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SFB/Transregio 285

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 ein sehr hohes Leichtbaupotenzial. Daneben gewinnen metallische Leichtbauwerkstoffe an Bedeutung. Bei der Kombination verschiedener Materialien (Metall-FVK oder Metall-Metall) zu einem Multi-Material-System stellt die Fügetechnik, unter anderem aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ungleichen Steifigkeiten, eine zentrale Herausforderung dar. Etablierte Fügetechniken, stoßen hier oft an ihre Grenzen, woraus sich ein Bedarf an neuen Technologien ergibt. Ein effizienter Ansatz für hybride Strukturen ist das hilfsfügeteilfreie Fügen mittels metallischer Pins, die umformtechnisch hergestellt werden können.

Ein Pin ist als zylindrischer Fortsatz eines Bauteils definiert, der zur Verbindung mit dem Fügepartner dient. Hierbei ist sowohl ein Einpressen der Pins in den Fügepartner als auch ein Einbringen dieser in vorgefertigte Aussparungen mit anschließendem Verstemmen möglich. Das übergeordnete Ziel des beantragten Teilprojekts (TP) besteht in der grundlagenorientierten Untersuchung des beschriebenen Ansatzes. Hierzu müssen in der ersten Phase zunächst die Verfahrensgrundlagen und Wirkzusammenhänge bei der Herstellung der Pin-Geometrien und beim Fügen unterschiedlicher Materialien untersucht werden. Bei sich ändernden Anforderungen an die Fügestelle, kann durch die Variation der Pin-Struktur in der Herstellung in situ reagiert werden, wodurch der Einsatz in wandlungsfähigen Prozessketten ermöglicht wird. Neben dem Aufbau des notwendigen Prozessverständnisses zur Pin-Herstellung gilt es zudem geeignete Fügeverfahren zu erforschen. Hierbei sollen beim Fügen von Metall und FKV verschiedene Prozessrouten mit unterschiedlichen Erwärmungsstrategien verfolgt werden. Durch die Vernetzung mit TP A03 auf Ebene der Strukturentwicklung der Fasern ist ein ganzheitlicher Erkenntnisgewinn möglich. Die Erkenntnisse der Pin-Herstellung und die Ergebnisse hinsichtlich der Fügeprozesse sowie begleitender Simulationen fließen in die Entwicklung geeigneter Pin-Strukturen ein. Der Austausch mit anderen TP ist essentiell für die Validierung der entwickelten Schädigungsmodelle und Auslegungsstrategien anderer TP. Um die Wandlungsfähigkeit der Werkzeug- und Fügetechnik sicherzustellen werden die werkzeugseitige Anpassung und die gezielte Prozessteuerung bei der Pin-Herstellung untersucht. Gleichzeitig soll mittels angepasster Prozessführungsstrategien beim Fügen auf unterschiedliche Bedingungen, wie z.B. Lagenaufbau des FKV, reagiert werden. Die finale Bewertung der Pin-Geometrien erfolgt anhand der Untersuchung der Verbindungseigenschaften und des Einsatzverhaltens der gefügten Hybrid-Verbindungen.

Übersicht der Forschungsinhalte von TP C01 sowie methodische Vorgehensweise

Mitglieder

Prof. Dr.-Ing. habil. Marion Merklein
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
marion.merklein@fau.de - +49 (0)9131 85 27140

Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Kunststofftechnik
drummer@lkt.uni-erlangen.de - +49 (0)9131 85 29700

Dipl.-Ing. Tobias Kleffel
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Kunststofftechnik
kleffel@lkt.uni-erlangen.de - +49 (0)9131 85 29702

M. Sc. Martin Kraus
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
martin.kraus@fau.de - +49 (0)9131 85 25485

M. Sc. Julian Popp
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Kunststofftechnik
popp@lkt.uni-erlangen.de - +49 (0)9131 85 29702

M. Sc. David Römisch
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Fertigungstechnologie
david.roemisch@fau.de - +49 (0)9131 85 28341

Veröffentlichungen