Konventionelle Verbindungstechniken für faserverstärkte Kunststoffe, wie bspw. Bolzenverbindungen, sind aufgrund der aufwändigen Vorarbeiten nicht für die Anwendung im Großserien-Automobilbau geeignet. In der Fahrzeugmontage hat sich die konventionelle kraftschlüssig wirkende Schraubenverbindung etabliert.
Die Schraubenvorspannkraftrelaxation ist ein Schädigungsmechanismus bei Schraubenverbindungen, der zu einem kompletten Funktionsverlust der Verbindung im Betrieb führen kann. Besonders häufig tritt die Vorspannkraftrelaxation bei der ungeeigneten Auslegung und der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen auf. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist ein typischer Vertreter der Leichtbauwerkstoffe und stellt aufgrund seiner Vielfalt und Komplexität bei der Verbindung mit Schrauben eine besondere Herausforderung dar. Die Wissensbasis zur vorspannkraftorientierten Auslegung solcher Verbindungen ist gering.
In dieser Arbeit wird das zeitliche Vorspannkraftverhalten von für den Automobilbau relevanten Schraubenverbindungen mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden näher untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von Einflussfaktoren wie bspw. der Montagevorspannkraft, der Umgebungstemperatur, des Faservolumengehalten und vielen mehr. Auf Basis der Erkenntnisse werden Optimierungsansätze hinsichtlich der Schraubmontage, der konstruktiven Gestaltung der Verbindung sowie der werkstofflichen Gestaltung des faserverstärkten Kunststoffes erarbeitet, welche dem Anwender helfen sollen, derartige Schraubenverbindungen mit dem Blick auf den Vorspannkrafterhalt besser auslegen zu können.
Aktualisiert: 2023-06-13
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Konventionelle Verbindungstechniken für faserverstärkte Kunststoffe, wie bspw. Bolzenverbindungen, sind aufgrund der aufwändigen Vorarbeiten nicht für die Anwendung im Großserien-Automobilbau geeignet. In der Fahrzeugmontage hat sich die konventionelle kraftschlüssig wirkende Schraubenverbindung etabliert.
Die Schraubenvorspannkraftrelaxation ist ein Schädigungsmechanismus bei Schraubenverbindungen, der zu einem kompletten Funktionsverlust der Verbindung im Betrieb führen kann. Besonders häufig tritt die Vorspannkraftrelaxation bei der ungeeigneten Auslegung und der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen auf. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist ein typischer Vertreter der Leichtbauwerkstoffe und stellt aufgrund seiner Vielfalt und Komplexität bei der Verbindung mit Schrauben eine besondere Herausforderung dar. Die Wissensbasis zur vorspannkraftorientierten Auslegung solcher Verbindungen ist gering.
In dieser Arbeit wird das zeitliche Vorspannkraftverhalten von für den Automobilbau relevanten Schraubenverbindungen mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden näher untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von Einflussfaktoren wie bspw. der Montagevorspannkraft, der Umgebungstemperatur, des Faservolumengehalten und vielen mehr. Auf Basis der Erkenntnisse werden Optimierungsansätze hinsichtlich der Schraubmontage, der konstruktiven Gestaltung der Verbindung sowie der werkstofflichen Gestaltung des faserverstärkten Kunststoffes erarbeitet, welche dem Anwender helfen sollen, derartige Schraubenverbindungen mit dem Blick auf den Vorspannkrafterhalt besser auslegen zu können.
Aktualisiert: 2023-06-13
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In dieser Arbeit erfolgt eine numerische Beschreibung einer Hybridverbindung (Kombination einer mechanischen Verbindung mit Klebstoff). Es wird der Einfluss von Klebstoff im Bereich der mechanischen Fügestelle auf das Verbindungsverhalten und die gegenseitige Beeinflussung von geklebter und mechanisch gefügter Verbindung untersucht. Darauf basierend werden Rückschlüsse für die Modellierung in Fahrzeug-Crashsimulationen abgeleitet.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Im Fokus des Forschungsprojektes steht die praktische Erprobung und Umsetzung der bisher an der TU Kaiserslautern gesammelten Erfahrungen im Bereich der adhäsiven Fügetechnik. In der Vergangenheit konnten neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel verschiedener Werkstoffpartner beim Fügen durch Kleben erlangt werden. So konnten z.B. geeignete Klebstoffe und Vorbehandlungsverfahren für das Fügen von Stahl-Beton-, Stahl-Glas- oder GfK-Beton-Bauteilen gefunden werden. Der Großdemonstrator "Small House II, Klebtechnik im Hochbau" ermöglicht zudem die Entwicklung, Durchführung und Überprüfung eines umfangreichen Messprogramms zur Erfassung der klimatischen Randbedingungen sowie des Verformungsverhaltens der geklebten Bauteile. Ziel ist es, bisher nicht erreichbare Anwendungsgebiete für geklebte Konstruktionen im Bauwesen zu erschließen und mit neuen innovativen Bauweisen einer ambitionierten Architektur neue Möglichkeiten zu bieten.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Berichte zum 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2023-05-31
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Berichte zum 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2023-05-31
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Daniel Szczepanski zeigt, dass sich die für die hohe Effizienz nötige Laserintensität in der Füge- und Strahltechnik negativ auf das thermische Verhalten der optischen Komponenten auswirkt. Als Folge daraus ist mit einem erhöhten Grataufwurf zu rechnen, der an der Lasereintrittsseite zu beobachten ist. Ebenso sinkt die Genauigkeit des Prozesses mit Folgen für die Wirtschaftlichkeit des neuartigen Trennverfahrens. Der Einfluss der thermischen Belastung wird vom Autor in zahlreichen Untersuchungen erforscht und bewertet.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Daniel Szczepanski zeigt, dass sich die für die hohe Effizienz nötige Laserintensität in der Füge- und Strahltechnik negativ auf das thermische Verhalten der optischen Komponenten auswirkt. Als Folge daraus ist mit einem erhöhten Grataufwurf zu rechnen, der an der Lasereintrittsseite zu beobachten ist. Ebenso sinkt die Genauigkeit des Prozesses mit Folgen für die Wirtschaftlichkeit des neuartigen Trennverfahrens. Der Einfluss der thermischen Belastung wird vom Autor in zahlreichen Untersuchungen erforscht und bewertet.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Die aktuelle Methode zur Qualitätsbewertung des Halbhohlstanznietens (HHSN) konzentriert sich auf eine Prozessüberwachung basierend auf einer statischen Hüllkurve. Aus einer Analyse der eingesetzten Hüllkurven Prozessüberwachung resultiert, dass die Einstellungen nicht die gesamte Prozessstreuung zuverlässig abbilden und in falsch-positiven Prozessfehlern resultieren, die eine manuelle Nacharbeit verursachen. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher eine neue Methode der Fehlererkennung entwickelt. Dazu wird eine experimentelle Parameteranalyse durchgeführt und die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen den auftretenden Fehlern und Prozessparametern ermittelt. Die typischen Fehler des HHSN-Prozesses werden identifiziert und die Fehlererkennung anhand der Charakteristik des Fügekraft-Stempelweg-Verlaufs bewertet. Ein großes Potential zur weiteren Verbesserung der Fehlererkennung liegt in den noch ungenutzten Prozessdaten aus der seriellen Karosseriefertigung. Diese Daten bestehen aus zahlreichen technischen und statistischen Merkmalen, die aus dem Fügekraft-Stempelweg-Verlauf extrahiert wurden. Basierend auf diesen Merkmalen wird ein Random-Forest-Modell trainiert, das die resultierende Bewertungsmethode ergänzt. Dabei wird die Nietkopfendlage (NKE) jeder Fügeverbindung als i.O. (in Ordnung) oder kritisch (auffälliger Fügekraft-Stempelweg-Verlauf) eingestuft. Die resultierende Klassifikationsgenauigkeit beträgt bis zu 84,4%. Die entwickelte Methode ermöglicht eine Prozessüberwachung mit einer robusten Vorhersage der Verbindungsqualität, wodurch eine effiziente Nacharbeit möglich wird.
Aktualisiert: 2023-04-27
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Berichte zum 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Berichte zum 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Berichte zum 42. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2022-12-20
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Berichte zum 42. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik.
Aktualisiert: 2023-04-13
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Innovative Multi-Material-Bauweisen unter Verwendung von faserverstärkten Thermoplasten und Leichtmetallen können große Kosten-, Gewichts- und Funktionspotentiale gegenüber klassischen Bauweisen bieten. Den Schlüssel
für deren Erschließung stellen werkstoffgerechte Fügetechniken dar. Das ultraschallunterstützte thermische Direktfügen ist ein solches Fügeverfahren und ermöglicht sehr kurze Fügedauern mit lokal begrenztem Energieeintrag. Dadurch
lässt sich das Verfahren auch in temperaturempfindlichen Bereichen einsetzen und es können eigenspannungsarme Verbindungen realisiert werden.
Um den Fügeprozess und die resultierenden Verbindungseigenschaften zu verstehen, ist ein holistischer Ansatz von Nöten, der in dieser Arbeit verfolgt wird. Neben der Laservorbehandlung des Metallfügepartners und dem Einfluss
der Grenzfläche zwischen Metall und Kunststoff auf die Verbindungsfestigkeit werden die zentralen Einflussgrößen auf die Verbindungsbildung untersucht. Der kombinierte Energieeintrag stellt hier die zentrale Größe dar und ermöglicht einen
robusten, flexiblen Prozess, der mittels Prozessdatenüberwachung online geregelt werden kann. Für eine durchgängige, digitale Bauteilauslegung wird zudem ein Ansatz zur Abbildung der direktgefügten Verbindung mittels Kohäsivzonenmodell
betrachtet.
Aktualisiert: 2023-01-26
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Moderne Warmformstähle benötigen Lösungen zur Integration tragfähiger Gewinde in dünnwandig ausgeführte Blechbauteile. Schweißmuttern stellen den Stand der Technik dar, sind jedoch aufgrund der prozessbedingten Wärmeeinbringung in die Fügezone als kritisch zu bewerten. Einen effizienten Ansatz zur Verkürzung der Prozesskette bei der Bauteilherstellung bildet das umformtechnische Fügen von Stanzmuttern während des Formhärtens. Die hohen Fügekräfte, welche bereits zur Ausbildung geringer Hinterschnitte notwendig sind, stellen jedoch eine große Herausforderung dar, welcher ebenfalls unter dem Aspekt einer Serientauglichkeit begegnet werden muss. Zur Analyse des Herstellungsprozesses wird ein Versuchswerkzeug entwickelt, mit welchem das Fügen von Stanzmuttern bei unterschiedlichen Blechtemperaturen im Labormaßstab umgesetzt wird. Unter Berücksichtigung des Fügeprozesses bei Raumtemperatur wird das Prozessverständnis für das Fügen bei hohen Blechtemperaturen aufgebaut. Mithilfe metallografischer Untersuchungen werden werkstoffphänomenologische Effekte durchdrungen, welche durch die Phasentransformationen während der Abkühlung im Blechwerkstoff erfolgen. Die hergestellten Verbindungen werden hinsichtlich der sich ausbildenden Verbindungsmerkmale bewertet und ein Prozessfenster abgeleitet. Eine Bewertung des mechanischen Eigenschaftsprofils der während des Formhärtens hergestellten Stanzmutterverbindungen erfolgt anhand von Tragfähigkeitsuntersuchungen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse kann ein hohes Einsatzpotenzial der neuartigen Prozesskombination bestätigt werden, wodurch eine Steigerung der Effizienz in der Herstellung formgehärteter Bauteile realisierbar ist.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Moderne Produktionssysteme im Automobilbau erfordern aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung der Antriebssysteme und der verstärkten Marktvolatilität flexible und kostengünstige Einsetzbarkeit. Für den Karosseriebau bedeutet das, dass Fügewerkzeuge für eine Vielzahl von Materialkombinationen anwendbar sein sollten. Des Weiteren sind die Kosten pro Fügepunkt in einer Fahrzeugkarosserie möglichst gering zu halten, um einen Wettbewerbsvorteil zu erreichen. Das Fließlochformschrauben ist ein effizientes Fügeverfahren, welches artfremde und einseitig zugängliche Bauteile verbinden kann. Das Fügen von vorlochfreien, hochfesten Stählen mit einseitig zugänglichen Aluminiumbauteilen mittels fließlochformenden Schraubens vermeidet kostenintensive Adapterblechlösungen und die Vorkonditionierung der Fügestellen mit Vor- und Sacklöchern. Ziel dieser Arbeit war es, die Einflusszusammenhänge beim Fügen hochfester Stahlwerkstoffe mit Aluminiumbauteilen in hochautomatisierten Produktionsstraßen zu untersuchen. Außerdem sollten die Randbedingungen des Fügeverfahrens für die Produkt- und Prozessplanung herausgearbeitet werden. Mithilfe einer Einflussfaktoranalyse und Vorversuchen wurde die Prozesskraft als zentrale Prozesseinflussgröße identifiziert. Es wurden experimentelle Versuche durchgeführt, um den Einfluss der Kraftgenerierung und des Industrieroboters auf die Verbindungsqualität zu bewerten. Die Wirkzusammenhänge zwischen Hilfsfügeteileigenschaften, Prozessparameter und der Beanspruchung des Hilfsfügeteils wurden anhand von FE-Simulationen dargestellt. Die Deformation der zu fügenden Bauteile wurde analysiert. Zuletzt sind die Verfahrensgrenzen mit hohen Fügekräften und vorschubgeregelter Prozessführung im Schliffbild untersucht worden.
Aktualisiert: 2022-05-05
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Das Kleben ist als Teilbereich der Fügetechnik längst zu einem Standardverfahren in der Industrie geworden, gleichrangig dem Schweißen oder Löten. Umso bedeutsamer ist es, dass auch hier Normen für gleichbleibend hohe Standards und verlässliche Orientierung sorgen. Viele Aspekte müssen durch Normung geregelt werden: Es gibt besondere Anforderungen an die Sicherheit, Belastbarkeit und Güte der Bauteile und Produkte, die geklebt werden. Die weitere Behandlung der geklebten Produkte setzt die Klebung wechselwirkenden Einflüssen aus. Diese Punkte sind zu berücksichtigen, wenn man Klebung als Fügeverfahren wählt, und müssen schon in die Planung des Prozesses einfließen. Normen helfen, diese Prozesse zu professionalisieren und optimale Ergebnisse zu erzielen, Schäden zu vermeiden und den idealen Arbeitsfluss zu erwirken. Das hier vorliegende Buch versammelt eine Vielzahl von Dokumenten zu dem Thema. Es ist eine praktische Arbeitshilfe und ein Nachschlagewerk in jedem Bereich, in dem Klebtechnik angewendet wird. Es bietet dem Anwender Entscheidungshilfe bei der Wahl von Verfahren und Materialien und gibt klare Definitionen für die Anforderungen an Prozesse und Umgebungen. Mit diesem Buch liegt eine umfassende Normensammlung in der lange ersehnten Erstausgabe vor.
Aktualisiert: 2023-04-22
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Aktualisiert: 2021-10-05
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Aktualisiert: 2022-04-13
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Effizienter und zukunftsweisender Karosserieleichtbau ist gekennzeichnet durch ein Multi-Material-Design als Kombination aus höchstfesten, pressgehärteten Stählen für crashrelevante, hochbeanspruchte Strukturbauteile und Aluminiumlegierungen für weniger stark belastete Bereiche, wie z. B. Anbauteile. Für die wirtschaftliche Umsetzung solcher Leichtbaustrukturen in einer automobilen Großserie nimmt die Fügetechnik eine Schlüsselrolle ein.
Im Rahmen dieser Ausarbeitung wurde die Entwicklung eines auf dem Vollstanznietprozess basierenden, neuartigen Fügeverfahrens durchgeführt, welches das Fügen von geklebten Stahl-Aluminium-Verbindungen ohne einen Werkzeugwechselvorgang ermöglicht. Dazu wurde zunächst der Stanzprozess analysiert, um verfahrensspezifische Eigenschaften und deren Auswirkungen auf die Bruchflächenausbildung im Hinblick auf fügeteil- und werkzeugbedingte Einflussfaktoren aufzeigen und bewerten zu können. Auf Basis numerischer und experimenteller Untersuchungen wurden kausale Zusammenhänge zwischen der Niet-, Werkzeug- und Bruchflächengeometrie zu dem erzielbaren Verbindungsergebnis hergestellt und verbesserte Prozessparameter erarbeitet. Für Hybridfügeanwendungen wurden daraufhin die prozessbedingten Fügeteil-deformationen ermittelt, die Auswirkung auf die Klebflächengeometrie aufgezeigt und Verbesserungen abgeleitet. Das Potenzial der neu entwickelten Technologie wurde im Vergleich zu der im Karosseriebau etablierten Vollstanzniettechnologie durch Tragfähigkeits¬untersuchungen unter verschiedenen Belastungsarten aufgezeigt.
Aktualisiert: 2022-09-01
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