C01 – Hilfsfügeteilfreies Fügen

Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an eine ressourceneffiziente Produktion ist der Einsatz von Leichtbautechnologien ein aktueller Trend. Hierbei wird angestrebt, für jedes Bauteil den geeigneten Werkstoff an der richtigen Stelle zu verwenden. Halbzeuge aus endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) besitzen hervorragende gewichtsbezogene mechanische Eigenschaften und gewinnen neben metallischen Leichtbauwerkstoffen an Bedeutung. Diese weisen allerdings Limitationen insbesondere unter hohen Temperaturen oder abrasiver Beanspruchung auf. Aus diesem Grund kommen vermehrt Multi-Material-Systeme zum Einsatz, um die spezifischen Stärken der jeweiligen Materialien zu kombinieren. Allerdings stellt die Fügetechnik hier, aufgrund von unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, eine zentrale Herausforderung dar wodurch etablierte Fügetechniken oft an ihre Grenzen stoßen und sich ein Bedarf an neuen Technologien ergibt. Ein effizienter Ansatz hierfür ist das hilfsfügeteilfreie Fügen mittels metallischer Pins, die umformtechnisch hergestellt werden können.

Ein Pin ist als Fortsatz eines Bauteils definiert, der zur Verbindung mit dem Fügepartner dient. Hierbei ist sowohl ein Einpressen in den Fügepartner als auch ein Einbringen in vorgefertigte Aussparungen mit anschließendem Verstemmen möglich. Das Ziel des Teilprojekts besteht in der grundlagenorientierten Untersuchung des beschriebenen Ansatzes. Hierzu müssen in der ersten Phase die Verfahrensgrundlagen und Wirkzusammenhänge bei der Herstellung der Pin-Geometrien und beim Fügen untersucht werden.

Bei sich ändernden Anforderungen an die Fügestelle kann durch die Variation der Pin-Struktur in der Herstellung reagiert werden und der Einsatz in wandlungsfähigen Prozessketten ermöglicht werden.

Neben der Pin-Herstellung gilt es zudem, geeignete Fügeverfahren zu erforschen, wobei beim Fügen von Metall und FKV verschiedene Prozessrouten mit unterschiedlichen Erwärmungsstrategien verfolgt werden. Mittels angepasster Prozessführungsstrategien soll beim Fügen auf unterschiedliche Bedingungen, wie z.B. Lagenaufbau des FKV, reagiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der Pin-Herstellung und der Fügeprozesse sowie begleitender Simulationen fließen in die Entwicklung optimierter Pin-Strukturen ein.

Der Austausch mit anderen TP ist essentiell für die Validierung deren entwickelter Schädigungsmodelle und Auslegungsstrategien. Die finale Bewertung der Pin-Geometrien erfolgt anhand der Untersuchung der Verbindungseigenschaften und des Einsatzverhaltens der gefügten Hybrid-Verbindungen.

Hilfsfügeteilfreies Fügen

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Veröffentlichungen

Publikationen

Mechanical joining without auxiliary element by cold formed pins for multi-material-systems
M. Kraus, P. Frey, T. Kleffel, D. Drummer, M. Merklein, AIP Conference Proceedings 2113 (2019) 050006.
Potential of Joining Dissimilar Materials by Cold Formed Pin-Structures
M. Kraus, M. Merklein, Journal of Materials Processing Technology 283 (2020) 116697.
Energy direction in ultrasonic impregnation of continuous fiber-reinforced thermoplastics
J. Popp, M. Wolf, T. Mattner, D. Drummer, Journal of Composites Science 5 (2021) 239.
Data-driven analysis of cold-formed pin structure characteristics in the context of versatile joining processes
D. Römisch, C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, M. Merklein, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 1157 (2021) 012077.
Fiber Orientation Mechanism of Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics Hybrid Parts Joined with Metallic Pins
J. Popp, T. Kleffel, D. Römisch, T. Papke, M. Merklein, D. Drummer, Applied Composite Materials 28 (2021) 951–972.
Joining of CFRT-steel hybrid parts via hole-forming and subsequent pin caulking
D. Römisch, J. Popp, D. Drummer, M. Merklein, Production Engineering (2021).
Experimental study on joining by forming of hct590x + z and en-aw 6014 sheets using cold extruded pin structures
D. Römisch, M. Kraus, M. Merklein, Journal of Manufacturing and Materials Processing 5 (2021) 25.
Investigation of the influence of formed, non-rotationally symmetrical pin geometries and their effect on the joint quality of steel and aluminium sheets by direct pin pressing
D. Römisch, M. Kraus, M. Merklein, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications 236 (2022) 1187–1202.
Robustness Analysis of Pin Joining
D. Römisch, C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, M. Merklein, Journal of Manufacturing and Materials Processing 6 (2022).
Pin Extrusion for Mechanical Joining from Orbital Formed Tailored Blanks with Local Material Pre-Distribution
D. Römisch, A. Hetzel, S. Wituschek, M. Lechner, M. Merklein, Journal of Manufacturing and Materials Processing 6 (2022).
Warmforming Flow Pressing Characteristics of Continuous Fibre Reinforced Thermoplastic Composites
B. Gröger, D. Römisch, M. Kraus, J. Troschitz, R. Füßel, M. Merklein, M. Gude, Polymers 14 (2022).
Clinching of Aluminum Materials – Methods for the Continuous Characterization of Process, Microstructure and Properties
R. Kupfer, D. Köhler, D. Römisch, S. Wituschek, L. Ewenz, J. Kalich, D. Weiß, B. Sadeghian, M. Busch, J.T. Krüger, M. Neuser, O. Grydin, M. Böhnke, C.R. Bielak, J. Troschitz, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022).
Review on mechanical joining by plastic deformation
G. Meschut, M. Merklein, A. Brosius, D. Drummer, L. Fratini, U. Füssel, M. Gude, W. Homberg, P.A.F. Martins, M. Bobbert, M. Lechner, R. Kupfer, B. Gröger, D. Han, J. Kalich, F. Kappe, T. Kleffel, D. Köhler, C.-M. Kuball, J. Popp, D. Römisch, J. Troschitz, C. Wischer, S. Wituschek, M. Wolf, Journal of Advanced Joining Processes 5 (2022).
Provision of cross-domain knowledge in mechanical joining using ontologies
C. Zirngibl, P. Kügler, J. Popp, C.R. Bielak, M. Bobbert, D. Drummer, G. Meschut, S. Wartzack, B. Schleich, Production Engineering (2022).
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Prof. Dr.-Ing. habil. Marion Merklein

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Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer

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Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Inf. Hinnerk Hagenah

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Teilprojekte C01, C02

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Dipl.-Ing. Tobias Kleffel

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Martin Kraus

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Michael Wolf

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M. Sc. Julian Popp

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M.Sc. David Römisch

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