Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Praxisrelevante Aspekte des Stempelnietens für Organoblech-Metall-Hybridverbindungen

Klassische mechanische Verbindungstechniken verursachen Spannungskonzentrationen an der Fügestelle und führen bei Organoblechen aufgrund einer beschädigten Gewebestruktur zur Reduzierung der Tragfähigkeit, denn Bohr- und Schneidvorgänge vor oder beim Fügevorgang verursachen unerwünschte Faser- und Zwischenfaserbrüche. Bei Hybridverbindungen bildet das Organoblech dadurch die versagensrelevante Komponente. Für eine höherwertige Ausnutzung des Leichtbaupotenzials werden werkstoffgerechte Verbindungstechniken benötigt.

Mit der Entwicklung des „Stempelnietens“ wird der Zustand für Hybridverbindungen verbessert. Das Fügeprinzip beruht auf der Umformung des Organoblechs zur Ausbildung eines Formschlusses zwischen den beiden Fügepartnern. Ein Umformen der Metallkomponente ist nicht notwendig, sodass diese beliebig wählbar ist. Das Organoblech wird zunächst im Fügebereich plastifiziert und anschließend mit einem Stempel durch den vorgelochten metallischen Fügepartner zu einer Nietkopf-Ausformung durchgesetzt. Aufgrund eines definierten Schnitts im Organoblech werden die Fasern beim Fügen kontrolliert umgelenkt und nicht beschädigt. Das Verfahren eignet sich auch für dünne Organobleche (1-2mm) mit Einsatz im Mobilitätssektor. Vorteilhaft sind die Verarbeitungskosten, da auf Fügeelemente verzichtet wird. Zudem fällt die Anlageninvestition aufgrund der niedrigen Anforderungen hinsichtlich Steifigkeiten und Fügekraft relativ klein aus. Somit gestalten sich Anlage und Verfahrensaufbau einfach und kostengünstig, wodurch das Verfahren besonders für KMU interessant ist.

Im ersten Projekt wurde bereits die Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen und es hinsichtlich der Struktur des Verbindungspunktes, der Geometrie der Umformwerkzeuge sowie des statischen und dynamischen Zugverhaltens in verschiedene Belastungsrichtungen charakterisiert. Im beantragten Projekt werden die zuvor gewonnenen Erkenntnisse vertieft und das Verfahren für den industriellen Einsatz finalisiert.