Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermüdungsfestigkeit halbhohlstanzgenieteter FKV-Metall-Hybridverbindungen

Für die Großserienfertigung besteht seitens der Industrie die Forderung nach automatisierbaren, vorlochfreien Fügeverfahren, die eine hohe Prozesssicherheit und kurze Prozesszeiten gewährleisten. Beim Einsatz von FKV-Metall-Strukturen ist daher das Stanznieten als vorlochfreies, umformtechnisches Fügeverfahren zunehmend in den Fokus gerückt. Die Auswirkungen von setzprozessinduzierten Schädigungen und die verschiedenartigen Schädigungsmechanismen im Vergleich zu den metallischen Werkstoffen sind hinsichtlich der Ermüdungsbelastung stanzgenieteter FKV-Metall-Hybridverbindungen nach aktuellem Stand der Technik unzureichend betrachtet worden.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Schädigungs- und Versagensmechanismen bei Ermüdungsbelastung unter Berücksichtigung des FKV-Werkstoffes, der Klebstoffart und weiterer mechanisch-medialer Belastungen. Hierfür werden anfangs die mechanischen Eigenschaften der Grundwerkstoffe bezüglich der Ermüdungsfestigkeit und der Schädigungsausbreitung charakterisiert. Anschließend erfolgt die Fügepunktbemusterung entsprechend der Anforderungen einer ermüdungsbelasteten FKV-Metall-Hybridverbindung, worauf folgend die charakteristischen Versagens- und Schädigungsmoden der Verbindung unter Berücksichtigung des elementaren Stanznietens, dem elementaren Kleben und dem Hybridfügen ausgearbeitet werden.

Die im Projekt durchgeführten Untersuchungen minimieren beim Anwender die Unsicherheiten, helfen bei der Bemusterung, Auslegung und Qualifizierung der stanzgenieteten FKV-Metall-Hybridverbindung und geben dem Anwender, insbesondere KMU, Hinweise sowie Handlungsempfehlungen für die Gestaltung und Charakterisierung von FKV-Metall-Hybridverbindungen.

Ergebniszusammenfassung:

Die in dem Forschungsvorhaben erzielten experimentellen Ergebnisse bilden die Grundlage für KMU, halbhohlstanzgenietete und hybrid gefügte Verbindungen mit FKV- und Aluminium praxisgerecht auszuführen, auszulegen und die Besonderheiten der FKV-Werkstoffe hinsichtlich des Schädigungs- und Versagensverhaltens zu berücksichtigen. Hierbei ist insbesondere der betrachtete FKV-Werkstoffeinfluss zu nennen, wodurch die partizipierenden Unternehmen unterschiedliche Werkstoffsysteme zielgerichteter und gemäß der Anwendung einsetzen können. Das Knowhow reicht hierbei vom FKV-Grundwerkstoff, über vorgelochte Verbindungen bis hin zu stanzgenietet hergestellten Verbindungen. Neben den Verbindungseigenschaften sind auch die angewendeten und realisierten Randbedingungen der Fügepunktgestaltung eine wesentliche Schlüsselkompetenz, die KMU für die praktische Anwendung benötigen. Die ermittelten Parametergrenzen der Fügepunktbemusterung sind hierbei für die optimale Ausgestaltung der Verbindungen essentiell und ein wesentlicher Wissensgewinn. Der Einsatz der hybridgefügten Verbindungen schafft zudem ein Vertrauen in die Bewertung und Qualifizierung der Fügeverbindungen beim Einsatz von FKV. Die in der praktischen Anwendung vorherrschenden medialen Einflussfaktoren, wie beispielsweise Temperatur und Feuchte sind ebenfalls eine Schlüsselkomponente, die die Werkstoffeigenschaften des FKV beeinflussen. Hierzu wurden umfassende Versuche durchgeführt, die den Einfluss dieser auf die mechanischen Eigenschaften der Verbindungen klassifizieren und entsprechende Abminderungen aufzeigen, die in der Anwendung Berücksichtigung finden können eine optimierte Verbindungsauslegung zu ermöglichen.