Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer neuartigen Fügetechnik für Organoblech-Hybridverbindungen

Entwicklung einer neuartigen Fügetechnik für Organoblech-Hybridverbindungen

Mit der neuartigen angestrebten Fügetechnologie (Organoblechnieten) soll die Organoblech-Hybridverbindung ähnlich wie beim Clinchen oder thermomechanischen Ausformfügen (TAF) ohne Zusatzelement, wie bspw. einen Niet oder eine Schraube realisierbar sein. Das Fügeprinzip basiert in diesem Fall jedoch im Gegensatz zum Clinchen und TAF auf einer Umformung des Organoblechs zur Ausbildung eines Formschlusses zwischen beiden Fügepartnern. Um das Organoblech umzuformen, muss dieses zunächst lokal plastifizert werden. Das Aufschmelzen allein ermöglicht keine ausreichende Umformung des Organoblechs, da das Endlosfasergewebe durch die nicht plastifizierten Bereiche des Organoblechs in Position gehalten wird. Deshalb muss das Organoblech im Bereich der Fügeverbindung definiert vorgeschädigt werden, so dass die einzelnen Faserbündel in der Art umgeformt werden können, dass sich ein formschlüssiger Hinterschnitt zwischen dem Organoblech und dem Fügepartner ausbildet.

Eine neuartige verbesserte Verbindungstechnik sowie Verarbeitung neuer Werkstoffe vergrößert das Produktspektrum erheblich und führt damit direkt zu Wettbewerbsvorteilen deutscher KMU, die bessere Produkte anbieten oder bisherige Produkte günstiger herstellen können. Da für die Umsetzung der Projektergebnisse keine patentierte Technologie nötig ist, können KMU direkt tätig werden. Denkbar wäre der Einsatz vom Organoblechnieten bspw. zur Verbindung von strukturellen Faserverbundkunststoffteilen mit Metallblechen oder anderen Fügepartnern in der Automobilindustrie (Bsp.: Frontend).

Folgende Vorteile entstehen u. a. gegenüber bisher bekannten Fügetechniken:

• Aufwendige Prozessschritte wie bspw. die Umformung der Metallplatine oder ein Einlegen der Fügeelemente entfallen.

• Reduzierung der Anzahl der Teile: Keine Zusatzelemente wie Niete oder Schrauben notwendig.

• Einseitige Fügeoperation: Der mechanische Fügevorgang wird einseitig ausgeführt.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens generierten Ergebnisse ergeben ein grundlegendes und wertvolles Prozesswissen zur Verarbeitung von thermoplastischen FVK und Metallen auf einfachen pneumatischen Nietanlagen. Durch gezielte Erarbeitung der Prozessführung und Charakterisierung konnte eine neuartige Fügetechnik für Produkte mit Leichtbaucharakter entwickelt werden.

Dabei wurde ein Konzept für eine Fügeanlage erarbeitet, welches die für das Verfahren benötigten Geometriegrößen herausstellt. Anhand der Ergebnisse können für die jeweilige Anwendung die Geometriegrößen und Randbedingungen im Hinblick auf Erwärmung, Positionierung und Handhabung der Fügeteile direkt festgelegt werden. Die Fügeverbindung wurde hinsichtlich Ihrer Eigenschaften charakterisiert und ihre Leistungsfähigkeit herausgestellt. Die ermittelten mechanischen Eigenschaften können für unterschiedliche FVK-Typen direkt übernommen werden, um neuartige Produkte und Bauteile zu entwickeln. Durch die durchgeführten zyklischen Langzeituntersuchungen sind zudem Abminderungsfaktoren für die Berücksichtigung der Gesamtlebensdauer bekannt. Die mechanischen Eigenschaften zeigen vergleichbare Ergebnisse zu aktuell am Markt verfügbaren Fügetechniken. Dennoch benötigt das Verfahren kein zusätzliches Fügeelement.

Durch die Nutzung der Ergebnisse können Industrieunternehmen Kosten für teure Fügeverfahren und -anlagen einsparen. Die Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften des FVK ist mit einer Kostenreduzierung verbunden und verschafft Wettbewerbsvorteile. Somit wird die Möglichkeit bereitgestellt, auf kostengünstigen Montageanlagen, die neuartige Fügetechnik in Prozesse zu implementieren und für neue Produkte einzusetzen.

Die Anwendungsmöglichkeiten des neuen Verfahrens liegen bspw. in der Verbindung von semi-strukturellen FVK-Teilen mit Metallblechen in der Automobilindustrie. Mögliche Bauteile/ Baugruppen sind Sitzschalen, Rücklehnen, Frontend-Montageträger, Fensterlaufschienen oder Türmodule im Fahrzeug.