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.