B05 - Kon­struk­ti­ve Aus­le­gung wand­lungs­fä­hi­ger Fü­ge­ver­bin­dun­gen

Das Teilprojekt B05 verfolgt das Ziel, eine ganzheitliche Konstruktionsmethode bereitzustellen, die Produktentwickelnde befähigt, in der Entwurfsphase sowohl die Gestalt von Fügeteil und Fügestelle festzulegen als auch die Fügeverbindung selbst auszuwählen und rechnerisch zu dimensionieren. Dafür wird ein handhabbares, analytisches Formelwerk sowie ein wissensbasierter Gestaltungsprozess erforscht, mit welchem die Anforderungen der Fertigung, aber auch der Beanspruchungsgerechtheit berücksichtigt werden können. Unterstützt wird hierdurch vor allem die frühe Phase der Produktentwicklung, noch vor der gestaltgebenden Phase bzw. dem Vorliegen ausdetaillierter CAD-Produktmodelle. Die zentrale wissenschaftliche Herausforderung des Teilprojekts besteht darin, die Methode zur konstruktiven Auswahl und Auslegung mechanischer Fügeverbindungen einerseits handhabbar zu halten und andererseits so anpassungsfähig zu gestalten, um auch verschiedene Fügeverfahren flexibel und robust in wandlungsfähigen Prozessketten auslegen zu können. Dafür sind Methoden zu erarbeiten, die es erlauben, aus mathematischen Metamodellen analytische Auslegungsformeln abzuleiten. Grundlegend untersucht wird zudem die Erzeugung von aussagekräftigen Metamodellen auf Basis experimentell und simulativ gewonnener Daten. Dies stellt aufgrund der Begrenztheit der zugrundeliegenden Daten gegenüber der bekannten, auf großen Datenmengen basierenden Metamodellierung eine besondere Herausforderung dar. Aus Sensitivitäts- und Robustheitsanalysen an den Metamodellen ergeben sich relevante und nicht-relevante Parameter als Basis für die Modellreduktion. Neben der Ermittlung relevanter Konstruktionsparameter stellt die Betrachtung der geometrischen Gestaltung einen weiteren Fokus des Teilprojekts dar. Die geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten und -restriktionen, die sich beispielsweise aus den Anforderungen der Fertigung, aber auch für eine kraftflussgerechte Gestaltung ergeben, sollen dazu in eine Wissensbasis überführt werden. Auf den Ergebnissen der Parameterabstraktion und der Gestaltungsrestriktionen aufbauend ist ein konstruktionsmethodischer Entwicklungsprozess zu strukturieren, der die relevanten Auslegungskriterien wie beispielsweise Steifigkeit, Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit der Verbindung gewichtet und die vom Konstrukteur zu unternehmenden Schritte definiert. Nach Abschluss des Vorhabens steht damit eine Konstruktionsmethode zur Verfügung, welche der Wandlungsfähigkeit mechanischer Fügeverbindungen sowie der Robustheit und Übertragbarkeit auf weitere Verfahren Rechnung tragen kann.

Kon­struk­ti­ve Aus­le­gung

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Ver­öf­fent­li­chun­gen

Pu­bli­ka­ti­o­nen

Potentiale datengestützter Methoden zur Gestaltung und Optimierung mechanischer Fügeverbindungen

C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, Proceedings of the 31st Symposium Design for X (DFX2020) (2020).

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.

Approach for the automated and data-based design of mechanical joints

C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, Proceedings of the Design Society 1 (2021) 521.

Application of reinforcement learning for the optimization of clinch joint characteristics

C. Zirngibl, F. Dworschak, B. Schleich, S. Wartzack, Production Engineering (2021).

Approach for the automated analysis of geometrical clinch joint characteristics

C. Zirngibl, B. Schleich, Key Engineering Materials 883 KEM (2021) 105.

Knowledge and Data-Based Design and Dimensioning of Mechanical Joining Connections

C. Zirngibl, C. Sauer, B. Schleich, S. Wartzack, in: Volume 2: 42nd Computers and Information in Engineering Conference (CIE), American Society of Mechanical Engineers, 2022.

Robustness Analysis of Pin Joining

D. Römisch, C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, M. Merklein, Journal of Manufacturing and Materials Processing 6 (2022).

Robust estimation of clinch joint characteristics based on data-driven methods

C. Zirngibl, B. Schleich, S. Wartzack, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (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).

Determining the influence of different process parameters on the versatile self-piercing riveting process using numerical methods

F. Kappe, C. Zirngibl, B. Schleich, M. Bobbert, S. Wartzack, G. Meschut, Journal of Manufacturing Processes 84 (2022) 1438–1448.

Influence of process variations on clinch joint characteristics considering the effect of the nominal tool design

C. Zirngibl, S. Goetz, S. Wartzack, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering (2024).

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Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack

Sonderforschungsbereich Transregio 285

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Prof. Dr.-Ing. Benjamin Schleich

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Dr.-Ing. Stefan Götz

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M.Sc. Christoph Zirngibl

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