Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung des Stanzstauchnietens zum Fügen von Leichtbaustrukturen

Stanznietverfahren sind wichtige Fügeverfahren bei der Umsetzung von Leichtbaustrukturen im Automobilbau sowie in anderen Industriezweigen. Allerdings stoßen die bestehenden Verfahren wie das Voll- oder Halbhohlstanznieten bei bestimmten Anwendungsfällen (z.B. Fügen spröder Leichtbauwerkstoffe, Fügerichtung "weich in fest") an ihre Verfahrensgrenzen.

Als Lösungsansatz wird im vorliegenden Projektantrag die neue Verfahrensvariante „Stanzstauchnieten“ vorgeschlagen, welche bei den oben genannten Herausforderungen großes Potenzial aufweist und einen Beitrag für die wirtschaftliche Umsetzung von Konstruktionen in verschiedenen Branchen der Fertigungstechnik leisten kann.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung des neuen Fügeverfahrens Stanzstauchnieten, welches deutliche Alleinstellungsmerkmale in Bezug auf die Erweiterung des Anwendungsbereiches aufweist. Durch die im Projekt geplante numerische Prozessentwicklung können effektiv und wissenschaftlich die bestmöglichen Prozessparameter, Nietgeometrien und Nietwerkstoffe für das Stanzstauchnieten bei unterschiedlichen Anwendungsfällen ermittelt werden.

Das Thema Leichtbau gewinnt aufgrund der verstärkten Bestrebungen in Bereichen Elektromobilität, Umweltschutz und Ressourceneffizienz immer weiter an Bedeutung. Aus der Notwendigkeit geeignete Fügetechnologien für immer anspruchsvollere Fügepaarungen bereitzustellen, ergibt sich ein entsprechender Markt für die Systemhersteller (KMU) und Zulieferer (KMU). Aus der im Projekt angestrebten Entwicklung des neuen Verfahrens Stanzstauchnieten können sich neuen Produkte, wie Nietelemente oder Anlagensysteme, ergeben. Dadurch besteht die Möglichkeit, bestehende Geschäftsfelder der Fügesystemlieferanten deutlich zu erweitern. Das Projekt trägt dazu bei, die Produkte der Systemhersteller bezüglich dieser Herausforderungen weiterzuentwickeln und das Know-how der Zulieferer im Bereich mechanisches Fügen auszubauen.

Ergebniszusammenfassung:

Stanznietverfahren wie das Halbhohlstanznieten oder Vollstanznieten sind Standardtechniken zum Verbinden von Aluminium- und Stahlblechen im automobilen Multimaterialbau. Dennoch gibt es nach wie vor verfahrensspezifisch verschiedene Herausforderungen beim mechanischen Fügen von Aluminium- und Stahlblechen sowie Magnesium- oder Aluminiumdruckgussteilen. Diese sind unter anderem das Fügen spröder Werkstoffe, die verzögerte Rissbildung hochfester Aluminiumwerkstoffe, das Fügen dünner Materialstärken sowie die Butzenabfuhr und Bauteildeformation speziell beim Fügen höchstfester Stahlwerkstoffe.

Im Projekt wird das Stanzstauchnieten, eine neue Methode zum zuverlässigen und qualitativ hochwertigen Fügen dieser Materialien, systematisch untersucht und entwickelt. Wesentliche Vorteile dieses Verfahrens sind unter anderem die Möglichkeit der beidseitigen Bündigkeit der Verbindung, die Flexibilität des Prozesses in Bezug auf die Fügerichtung sowie eine geringere Umformung der Fügeteile. Dieses Verfahren bedingt jedoch die Realisierung eines zweistufigen Fügeprozesses.

Auf der Grundlage konventioneller Vollstanznietbemusterungen wurden Simulationsmodelle aufgebaut und validiert. Anschließend konnten mithilfe von verschiedenen numerischen Sensitivitäts- und Prozessanalysen signifikante Einflussgrößen und Konstruktionsparameter für das Stanzstauchnieten ermittelt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sind folglich experimentelle Fügeverbindungen erzeugt, quasistatische und zyklische Festigkeitskennwerte mit und ohne Klebstoffeinsatz ermittelt, sowie die Klebstofftaschenbildung und Bauteildeformation analysiert und diese dem konventionellen Vollstanznieten gegenübergestellt worden.

Das Anwendungsgebiet der mechanischen Fügetechnik konnte somit erweitert werden.