Sandwichfügen – Funktionsstrukturen in Sandwichbauweise durch Kragenziehen mit verlorenen Stempeln

Dieses Forschungsprojekt verfolgt den Ansatz, den Verarbeitungsaufwand beim Fügen durch den Einsatz spezieller Fügeelemente zu verringern und so die Marktreife von Sandwichblechen zu verbessern. Durch die lokale Versteifung durch Kragenziehen können prozessintegriert während des Fügevorgangs werkstoffgerechte Krafteinleitungen geschaffen werden.

Projektverantwortlicher: Thiemo Germann M. Sc.
Laufzeit: Oktober 2020 – September 2022
Förderlinie: BMWK AiF EFB IGF

Motivation

Moderne Halbzeuge wie Sandwichbleche ermöglichen Leichtbau durch beanspruchungsgerechte Gestaltung von Bauteilen auf Werkstoffebene. Die große Bandbreite an unterschiedlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die beim Einsatz solcher moderner Verbundwerkstoffe in einem einzigen Halbzeug vereint sind, stellt jedoch neue Herausforderungen für etablierte Fertigungsverfahren dar. Diese Herausforderungen und der Mehraufwand beim Fügen von Sandwichblechen stehen einer weitreichenden industriellen Anwendung im Weg.

Kragenziehen besitzt das Potential, werkstoffgerechte Anbindungsstellen in Sandwichblechen zu schaffen. Das vorliegende Vorhaben zielt auf den Einsatz spezieller Fügeelemente als Kragenziehstempel ab, die nach dem Umformprozess im Bauteil verbleiben (siehe Abbildung 1), um so montagefertige Bauteile zu realisieren. Ziel des Vorhabens ist die Qualifizierung des Kragenziehens mit Fügeelementen als eine industrietaugliche Fügetechnik für Sandwichbleche, die für viele Anwendungen gängige Anforderungen an die Verbindungsfestigkeit erfüllt.

[1] Schnitt durch ein kragenziehendes Fügeelement, Prozesssimulation

Lösungsweg

Aufbauend auf den Ergebnissen des vorhergehenden Forschungsvorhabens (wird in neuem Tab geöffnet) wird das bestehende parametrische FE-Modell erweitert, um den Fügeprozess und nicht axialsymmetrische Geometrien abzubilden. Anhand des Modells erfolgen die Optimierung der Fügeelemente und die Prozessauslegung, wobei eine frühzeitige Validierung des Konzepts durch Versuche mit spanend gefertigten Fügeelementen vorgesehen ist. Im Anschluss an die Entwicklung und Inbetriebnahme des Versuchswerkzeugs werden die Einflüsse der wesentlichen Geometrie- und Prozessparameter experimentell untersucht. Um die Fügeelemente für eine Serienanwendung unter Witterungseinfluss zu qualifizieren, werden für die drei vielversprechendsten Varianten Proben mit umformend hergestellten Fügeelementen gefertigt und Dauerfestigkeits- sowie Korrosionsprüfungen unterzogen. Den Projektabschluss bilden das Verfassen eines Abschlussberichts sowie die Anwendung der Technologie in einem Demonstratorbauteil.

Danksagung

Die hier dargestellten Forschungsarbeiten finden im Rahmen des IGF-Vorhabens Nr. N 10850/19 der Forschungsvereinigung Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) statt. Dieses wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ferner bedanken wir uns bei allen Industriepartnern, die das Forschungsprojekt „Fügeelemente-Sandwichkragen“ im Projektbegleitenden Ausschuss unterstützen:

  • FILZEK TRIBOtech
  • Joh. Jean Weiler e.K.
  • LÄPPLE Automotive
  • PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co.KG
  • PROMESS Montage GmbH
  • RB&W Manufacturing
  • Tata Steel Technology