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EFB-Forschungsbericht Nr. 460

Vergleich und Analyse verschiedener Setzverfahren zur Herstellung qualitätsgerechter Blindnietmutterverbindungen

efb460

Verfasser:
M.Sc. Thomas Nehls, Dr.-Ing. Normen Fuchs, Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Fraunhofer-Einrichtung Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock - M.Sc. NDT Martin Schulze, Dr.-Ing. Christian Wunderlich, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologie und Systeme Dresden

96 Seiten (sw, 47 teils farbige Abb., 20 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-510-7

Preis (Digital) EUR 66,00

Preis (Print) EUR 74,00

Zusammenfassung

Das Ziel des Forschungsvorhabens Blindnietmutter (BNM) - Setzprozess war die Untersuchung verschiedener Verfahren zur Herstellung qualitätsgerechter BNM-Verbindungen unter Berücksichtigung der Installationsparameter sowie der Determinierung der Fügestelleneigenschaften. Insbesondere wurden in den Untersuchungen setzweg- und setzkraftbasierte Installations-verfahren betrachtet.

Diese Verfahren stellen den Stand der Technik dar und werden in verschiedensten Industriebereichen eingesetzt, um ein tragendes Gewinde in dünnwandige Bauteile einzubringen. Die vergleichende Gegenüberstellung der Installationsverfahren zeigte, dass diese beim Auftreten von Schwankungen der Fügeteildicke limitiert sind und teilweise plastische Deformationen des Gewindes auftreten. Dies führte zum Ausschuss der BNM-Verbindung.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde ein neues Verfahren erprobt, das durch die kombinierte Auswertung der Prozessgrößen Setzweg und Setzkraft eine individuelle Bewertung jedes Installationsprozesses unabhängig von den variierenden Randbedingungen ermöglicht. Durch diese Vorgehensweise konnte die Montagequalität einer BNM-Verbindung im Vergleich zum Stand der Technik signifikant verbessert und reproduzierbarer gestaltet werden.

Da BNM verstärkt in Faser-Kunststoff-Verbundmaterialien eingesetzt werden und diese eine vergleichsweise geringe Tragfähigkeit in Dickenrichtung besitzen, wurden verschiedene Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung dieser Fügeteilmaterialien untersucht. Die Herausforderung lag hierbei insbesondere in der Detektierung eventuell auftretender Delaminationen infolge hoher Flächenpressungen im Installationsprozess. Dazu wurde eine Sensoranordnung vorgestellt, welche eine Online-Prüfung einer BNM ermöglicht.
Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Vergleich und Analyse verschiedener Setzverfahren zur Herstellung qualitätsgerechter Blindnietmutterverbindungen" wurde unter der Fördernummer AiF 18601BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 460 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

The aim of the research project blind rivet nut (BRN) installation process was the investiga-tion of different methods for the production of high-quality BRN connections, taking into account the installation parameters as well as the determination of the joining properties.

In particular, the investigations are based on path- and force-based installation procedures. These methods represent the state of the art and are used in various industrial fields in order to insert a load-bearing thread into thin-walled components. The comparison of the installation methods shows that these are limited by the occurrence of variations in the sheet thickness and thereby partially plastic deformations of the thread occur. This leads to the rejection of the BRN connection. Based on these results, an innovative process is presented, which allows an individual evaluation of each installation process, independent of predefined parameters, by calculating a separate parameter. By this approach, the mounting quality of a BRN connection can be significantly improved as compared with the state of the art.

Since BNM are used more intensively in fiber-plastic composite materials and these have a comparatively low load-bearing capacity in the thickness direction, methods for the non-destructive testing of these joining materials are discussed. The challenge here is in particular the detection of possible delaminations due to high surface pressures during the installation process. For this purpose, a sensor arrangement is presented which enables an online test of a BRN connection.
The aim of the research project was achieved.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziel des Forschungsvorhabens
2 Stand der Technik
2.1 Übersicht konventioneller Verfahren zur Installation und Prozessüberwachung von Blindnietmuttern
2.2 Verfahren zur Bewertung von Blindnietmutterverbindungen
2.3 Zerstörungsfreie Prüfverfahren von Faser-Verbund-Strukturen
2.4 Bewertung des Stands der Technik
3 Betrachtungsgegenstand
3.1 Blindnietmuttern
3.2 Setzprozesskurve von Blindnietmuttern
3.3 Vorrichtung zur experimentellen Ermittlung der Prozessdaten
4 Konventionelle Setzverfahren zur Herstellung qualitätsgerechter Blindnietmutterverbindungen
4.1 Weggesteuerter Setzprozess
4.2 Kraftgesteuerter Setzprozess
4.3 Erarbeitung optimaler Prozessparameter
4.4 Toleranz gegenüber Schwankungen im Prozess
4.5 Gegenüberstellung der betrachteten Verfahrensvarianten
5 Alternativer Ansatz zur Steuerung des Setzens qualitätsgerechter Blindnietmutterverbindungen
5.1 Konzeptansatz
5.2 Kraft-Weg-gesteuerter Setzprozess
5.3 Vergleich zu konventionellen Setzverfahren
6 Zerstörungsfreie Prüfung von Blindnietmutterverbindungen in Kohlenstoff-Faserverstärkten Kunststoffen
6.1 Motivation für ein neuartiges Qualitätssicherungskonzept
6.2 ZfP – Referenzmessungen zur Prüfung von Blindnietmuttern
6.2.1 Beschreibung des Versuchsplans und Evaluation der Referenzverfahren
6.2.2 Computertomografie
6.2.3 Ultraschallmikroskopie
6.2.4 Lock-In Thermografie
6.3 Validierungsmessungen mittels Wirbelstromverfahren
6.3.1 Grundlagen der wirbelstombasierten Impedanzspektroskopie
6.3.2 Theoretische Betrachtungen zum Frequenzsweepverfahren
6.3.3 Sensorik und Versuchsplan
6.3.4 Ergebnisbewertung und statistische Auswertung
6.4 Verfahrensbewertung
7 Ergebnisse und Ausblick
8 Literaturverzeichnis
9 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen