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Thursday, September 17, 2020, Virtueller Raum 1 12:30 PM Leichtbau - Fügetechnik für Multimaterialdesign |
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Neuartige Fügetechnik für Organoblech-Hybridverbindungen |
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Dimitri Krassmann* / Universität Paderborn, GER Elmar Moritzer / Universität Paderborn, GER |
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Kurzfassung für DVS Congress 2020, Koblenz IGF-Vorhaben Nr.: 18586 N Thema: Entwicklung einer neuartigen Fügetechnik für Organoblech-Hybridverbindungen Üblicherweise eingesetzte punktförmige Verbindungen wie Schrauben, Nieten oder Clinchen verursachen bei gewebeverstärkten Thermoplasten (Organobleche) erhebliche Spannungskonzentrationen an der Verbindungsstelle und führen zu einer Reduzierung der Tragfähigkeit infolge des unterbrochenen Kraftflusses. Speziell bei Metall-Organoblech-Hybridverbindungen ist das Organoblech im Bereich der Verbindung in der Regel die versagensrelevante Struktur. Vor allem spanendes Bohren, wie auch das Stanzen von Verbindungselementen mit Schneidanteil, verursachen unerwünschte Faser- und Zwischenfaserbrüche an der Fügestelle des Organoblechs. Folglich wird der Kraftfluss in den Verstärkungsfasern unterbrochen und das hohe Werkstoffpotenzial des Organoblechs nur geringfügig ausgenutzt. Für eine bestmögliche Ausnutzung des Leichtbaupotenzials sollte daher eine angepasste Verbindungstechnik bereitgestellt werden. Mit der Entwicklung der neuartigen Fügetechnologie Stempelnieten für Hybridverbindungen wird der beschriebene Zustand verbessert. Das Fügeprinzip beruht auf der Umformung des Organoblechs zur Ausbildung eines Formschlusses zwischen den beiden Fügepartnern. Ein Umformen des metallischen Fügepartners ist nicht notwendig und entfällt. Das Organoblech wird zunächst im Fügebereich plastifiziert, anschließend erfolgt mittels eines beweglichen Stempels ein Durchsetzen des Organoblechs durch den vorgelochten metallischen Fügepartner und ein Ausformen zu einem Nietkopf. Aufgrund eines definierten Schnittes im Organoblech werden die Fasern beim Fügen kontrolliert umgelenkt und nicht beschädigt. Das Verfahren eignet sich besonders gut für dünne Organobleche (1-2 mm), sodass eine mögliche Anwendung hybride Strukturbauteile in der Automobilindustrie ist (Beispiele: Frontend-Träger, Sitzschale, Türmodul). Vorteilhaft bei diesem Verfahren sind die Verarbeitungskosten, da auf Fügeelemente wie Schrauben oder Niete verzichtet wird. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird zur Qualifizierung und Auslegung des Fügeverfahrens dieses hinsichtlich der Struktur des Verbindungspunktes, der Geometrie der Umformwerkzeuge sowie des statischen und dynamischen Zugverhaltens in verschiedene Belastungsrichtungen charakterisiert. |