Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 234

Zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Clinchverbindungen von Aluminium- und Stahlwerkstoffen

efb234.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Frank Heimlich - Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn - Prof. Dr.-Ing. Doris Regener, Dipl.-Ing. Fritz Michel - Institut für Werkstofftechnik und Werkstoffprüfung (IWW) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

108 Seiten (sw 76 teils farbige Abb., 8 Tab., 11 Diagr.)

ISBN: 978-3-86776-191-8

Preis (Digital) EUR 48,00

Preis (Print) EUR 53,50

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Clinchpunkten entwickelt und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Ein wesentlicher Bestandteil der Untersuchungen war die Bestimmung der Bodendicke von Clinchpunkten („offline“, also nach erfolgtem Fügeprozess) bei einseitiger Zugänglichkeit. Zur Umsetzung dieses Ziels wurde zunächst die Ultraschalltechnologie herangezogen. Nachdem ein entsprechendes Ultraschall-Messsystem aufgebaut und an einfachen Blechen getestet wurde, sind Untersuchungen an Clinchproben durchgeführt worden. Dabei zeigte sich, dass ein Teil der angefertigten Clinchpunkte sehr dünne µ-Spalte im Bodenbereich zwischen den beiden Blechen aufweist, die anhand von Röntgenaufnahmen eindeutig nachgewiesen werden konnten. Da es für die Ultraschallwellen bei einer „offline“-Prüfung ohne größeren Anpressdruck nicht möglich ist diese µ-Spalte zu durchschallen, stellt das Verfahren keine prozesssichere Möglichkeit für eine Bodendickenmessung dar.

Daher wurde der Schwerpunkt der Untersuchungen auf wirbelstrombasierende Technologien gelegt. Die Wirbelstromtechnologie arbeitet unabhängig von den genannten µ-Spalten und verlangt, im Gegensatz zur Ultraschallprüfung, keine besonderen Maßnahmen zur Ankopplung des Sensors an das Fügeteil. Die mit dem eigenständig aufgebauten Sensor ermittelten Ergebnisse lagen im Toleranzband bisher üblicher Verfahren (mechanische Messung, Schliffbilderstellung) und können durch entsprechend angepasste Auswertegeräte noch weiter optimiert werden. Bislang ist das Verfahren jedoch nur für Aluminiumwerkstoffe einsetzbar, so dass an dieser Stelle weiterer Forschungsbedarf in Bezug auf Stahlwerkstoffe gesehen wird.

An der Anwendung sind insbesondere die beteiligten Klein- und mittelständischen Unternehmen (kmU) interessiert, wobei eine vom Projekt unabhängige Umsetzung der Ergebnisse geplant ist. Des Weiteren wurden Untersuchungen zur zerstörungsfreien Detektion von Rissen durchgeführt. Auch hier kam die Wirbelstromtechnologie zum Einsatz. Mittels einer ebenfalls eigenständig aufgebauten Rotiersonde konnten Risse und deren Position ermittelt werden. Dabei ist es gelungen auch Risse, die optisch mittels einer Sichtprüfung noch nicht wahrnehmbar waren, zu detektieren. Das Verfahren ist sowohl für Aluminium- als auch für Stahlwerkstoffe anwendbar. Die erzielten Ergebnisse können zur Fertigung weiterer Sensoren genutzt werden, wobei auch an dieser Stelle ein kmU an der Umsetzung der erzielten Ergebnisse interessiert ist.

Das Forschungsvorhaben „Zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Clinchverbindungen von Aluminium- und Stahlwerkstoffen“ wurde unter der Fördernummer AiF 13396BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 234 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Clinchen
2.1.1 Clinchen mit geteilter Matrize
2.1.2 Clinchen mit ungeteilter Matrize
2.2 Ultraschalltechnologie
2.3 Wirbelstromverfahren
3 Mittel, Wege und Verfahren
3.1 Versuchsstand zur Erstellung von Clinchverbindungen
3.2 Eingesetzte Einrichtungen zur Prüfung von Clinchverbindungen
3.2.1 Tragfähigkeit unter quasistatischer Belastung
3.2.2 Metallographische Untersuchungen
3.3 Messeinrichtungen Ultraschall
3.4 Messeinrichtungen Wirbelstrom
4 Zielstellung
5 Versuchswerkstoffe
6 Probenherstellung
6.1 Versuchsplan und eingesetzte Materialkombinationen
6.2 Untersuchte Fügesysteme
6.2.1 Fügesystem Böllhoff
6.2.2 Fügesystem Eckold
6.2.3 Fügesystem Tox
7 Untersuchung der erstellten Clinchverbindungen
7.1 Fügekraft-Stempelweg Verläufe
7.2 Schliffbilderstellung
7.3 Untersuchungen unter quasistatischer Belastung
8 Untersuchungen zur Bestimmung der Bodendicke mittels Ultraschall
8.1 Bodendickenbestimmung mit Ultraschall
8.2 Untersuchungen zur Schalltransparenz des Clinchpunktbodens
8.3 Ergebnisse und Bewertung des Durchschallungsverhaltens
9 Untersuchungen zur Bestimmung der Bodendicke mittels Wirbelstromverfahren
9.1 Einsatz von Wirbelstromverfahren zur Dimensionskontrolle
9.2 Entwicklung eines Dickensensors auf Wirbelstrombasis und Erprobung an Modellproben aus Aluminiumblechen
9.3 Messungen zur Bodendickenbestimmungen an realen Clinchpunkten aus Aluminiumblechen
9.4 Einsatzpotential sowie weiterer Entwicklungsbedarf im Hinblick auf Stahlverbindungen
10 Detektion von Rissen im Napfbereich
10.1 Nachweis von Rissen in Werkstücken mittels Wirbelstromverfahren
10.2 Entwicklung eines Wirbelstromsensors für den Rissnachweis im
Halsbereich von Clinchverbindungen
10.3 Erprobung und Optimierung des Risssensors an Modellrissen in Clinchverbindungen
10.4 Verifizierung des Risssensors an „realen“ Rissen
11 Bestimmung weiterer Kenngrößen am Clinchpunkt
12 Zusammenfassung
13 Literatur
14 Anhang