (z. B. Ermüdungsnachweis) sollen aufwendige und kostenintensive Versuche reduziert oder gänzlich vermieden werden. Die Systemanbieter der Funktionselemente erwarten durch die Abschaffung der Unsicherheiten infolge des Forschungsvorhabens ein wesentlich breiteres Anwendungs- und Absatzspektrum über die bisherigen Märkte der Automobilindustrie hinaus.

Von den Ergebnissen dieses Projektes können zum einen Fügeelementhersteller und Konstruktionsbüros profitieren sowie die Zulieferindustrie für Schienenfahrzeuge, aber auch für den LKW-, Landmaschinen und Baumaschinenbau.

Ergebniszusammenfassung:

Als Ergebnis des Forschungsvorhabens liegen experimentell ermittelte statische Beanspruchbarkeiten sowie zyklische Beanspruchbarkeiten für praxisrelevante Kerbdetails von Verbindungen mit Presselementen vor. Zudem wurde ein experimenteller Vergleich zum derzeit vermehrt eingesetzten Schweißbolzen angestellt. Die Ergebnisse zeigen grundsätzlich die Anwendungsmöglichkeit umformtechnisch gefügter Pressbolzen als hochfest vorspannbare Verbindungselemente für Verschraubungen. Die Steigerungen der Beanspruchbarkeit durch hochfestes Vorspannen der Verbindung konnte aufgezeigt werden. Daraus ergeben sich neue u. erweiterte Anwendungsmöglichkeiten für das Mechanische Fügen und insbesondere die Verwendung von Presselementen, welche alternativ zum Schweißbolzen ein tragfähiges Gewinde bereitstellen.

Als weitere Ergebnisse des Forschungsvorhabens konnten ebenso erfolgreich der Verfahrensablauf des mechanischen Fügens (Einpressen des Pressbolzens in das Trägerbauteil) sowie die Beanspruchung im daraus hervorgegangenen Befestigungsabschnitt durch numerische Simulation abgebildet und daraus ein rechnerisches Bewertungskonzept für Presselementverbindungen abgeleitet werden. Die hieraus entstandenen Untersuchungen insbesondere auch zur Modellierung der Kontaktbedingungen sowie die Entwicklung von einfachen FE-Ersatzmodellen besitzen für die Festigkeitsbewertung von Funktionselementverbindungen (FEV) enorme praktische Relevanz in Bezug auf den notwendigen Modellierungsaufwand sowie die Rechenkapazitäten.

Anhand der Projektergebnisse wird Ingenieurbüros, Systemherstellern sowie Anwendern die Möglichkeit eröffnet, mechanisch gefügte Presselementverbindungen hinsichtlich ihrer zyklischen Beanspruchbarkeit zu bewerten sowie diese Bewertung in den Rahmen der gängigen Bewertungskonzepte anderer Verbindungen einzuordnen. Das innerhalb des Vorhabens entwickelte strukturelle Vorgehen für FEV wird zudem auf gerade angelaufene u. zukünftige Forschungsvorhaben adaptiert werden.