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EFB-Forschungsbericht Nr. 226

Weiterentwicklung des Clinchens für crashbeanspruchte Strukturen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hah, Dipl.-Ing. Nima Mehrdadi, Dipl.-Wirt. Ing. Michael Oeter, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn

124 Seiten (sw 77 Abb., 36 Tab. )

ISBN: 978-3-86776-183-3

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 68,50

Zusammenfassung

Ziel des Forschungsvorhabens war es, aufbauend auf der experimentellen Ermittlung der Eigenschaften geclinchter Feinbleche unter stoßartiger Belastung im Vergleich zu den Eigenschaften unter quasistatischer und schwingender Belastung durch gezielte Fügeparameteranpassung das Anwendungsspektrum für das Clinchen zu erweitern. Zu diesem Zweck wurden Clinchsysteme mit ungeteilter, zweigeteilter und dreigeteilter Matrize hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit unter Crashbelastung untersucht.

Zum Einsatz kamen hier der Stahlwerkstoff H340 LA und der Aluminiumwerkstoff AA6181 A. Am Beispiel des Systems mit zweigeteilter Matrize wurde mit dem H340 LA gezeigt, dass mittels einer Optimierung in Richtung Mischversagen des Fügepunktes eine Erhöhung der Energieaufnahme erzielt werden kann. Die herausgearbeitete Systematik wurde dann bei den anderen Systemen angewendet.

Anschließend wurde anhand des Systems mit zweigeteilter Matrize verdeutlicht, dass die an einfachen Proben erzielten Ergebnisse auf bauteilähnliche Proben übertragen werden können. So wurde insgesamt gezeigt, dass durch die gezielte Anpassung von Fügeelementmerkmalen die Tragfähigkeit unter Crashbelastung erhöht werden kann.

Das Forschungsvorhaben „Weiterentwicklung des Clinchens für crashbeanspruchte Strukturen“ wurde unter der Fördernummer AiF 13214N 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. 226 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Zielsetzung und Vorgehensweise
3 Stand der Technik
3.1 Clinchsysteme
3.2 Prüfen mit hohen Belastungsgeschwindigkeiten
3.3 Werkstoffverhalten
3.4 Crashversuche an Serienstrukturen
3.5 Impact-Versuche an bauteilähnlichen Prüfkörpern
3.6 Schnellzerreißversuche an einfachen Proben
4 Versuchseinrichtungen, Fügeteilwerkstoffe, Fügeverfahren
4.1 Aufbau der Versuchseinrichtung
4.1.1 Universalprüfmaschine NENE M3000
4.1.2 Servohydraulische Zugprüfmaschine Instron VHS 25/20
4.1.3 Prüfmaschine mit servohydraulischem Antrieb für schwingende Untersuchungen
4.1.4 Schlittenprüfstand
4.2 Eigenschaften der untersuchten Fügeteilwerkstoffe
4.2.1 Ermittlung der geschwindigkeitsabhängigen Kennwerte der Fügeteilwerkstoffe
4.2.2 Dehnratenabhängige Kennwerte der Fügeteilwerkstoffe
4.3 Verwendete Probenformen
4.3.1 Einfache Probenformen
4.3.2 Bauteilähnliche Probenformen
5 Auswertung der Ergebnisse
5.1 Herstellung der Verbindungen
5.1.1 Bemusterung durch die Systemanbieter
5.2 Auswahl der Prüfgeschwindigkeit
5.3 Bewertung des Tragverhaltens der durch die Systemanbieter bemusterten Verbindungen
5.3.1 Tragfähigkeitskennwerte der Clinchverbindungen mit dem Stahlwerkstoff H340 LA unter schlagartiger- und quasistatischer Belastung
5.3.2 Tragfähigkeitskennwerte der Clinchverbindungen mit dem Aluminiumwerkstoff AA6181 A unter schlagartiger und quasistatischer Belastung
5.4 Optimierung der Clinchsysteme hinsichtlich Crashbelastung
5.4.1 Optimierung einer Clinchverbindung am Beispiel des Systems mit zweigeteilter Matrize
5.4.2 Ableitung einer Systematik zur Verbesserung der Trägfähigkeit unter Crashbelastung beim Stahlwerkstoff H340 LA
5.4.3 Ableitung einer Systematik zur Verbesserung der Trägfähigkeit unter Crashbelastung beim Aluminiumwerkstoff AA6181 A
5.4.4 Übertragung der Erkenntnisse auf Clinchsysteme 1 und 3
5.4.5 Optimierung von bauteilähnlichen Proben hinsichtlich Crashbelastung
6 Zusammenfassung
7 Literatur