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EFB-Forschungsbericht Nr. 149

Ermittlung ertragbarer Beanspruchung von Blindnietverbindungen als Grundlage zur rechnergestützten Auslegung

EFB149.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn, Dipl.-Ing. Rüdiger Timmermann, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn

302 Seiten (Sw 26, teils farbige Abb., 17 Tab., 94 Diag.)

ISBN: 978-3-86776-278-6

Preis (Digital) EUR 147,00

Preis (Print) EUR 164,80

Zusammenfassung

Die mechanischen Fügetechnologien sind durch die Entwicklung neuer, sowie durch die Modifikation und Verbesserung bestehender Verfahren gekennzeichnet. Verbunden mit dem Trend zu einer effektiveren Werkstoffausnutzung werden die Verbindungen höher belastet, so daß die Anforderungen an die Verbindungsqualität und die Reproduzierbarkeit in der Fertigung steigen.

Im Hinblick auf die Auslegung und Gestaltung von gefügten Feinblechstrukturen stellt die Möglichkeit einer rechnergestützten Auslegung ein wichtiges Instrument dar. Aus diesem Grund ist u. a. die Kenntnis ertragbarer Belastungen der Fügeelemente unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Einflüsse von elementarer Bedeutung. Bislang liegen für die konstruktive Gestaltung und rechnerische Auslegung von Blindnietverbindungen nur wenige veröffentlichte Ergebnisse vor, was insbesondere durch die enorme Vielfalt bezogen auf die Gestaltungs- und Funktionsprinzipien der am Markt befindlichen Blindniettypen begründet ist.

Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen des Projektes zunächst Standard- und hochfeste Blindnietsysteme hinsichtlich ihrer spezifischen Blindnietkennwerte Zugkraft, in Anlehnung an DIN 7337, und verbleibende Klemmkraft charakterisiert. Hier konnte festgestellt werden, daß bezogen auf die Zugkräfte nur geringe Unterschiede zwischen den hochfesten und den Standard-Blindnietsystemen bestanden. Hinsichtlich der verbleibenden Klemmkräfte boten die hochfesten Systeme jedoch ein deutlich höheres Potential. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden jeweils ein Standard und ein hochfestes System des oberen sowie des unteren Nietfestigkeitsspektrums zur Durchführung der Tragfähigkeitsuntersuchungen unter quasistatischer und schwingender Lasteinbringung an Feinblechverbindungen ausgewählt.

Die Tragfähigkeitsuntersuchungen unter quasistatischer sowie schwingender Belastung an steifen Einelementproben unter Variation der Lasteinleitungswinkel zeigten, daß insbesondere die Verbindungen des Standardblindnietsystems mit zunehmenden Kopfzuganteilen in der Belastung geringere Festigkeiten erzielten. Deutlich schwächer ausgeprägt zeigte sich dieses Verhalten auch bei den Verbindungen des hochfesten Systems, wobei hier die Verbindungsfestigkeitskennwerte bei nahezu allen untersuchten Fügeteilwerkstoffkombinationen und Lasteinleitungswinkeln oberhalb der Verbindungen des Standardsystems angesiedelt waren. Im Hinblick auf die Erzielung hoher Verbindungsfestigkeiten, ist die Anordnung des Fügeteilwerkstoffes mit der höheren Festigkeit auf der Schließkopfseite zu empfehlen.

Im Rahmen der Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurde unter Verwendung von bauteilähnlichen H-Proben der Einfluß des Randabstandes sowie der Fügepunktanzahl auf die ertragbaren Lastamplituden untersucht. Im Gegensatz zu anderen Systemen wird eine Erhöhung der Fügepunktanzahl in eine erhöhte Probenfestigkeit umgesetzt, wohingegen geringere Randabstände Minderungsfaktoren herbeiführen.

Aufbauend auf die Charakterisierung der Blindnietsysteme hinsichtlich ihrer spezifischen Kennwerte wurden Dimensionierungskennwerte für die konstruktive Auslegung quasistatisch und schwingend belasteter blindgenieteter Strukturen aus Stahl- und Aluminium ermittelt und als Eingangsdaten für eine rechnergestützte Auslegung zusammengefaßt und aufgearbeitet.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung ertragbarer Beanspruchung von Blindnietverbindungen als Grundlage zur rechnergestützten Auslegung"“ wurde unter der Fördernummer AiF 11580N 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. 149 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Erkenntnisse
2.1 Einordnung und Charakterisierung der Blindniettechnik
2.2 Konstruktive Auslegung von Verbindungszonen
3 Mittel, Wege und Verfahren
4 Versuchswerkstoffe
4.1 DC04 ZE 75/75
4.2 AlMg0,8Si0,9 T4
5 Eingesetzte Blindnietsysteme
5.1 Standard Blindnietsysteme
5.2 Hochfeste Blindnietsysteme
6 Ermittlung spezifischer Blindnietkennwerte
6.1 Eingesetzte Prüfmaschinen, Vorrichtungen und Betriebsmittel
6.2 Prozeßverläufe
6.3 Fügeelementausprägungen
6.4 Zugkraftermittlung
6.5 Ermittlung der verbleibenden Klemmkraft
6.6 Blindnietsystemauswahl
7 Tragfähigkeitsuntersuchungen an blindgenieteten Feinblechverbindungen
7.1 Prozeßverläufe und Fügeelementausprägungen
7.2 Trag- und Versagensverhalten blindgenieteter Einelementverbindungen unter quasistatischer Lasteinbringung
7.2.1 Standard Blindnietsystem
7.2.2 Hochfestes Blindnietsystem
7.2.3 Diskussion der Ergebnisse der Tragfähigkeitsuntersuchungen unter quasistatischer Belastung
7.3 Tragverhalten blindgenieteter Einelementverbindungen unter schwingender Belastung.
7.3.1 Standard Blindnietsysteme
7.3.2 Hochfeste Blindnietsysteme
7.3.3 Diskussion der Ergebnisse der Schwingfestigkeitsuntersuchungen an blindgenieteten Einelementproben
7.4 Schwingfestigkeitsuntersuchungen an bauteilähnlichen Mehrelementproben unter Berücksichtigung konstruktiver Einflüsse
7.4.1 Standard Blindnietsystem B
7.4.1.1 Einfluß des Fügepunktrandabstands auf die Schwingfestigkeit unter Schälzugbelastung
7.4.1.2 Einfluß des Fügepunktrandabstands auf die Schwingfestigkeit unter Scherzugbelastung
7.4.1.3 Einfluß der Fügepunktanzahl auf die Schwingfestigkeit unter Schälzugbelastung
7.4.1.4 Einfluß der Fügepunktanzahl auf die Schwingfestigkeit unter Scherzugbelastung
7.4.2 Hochfestes Blindnietsystem A
7.4.2.1 Einfluß des Fügepunktrandabstands auf die Schwingfestigkeit unter Schälzugbelastung
7.4.2.2 Einfluß des Fügepunktrandabstands auf die Schwingfestigkeit unter Scherzugbelastung
7.4.2.3 Einfluß der Fügepunktanzahl auf die Schwingfestigkeit unter Schälzugbelastung
7.4.2.4 Einfluß der Fügepunktanzahl auf die Schwingfestigkeit unter Scherzugbelastung
7.4.3 Gegenüberstellung der Ergebnisse der Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Mehrelementproben bei Verwendung der Standard- sowie der Hochfesten Systeme A - B
7.4.4 Diskussion der Ergebnisse der Schwingfestigkeitsuntersuchung an blindgenieteten Mehrelementproben
8 Zusammenfassung
9 Literatur
10 Abbildungsverzeichnis
11 Diagrammverzeichnis
12 Tabellenverzeichnis
Ermittlung ertragbarer Beanspruchungen von Blindnietverbindungen als Grundlage zur rechnergestützten Auslegung
A Anhang
A.1 Kennwertkatalog quasistatisch belasteter Einelementproben
A.2 Kennwertkatalog schwingend belasteter Einelementproben
A.3 Kennwertkatalog schwingend belasteter Mehrelementproben