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EFB-Forschungsbericht Nr. 180

Entwicklung der kombinierten Fügetechnik für Hybridbauweisen am Beispiel Stanznieten-Kleben

efb180.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Torsten Draht, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn, Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Fritz Liebrecht, Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

178 Seiten (Sw 148, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-081-2

Preis (Digital) EUR 85,00

Preis (Print) EUR 95,20

Zusammenfassung

Hybridbauweisen, die mittels Stanznieten und warmhärtenden Klebstoffen gefügt werden, weisen nach dem Ofendurchlauf bleibende Verformungen und Klebschichtschädigungen auf. Diese führen oft zu stark verminderten Festigkeiten. Durch das Versteifen des Fügeflansches mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und biegeweicher Anordnung des anderen Flansches wird jedoch eine hohe Festigkeit und geringe Alterungsabhängigkeit erreicht.

Bei der Konstruktion von Bauteilen in Hybridbauweise können die im Rahmen dieses Projektes gewonnenen Erkenntnisse genutzt werden, um die Klebschichtschädigungen zu vermeiden und hoch belastbare Verbindungen zu erzielen. Dadurch wird ein weiterer Schritt in Richtung „Multi-Material-Design“ gegangen, der zu leichteren und damit emissionsärmeren Fahrzeugen führen wird.

Das Forschungsvorhaben „Entwicklung der kombinierten Fügetechnik für Hybridbauweisen am Beispiel Stanznieten-Kleben“ wurde unter der Fördernummer AiF 12080B 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. 180 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Stand der Erkenntnisse
2.1. Mischbau
2.2. Stanznieten
2.3. Kleben
2.4. Kombination Stanznieten – Kleben
2.4.1 Verfahrenscharakteristik
2.4.2 Merkmale und Einsatz kombinierter Verbindungen
2.4.3 Eigenschaften kombiniert gefügter Verbindungen
2.5. Zusammenfassung
3. Ziel und Ablauf der Untersuchungen
4. Versuchseinrichtungen, Prüfverfahren und Prüfeinrichtungen
4.1. Untersuchungen An Klebstoffsubstanzproben
4.1.1 Rheologische Untersuchungen
4.1.2 Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK)
4.1.3 Torsionsschwingversuch
4.2. Stanznieten mit Halbhohlstanzniet
4.3. Metallographische Präparation
4.4. Prüfung unter quasistatischer Belastung
4.5. Prüfung unter schwingender Zugscherbelastung
4.6. Alterung
4.7. Versagensanalyse
4.8. Ermittlung der Probenverformung während des ofendurchlaufes und unter Betriebsbedingungen
5. Versuchswerkstoffe
5.1. Fügeteilwerkstoffe
5.1.1 Werkstoffeigenschaften
5.1.2 Oberflächenzustand und -Vorbereitung
5.2. Klebstoffe
5.2.1 Untersuchungen an Klebstoffsubstanzproben
5.2.2 Thermomechanisches Verhalten der verwendeten Klebstoffe
5.3. Charakterisierung Stanzniete und Matrizen
5.4. Probenformen
5.4.1 Proben für quasistatische Zugversuche
5.4.2 Probe für Schwingfestigkeitsuntersuchungen
5.4.3 Proben zur Ermittlung von Verformungen bei Temperaturbelastung
6. Verbindungsauslegung
6.1. Elementar stanzgenietete Verbindungen
6.2. Hybride Verbindungen
6.3. Ergebnisse der Stanznietversuche
7. Verformungen
7.1. Verformungen während der Aushärtung
7.1.1 Verformungen in Abhängigkeit vom Klebstoff bei ebenen Fügeflanschen
7.1.2 Verformungen in Abhängigkeit vom Klebstoff bei abgewinkeltem Aluminiumblech
7.1.3 Verformungen in Abhängigkeit von der Probensteifigkeit
7.1.4 Verformungen in Abhängigkeit vom Stanznietpunktabstand
7.2. Verformungen unter thermischen Betriebsbedingungen
7.2.1 Verformungen in Abhängigkeit von der Steifigkeit
7.2.2 Verformungen in Abhängigkeit vom Klebstoff
8. Fertigungsinduzierte Schädigungen
8.1. Schädigungen bei ebenen Blechen
8.2. Schädigungen bei abgewinkelten Blechen
8.3. Schädigungen in Abhängigkeit vom Stanznietpunktabstand
9. Festigkeit
9.1. Festigkeit unter quasistatischer Last (Stanznietpunktabstand 100 Mm)
9.1.1 Festigkeit in Abhängigkeit vom Klebstoff bei ebenen Fügeflanschen
9.1.2 Festigkeit in Abhängigkeit vom Klebstoff bei abgewinkeltem Aluminiumblech
9.1.3 Festigkeit in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Fügeflansches
9.1.4 Einfluss von Alterung und Medien auf die Festigkeit unter quasistatischer Last
9.2. Festigkeit unter quasistatischer Last (Stanznietpunktabstand 50mm)
9.2.1 Festigkeit in Abhängigkeit von der Fügerichtung
9.2.2 Einfluss von Alterung und Medien auf die Festigkeit unter quasistatischer Last
9.3. Festigkeit unter dynamisch-schwingender Last
9.3.1 Festigkeit in Abhängigkeit von Klebstoff, Stanznietpunktabstand, Probensteifigkeit und Fügerichtung
9.3.2 Festigkeit nach Alterung in Abhängigkeit von Klebstoff, Stanznietpunktabstand, Probensteifigkeit und Fügerichtung
9.3.3 Einfluss von Alterung und Medien auf die Festigkeit unter dynamisch-schwingender Last
9.3.4 Versagensverhalten
9.3.5 Korrosionsverhalten
10. Weitere Ansätze
10.1. Einfluss der Einspannbedingungen auf Verformungen, Schädigungen und Festigkeiten
10.2. Variation der Blechdicke des Werkstoffes mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
10.3. Einsatz der kombinierten Fügetechnik für Hybridbauweisen bei gewölbten Flanschgeometrien
11. Konstruktions- und Fertigungsempfehlungen
12. Zusammenfassung
13. Literaturverzeichnis
14. Anhang
14.1. Abbildungsverzeichnis
14.2. Weitere Abbildungen
14.2.1 Verformungen
14.2.2 Festigkeiten
14.2.3 Handhabungsfestigkeit Kombiniert Gefügter Verbindungen