Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Anforderungsprofil für Blindnietverbindungen mit CFK

Mit dem Einzug gesteigerter Leichtbaubestrebungen, allen voran im Zulieferbereich für Kraft- und Nutzfahrzeuge, wird der Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden forciert. Dies stellt die Blindniettechnik hinsichtlich ihrer Verfahrens- und Einsatzgrenzen vor neue Herausforderungen. Mit diesem Forschungsvorhaben sollen die Rahmenbedingungen für den Einsatz der Blindnietverbindung in Faser-Kunststoff- Verbunden erstmals systematisch am Beispiel des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes (CFK) untersucht und abgesteckt werden.

Als Ergbenis werden erstmals Fehlerbilder beim Einsatz von Blindnieten in CFK kategorisiert und ihr Auftreten anhand einzelner Faktoren (Niettyp, Klemmlänge, Vorlochtoleranz, Setzkopfdurchmesser) systematisch untersucht. Aus diesen Untersuchungen lassen sich konkrete Hinweise auf die Verfahrens- und Einsatzgrenzen von Blindnieten in CFK geben.

Die Ergebnisse geben Randbedingungen vor, in denen Blindniete im CFK einzusetzen sind, um charakteristische Fehler zu vermeiden oder zu vermindern. Aus den bisherigen Untersuchungen und Veröffentlichungen ist bekannt, dass sich bestimmte Erscheinungen beim Einsatz von Blindnieten nicht vermeiden lassen. Als Ergebnis soll im Forschungsvorhaben demnach auch erarbeitet werden, inwieweit derartige Erscheinungen Auswirkungen auf die Verbindungsqualität besitzen. Mit der weiterhin durchzuführenden numerischen Simulation soll keine Blindnietentwicklung stattfinden. Vielmehr soll mithilfe der Simulation zunächst zum Prozessverständnis des Blindnietens in CFK beigetragen werden. Dies beinhaltet einerseits die Möglichkeit gezielt bestehende Blindniete werkstofflich und geometrisch zu modifizieren und deren Auswirkungen auf die Verbindungsqualität nachzuvollziehen. Andererseits können mithilfe der Simulation auch Laminatschädigungen und quantifizierbare Größen wie Radialspannungen deutlich gemacht werden.

Ergebniszusammenfassung:

An relevanten Fügekombinationen, bestehend aus CFK- und Aluminiumfügeteilen, sind speziell geeignete hülsenfaltende Blindnietsysteme untersucht worden. In umfangreichen materialographischen Untersuchungen konnten hierbei eine Vielzahl setzprozessinduzierter Effekte identifiziert werden. Es handelte sich um Defekte am Fügeelement sowie um vielfältige Schädigungen in der CFK Verbundstruktur. Die generierten Fügeimperfektionen gehen mit signifikant reduzierte Festigkeitseigenschaften des CFK sowie reduzierten Tragfähigkeiteigenschaften der Nietverbindungen einher, wie es unterschiedliche experimentelle Prüfungen zeigten.

KMU, die u. a. in der Zuliefererindustrie vielfach zu Anwendern unterschiedlichster Fügetechnologien und zu denen auch Verbindungsmittelhersteller zählen, erhalten einerseits wertvolle Informationen über die aktivierten Schädigungen als Folge des Blindniet-Setzprozesses und deren Auswirkungen, sowie Ansätze zur Vermeidung von Schäden an hybriden FKV-Metall-Verbindungen. Andererseits können Defizite an den bestehenden Blindnietsystemen zielgerichtet und mithilfe unterschiedlicher Optimierungen gelöst werden.

Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse einen Widerspruch hinsichtlich größerer Bauteildicken, die eine höhere Tragfähigkeit einer gefügten Struktur bedingen sollten: Die hohe Ausnutzung des zulässigen Blindniet-Klemmbereichs geht mit großen Veränderungen in der geometrischen Fügepunktausbildung einher, wodurch die Tragfähigkeit der Nietverbindung nachweislich signifikant reduziert wird. Diese Erkenntnis ist für die praxisgerechte Auslegung und Ausführung von Blindnietverbindungen und somit insbesondere für Anwender der Blindnietsysteme von großer Bedeutung.