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EFB-Forschungsbericht Nr. 317

Ermittlung der Fügeprozesssicherheit von Blindniet-Setzvorgängen bei Montage- und Bauteilunregelmäßigkeiten

efb317.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner, Dipl.-Wirt. Ing. Normen Fuchs, Dipl.-Ing. André Schwaß, Dipl.-Wirt.-Ing. Heiko Kuehl, Dr.- Ing. Knuth-Michael Henkel, Fraunhofer Anwendungszentrum für Großstrukturen in der Produktion Rostock

148 Seiten (sw, 100 teils Abb., 34 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-353-0

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Konzept zur Qualitätssicherung von Blindnietverbindungen durch Überwachung des Setzprozesses anhand der Kenngrößen Zugkraft und Zugweg erarbeitet.

Die Entwicklung eines theoretischen Konzeptes (Fallklassenkonzept) soll dem Anwender eine Anleitung zur qualitätsgerechten Konzeption von Blindnietverbindungen zur Verfügung stellen. Ausgehend von der Auswirkung eines Versagens der betrachteten Verbindungsstelle auf die Baugruppe bzw. das gesamte Produkt werden für Blindnietsetzgeräte und Blindnietelemente Mindestanforderungen abgeleitet. Für dieses Fallklassenkonzept ist die Bestimmung der Qualitätsfähigkeit von Blindnietelementen und Blindnietsetzgeräten notwendig. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens war die Bewertung der Qualitätsfähigkeit der Blindnietelemente Schwerpunkt der Betrachtung. Hierfür wurden unterschiedliche Methoden untersucht.

Der zweite Schritt zur Umsetzung eines Qualitätssicherungskonzeptes für Blindnietverbindungen beinhaltet die konzeptionelle Entwicklung einer geeigneten Methode zur Überwachung von Abweichungen im Blindnietsetzprozess.

Im dritten Schritt erfolgte dann anhand ausgewählter typischer Setzprozessfehler (Setzwinkel, Setzabstand, Fremdkörper zwischen den Fügeteilen, Abweichungen des Vorlochdurchmessers, Abweichungen der Vorlochgeometrie, Fase an den Fügeteilen) eine Bewertung der Erkennbarkeit und Auswirkung dieser Fehler mittels Überwachung von Zugkraft und Zugweg im Setzgerät.

Anhand dieser Forschungsergebnisse wurde für die einzelnen Fehler, bezogen auf das jeweilige Fügeelement, eine Zuordnung zu den entsprechenden Verbindungsklassen vorgenommen. Diese Zuordnungen beziehen sich hierbei auf die dargestellten experimentellen Untersuchungsergebnisse. Für die Bewertung anderer Fügeelemente oder Setzprozessfehler wurde eine Vorgehensweise sowie die Bewertungssystematik erarbeitet und aufgezeigt.

Abschließend wurde ein Ansatz zur numerischen Simulation entwickelt. Dieser bietet die Möglichkeit in Zukunft ohne aufwändige experimentelle Versuche Aussagen zur Beeinflussung verschiedener Fehler auf den Verlauf der Setzprozesskurve sowie das Tragverhalten zu treffen. Zusammenfassend steht dem Anwender ein Konzept zur qualitätsgerechten Konzeptionierung von Blindniet-Montageprozessen zur Verfügung.

Dieses ermöglicht die sequentielle Abarbeitung der relevanten Fragestellungen. Im Ergebnis steht ein vollständiges Verfahren zur Qualitätssicherung von Blindniet-Montageprozessen bestehend aus Blindnietelement, Setzgerät und (mechanischen) Vorrichtungen sowie der benötigten Überwachungssensorik (Vermeidung und Identifizierung von Setzprozessfehlern) zur Verfügung. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung der Fügeprozesssicherheit von Blindniet-Setzvorgängen bei Montage- und Bauteilunregelmäßigkeiten“ wurde unter der Fördernummer AiF 15287BR 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. 317 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielstellung des Projektes
2 Untersuchungsgegenstand
2.1 Ansatz zu Überwachung von Blindniet-Setzvorgängen
2.2 Einflussgrößen auf den Blindniet-Setzprozess
2.2.1 Setzgerät
2.2.2 Fügeelement
2.2.3 Fügeteil
2.2.4 Fertigungsprozess
2.3 Abgeleiteter Projektplan
3 Konzept zur Auswertung von Setzprozessfehlern
3.1 Allgemeine Hinweise zur Bewertung von Blindniet-Setzprozessen
3.1.1 Statistische Grundlagen
3.1.2 Spezifische Hinweise zum Blindnietsetzprozess
3.1.3 Einsatz von Trigger-Ereignissen
3.2 Bewertung der Prozessfähigkeit von Blindniet-Setzprozessen
3.2.1 Vollständige Bestimmung der Prozessstreubreite
3.2.2 Punktuelle Bestimmung der Prozessstreubreite an definierten Wegpunkten
3.3 Bewertung fehlerhafter Blindniet-Setzprozesse
3.3.1 Hüllkurvenvergleich
3.3.2 Überwachungsfenster
3.3.3 Überwachung der Blindnietqualität
4 Fallklassenkonzept
5 Konzept zur experimentellen Simulation von Setzprozessfehlern
5.1 Referenzversuche
5.2 Variation des Setzwinkels
5.3 Fremdkörper (Spalte) zwischen den Fügeteilen
5.4 Variation von Setzabständen
5.5 Variation der Klemmstärke
5.6 Fasen an den Fügeteilen
5.7 Variation des Vorlochdurchmessers
5.8 Variation der Vorlochgeometrie
6 Ergebnisse der experimentellen Simulation von Setzprozessfehlern
6.1 Referenzversuche und Vorauswahl
6.2 Variation des Setzwinkels
6.3 Fremdkörper (Spalte) zwischen den Fügeteilen
6.4 Variation von Setzabständen
6.5 Variation der Klemmstärke
6.6 Variation des Vorlochdurchmessers
6.7 Variation der Vorlochgeometrie
6.8 Fasen an den Fügeteil
6.9 Zusammenfassende Bewertung der Fügeelemente
7 Numerische Simulation von Setzprozessen
7.1 Untersuchungsgegenstand
7.2 Theoretische Grundlagen
7.2.1 Allgemeine Elementtypen der FEM
7.2.2 Lineares und Nichtlineares Verhalten
7.2.3 Kontaktdefinition
7.3 Modellbildung
7.3.1 CAD-Modell
7.3.2 Materialkennwerte der Blindniete
7.4 Beispielrechnung (ein Fügeelement)
7.5 Zwischenergebnisse
7.5.1 Magna-Lok
7.5.2 Anpassungsempfehlungen
7.5.3 Zusammenfassung und Ausblick der numerischen Simulationen
8 Zusammenfasssung
Literaturverzeichnis
Anhangverzeichnis