Um die Fahrzeugmasse zu verringern, werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) im Bereich des automobilen Rohbaus an die metallische Karosserie gefügt. Dabei stellen vorlochfreie mechanische Fügeverfahren eine produktive Lösung für das Fügen artverschiedener Werkstoffe dar. Im anschließenden Lackeinbrennprozess der kathodischen Tauchlackierung werden die Bauteile Temperaturen von bis zu 200 °C ausgesetzt. Bei stanzgenieteten und anschließend thermisch belasteten FKV-Metall-Verbindungen treten neben fügeprozessinduzierten Schädigungen auch ausgeprägte Laminatschädigungen auf, welche die Verbindungstragfähigkeit negativ beeinflussen. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die ursächlichen Wirkprinzipien thermisch bedingter Schädigungen in stanzgenieteten FKV-Metall-Verbindungen aufzudecken, um anhand dessen werkstoffgerechte Abstellmaßnahmen abzuleiten. Hierdurch soll eine vorlochfreie Fügetechnik für thermisch belastete FKV-Metall-Verbindungen entwickelt werden. Am Beispiel des Vollstanznietens werden die Ursachen für die Entstehung thermisch bedingter Schädigungen im FKV-Fügepartner unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren aufgedeckt. Das gewonnene Verständnis dient der Berechnung der Spannungen im FKV nach dem Fügeprozess mithilfe einer analytischen Berechnungsmethode zur Bestimmung von Spannungskonzentrationen in faserverstärkten Mehrschichtverbunden. Anschließend wird eine Nietgeometrie zur Verringerung thermisch bedingter Schädigungen im Verbundwerkstoff abgeleitet. Die Feinauslegung des weiterentwickelten Nietes erfolgt experimentell anhand von Schädigungsbewertungen und wird mittels Tragfähigkeitsuntersuchungen bewertet.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Um die Fahrzeugmasse zu verringern, werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) im Bereich des automobilen Rohbaus an die metallische Karosserie gefügt. Dabei stellen vorlochfreie mechanische Fügeverfahren eine produktive Lösung für das Fügen artverschiedener Werkstoffe dar. Im anschließenden Lackeinbrennprozess der kathodischen Tauchlackierung werden die Bauteile Temperaturen von bis zu 200 °C ausgesetzt. Bei stanzgenieteten und anschließend thermisch belasteten FKV-Metall-Verbindungen treten neben fügeprozessinduzierten Schädigungen auch ausgeprägte Laminatschädigungen auf, welche die Verbindungstragfähigkeit negativ beeinflussen. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die ursächlichen Wirkprinzipien thermisch bedingter Schädigungen in stanzgenieteten FKV-Metall-Verbindungen aufzudecken, um anhand dessen werkstoffgerechte Abstellmaßnahmen abzuleiten. Hierdurch soll eine vorlochfreie Fügetechnik für thermisch belastete FKV-Metall-Verbindungen entwickelt werden. Am Beispiel des Vollstanznietens werden die Ursachen für die Entstehung thermisch bedingter Schädigungen im FKV-Fügepartner unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren aufgedeckt. Das gewonnene Verständnis dient der Berechnung der Spannungen im FKV nach dem Fügeprozess mithilfe einer analytischen Berechnungsmethode zur Bestimmung von Spannungskonzentrationen in faserverstärkten Mehrschichtverbunden. Anschließend wird eine Nietgeometrie zur Verringerung thermisch bedingter Schädigungen im Verbundwerkstoff abgeleitet. Die Feinauslegung des weiterentwickelten Nietes erfolgt experimentell anhand von Schädigungsbewertungen und wird mittels Tragfähigkeitsuntersuchungen bewertet.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Um die Fahrzeugmasse zu verringern, werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) im Bereich des automobilen Rohbaus an die metallische Karosserie gefügt. Dabei stellen vorlochfreie mechanische Fügeverfahren eine produktive Lösung für das Fügen artverschiedener Werkstoffe dar. Im anschließenden Lackeinbrennprozess der kathodischen Tauchlackierung werden die Bauteile Temperaturen von bis zu 200 °C ausgesetzt. Bei stanzgenieteten und anschließend thermisch belasteten FKV-Metall-Verbindungen treten neben fügeprozessinduzierten Schädigungen auch ausgeprägte Laminatschädigungen auf, welche die Verbindungstragfähigkeit negativ beeinflussen. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die ursächlichen Wirkprinzipien thermisch bedingter Schädigungen in stanzgenieteten FKV-Metall-Verbindungen aufzudecken, um anhand dessen werkstoffgerechte Abstellmaßnahmen abzuleiten. Hierdurch soll eine vorlochfreie Fügetechnik für thermisch belastete FKV-Metall-Verbindungen entwickelt werden. Am Beispiel des Vollstanznietens werden die Ursachen für die Entstehung thermisch bedingter Schädigungen im FKV-Fügepartner unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren aufgedeckt. Das gewonnene Verständnis dient der Berechnung der Spannungen im FKV nach dem Fügeprozess mithilfe einer analytischen Berechnungsmethode zur Bestimmung von Spannungskonzentrationen in faserverstärkten Mehrschichtverbunden. Anschließend wird eine Nietgeometrie zur Verringerung thermisch bedingter Schädigungen im Verbundwerkstoff abgeleitet. Die Feinauslegung des weiterentwickelten Nietes erfolgt experimentell anhand von Schädigungsbewertungen und wird mittels Tragfähigkeitsuntersuchungen bewertet.
Aktualisiert: 2023-06-30
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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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Zur effizienten Umsetzung von Leichtbaustrategien durch Mischbauanwendungen im Karosseriebau heutiger Automobilproduktion bedarf es geeigneter Fügetechnologien. Die Fertigungslinien der Kleinwagen- und Mittelklasse sind großenteils auf das punktuelle Fügen mittels Widerstandspunktschweißen in Kombination mit dem Kleben ausgerichtet. Eine Weiterentwicklung des Widerstandspunktschweißens für Mischbauanwendungen verspricht daher besonders großes Potenzial zum technologischen und wirtschaftlichen Erfolg. Die sich in der Entwicklung befindenden einstufigen Prozessvarianten des Widerstandselementschweißens erfüllen noch nicht die Anforderungen an eine Karosseriebaufügetechnologie.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, das einstufige Widerstandselementschweißen zu einem anwendungsgerechten Fügeprozess unter Berücksichtigung fertigungs- und fügeprozessspezifischer Anforderungen des Karosseriebaus weiterzuentwickeln. Dazu erfolgen die Auslegung eines idealen Warmeinpräge- und Schweißprozesses sowie eine Hilfsfügeteilweiterentwicklung. Das Schweißverhalten sowie die erreichbaren Verbindungsmerkmale und -eigenschaften werden charakterisiert.
Aktualisiert: 2022-05-19
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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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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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Die zunehmende Ressourcenknappheit und das wachsende Umweltbewusstsein veranlasst die Automobilindustrie verbrauchsarme und klimaneutrale Fahrzeuge zu entwickeln. Ein Weg zur Erreichung dieses Ziels ist die konsequente Umsetzung von Leichtbaukonzepten im Karosseriebau unter Nutzung von mechanischen Fügeverfahren. Eine dabei häufig verwendete Fügetechnologie ist das Halbhohlstanznieten. Im Fahrzeugentwicklungsprozess wird zur Absicherung der Anforderungen, wie z.B. der Karosseriesteifigkeit, ein virtueller Prototyp des Fahrzeugs erstellt. Hierbei werden die Stanznietverbindungen durch vereinfachte Ersatzmodelle berücksichtigt. Die Ermittlung der notwendigen Eingangsdaten für die Ersatzmodelle ist jedoch mit einer Vielzahl von zeit- und kostenaufwändigen experimentellen Versuchen verbunden. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Methode zur Prognose des Tragverhaltens von Halbhohlstanznietverbindungen zu entwickeln. Damit sollen wichtige Ersatzmodellparameter, wie z.B. die Maximalkraft der Stanznietverbindung, ohne die Durchführung von experimentellen Versuchen ermittelt werden können. Die für die Prognose erforderliche Datenbasis wird zunächst mit einer Charakterisierung des Trag- und Versagensverhaltens von Stanznietverbindungen ermittelt. Bei der Analyse von datenbasierten Zusammenhängen zeigen die mit der Blechdicke gewichteten festigkeits-beschreibenden Werkstoffkennwerte die beste Korrelation zur Maximalkraft der Verbindungen. Auf der Grundlage dessen wird eine Prognosefunktion für die Vorhersage der Maximalkraft einer Stanznietverbindung entwickelt und validiert. Nach einer Optimierung der Prognosefunktion wird insgesamt eine gute Prognosegüte erzielt.
Aktualisiert: 2021-11-11
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Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die Stanzniettechnologie zielgerichtet für das werkstoffgerechte Fügen von FKV-Metall-Verbindungen weiterzuentwickeln, um Materialschwächungen zu minimieren und die Fügeeignung insgesamt zu verbessern. Dazu wurden die schädigungsauslösenden Mechanismen der Fügeverfahren Vollstanznieten und Halbhohlstanznieten analysiert und Optimierungsstrategien abgeleitet. Eine Element- und Verfahrenskombination beider Fügetechnologien stellte sich in diesem Zusammenhang als zielführend heraus. Der Nachweis der Schädigungsreduzierung durch den neu entwickelten Stanzniet erfolgte anhand einer Quantifizierung der induzierten Defekte mittels Ultraschall sowie der Ermittlung der Restdruckfestigkeit der FKV-Werkstoffe. Mithilfe einer Anpassung der Prozessparameter und der Werkzeuggeometrien wurde eine Verbesserung der Verbindungsausbildung erreicht und insgesamt das Spektrum an fügegeeigneten Werkstoff-Geometrie-Kombinationen erweitert. Die gefügten Verbindungen wurden abschließend in verschiedenen Prüfszenarien mechanisch charakterisiert.
Aktualisiert: 2020-01-15
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In der automobilen Karosserieserienfertigung werden zunehmend trocken-schmierstoffbeschichtete Aluminiumbleche verarbeitet. Ein Vorteil solcher Schmierstoffe ist das gute Haftungsvermögen auf den Blechoberflächen, so dass auf weitere Beölungen im Verarbeitungsprozess der Bleche verzichtet werden kann. Parallel zum Einsatz von Trockenschmierstoffen formulieren die Hersteller den Wunsch, auf Waschprozesse, die der Rohkarosseriefertigung vorgelagert sind, zu verzichten. Die Motivation für den Verzicht ist das Ziel einer ressourcenschonenden Produktion. Das Bolzenschweißen mit Hubzündung wird als Schmelzschweißverfahren hierbei vor neue technische Herausforderungen gestellt, da es sensibel auf schwankende Oberflächenzustände reagiert, die durch variierende Schmierstoffbeschichtungsmengen verursacht werden können. Im Schweißprozess verbrennende Schmierstoffe tragen zu einer Minderung der Schweißqualität durch die Bildung von z. B. Schweißporen bei.
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein lokal wirkendes Reinigungsverfahren entwickelt und eingehend auf seine Leistung und dessen Eignung für den Einsatz in der Serienfertigung untersucht werden. Anhand von Voruntersuchungen wird ein Verfahren mit dem höchsten Potential ausgewählt und weiter eingehend analysiert. Die Eigenschaften des Verfahrens werden umfassend beschrieben und die erzielte Reinigungswirkung mittels verschiedener Analyseverfahren bewertet. Weiter erfolgt ein Vergleich der Schweißgüte konventioneller Bolzenverbindungen mit der neuen Verfahrenskombination aus Reinigen und Bolzenschweißen. Abschließend wird die Serieneignung bewertet und ein Konzept zur konstruktiven Integration des Verfahrens erstellt.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Der vermehrte Einsatz der Misch- und Profilbauweise in modernen Fahrzeugkarosserien führt im Bereich der Fügetechnik zu einem erweiterten Anforderungsprofil, welches das Fügen von artverschiedenen Werkstoffen bei lediglich einseitiger Zugänglichkeit der Fügestelle ermöglicht. Das Bolzensetzen erfüllt diese Anforderungen und bietet darüber hinaus, durch seine kurze Prozesszeit, Vorteile gegenüber anderen mechanischen Fügeverfahren. Um die Einsetzbarkeit dieses Verfahrens zu bewerten, sind nach gegenwärtigem Stand der Technik, umfangreiche Untersuchungen zur Bewertung der Fügeeignung einer Materialpaarung unerlässlich. Die zeitintensiven Absicherungsumfänge stehen dabei im Konflikt mit der Forderung die Realisierbarkeit einer Verbindung in einer frühen Entwicklungsphase des Fahrzeugs zu bewerten. Dem Zugrunde liegend wurde im Rahmen dieser Arbeit die Einsetzbarkeit des Bolzensetzens beim Erstellen von Aluminium-Stahl-Verbindungen mit dem Ziel, die relevanten Prozesskenngrößen zukünftig anhand den Fügeteileigenschaften ableiten zu können, untersucht. Anhand der Erkenntnisse wurden anschließend die Einsatzgrenzen des Verfahrens bestimmt und Maßnahmen erarbeitet, um diese zu erweitern. Der erste Ansatz zielte dabei auf eine Erweiterung des Einsatzfeldes zum Fügen von hoch- und höchstfesten Stahlwerkstoffen ab, wobei in diesem Zusammenhang ein in seinen Eigenschaften angepasstes Hilfsfügeelement entwickelt wurde. Im weiteren Verlauf wurde zudem ein konstruktiver sowie anlagenseitiger Ansatz zum Fügen von Materialpaarungen, welche bisweilen durch eine sehr eingeschränkte Prozessstabilität gekennzeichnet waren, betrachtet.
Aktualisiert: 2020-12-08
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