Vorträge des 41. EFB-Kolloquiums Blechverarbeitung am 8. und 9. Mai in Würzburg
Aktualisiert: 2023-06-26
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Vorträge des 41. EFB-Kolloquiums Blechverarbeitung am 8. und 9. Mai in Würzburg
Aktualisiert: 2023-06-26
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Die im Automobilbau eingesetzten Multi-Materialbauweisen, welche eine Aluminium-Außenhaut mit pressgehärteten Stahlprofil-Strukturen kombinieren, stellen hohe Anforderungen an die einzusetzenden Fügetechnologien. Etablierte einseitige mechanische Fügeverfahren sind aufgrund der hohen Werkstofffestigkeit des Stahlfügepartners nicht einsetzbar. Eine sehr gute Eignung bei bisher zweiseitiger Zugänglichkeit besitzt das Nietpunktschweißen.
In dieser Arbeit wird das Nietpunktschweißen zu einer einseitigen Verfahrensvariante weiterentwickelt und so eine Fügetechnologie zum prozesssicheren Verbinden artverschiedener Werkstoffe unter einseitiger Zugänglichkeit geschaffen. Dazu werden zunächst Anforderungen an das einseitige Nietpunktschweißen identifiziert. Durch die Analyse der Verbindungsentstehung wird die Beschreibung zugrundeliegender Ursache-Wirkungs-Mechanismen ermöglicht. Anschließend wird der Einfluss der einseitigen Prozessführung auf die Verbindungsausbildung in Abhängigkeit der Prozessgrößen bewertet. Im nächsten Schritt wird die Prozessführung unter Berücksichtigung der mechanisch-technologischen Verbindungseigenschaften optimiert. Es werden angepasste Prozessfenster für unterschiedliche Stahlwerkstoffe sowie Beschichtungen abgeleitet. Nachfolgend wird die Prozessfähigkeit unter Einwirkung von produktionsrelevanten Störgrößen abgesichert. Die entwickelte Fügetechnologie wird abschließend auf ein realitätsnahes Demonstratorbauteil übertragen und so der Nachweis zur Funktionstauglichkeit erbracht.
Aktualisiert: 2023-01-18
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Im Verfahren für schädigungsarme, kraftflussgerechte FKV/Metall-Verbindungen werden metallische, multifunktionale Schnittstellen bereits während der Bauteilfertigung mit einem Dornwerkzeug in eine thermoplastische FKV-Struktur integriert, wobei die Verstärkungsfasern nicht durchtrennt, sondern in der aufgeschmolzenen Matrix umgelenkt werden.
Im selben Prozessschritt wird die Schnittstelle eingebracht und ein matrizenseitig angeordneter Gegenstempel bewegt das Material aus dem entstandenen Durchzug zurück in die Laminatebene, wodurch ein Formschluss zwischen Schnittstelle und FKV erzeugt wird. Anschließend kann das FKV-Bauteil mittels etablierter punktueller Fügeverfahren wie Clinchen und Widerstandspunktschweißen prozesssicher mit Metallstrukturen verbunden werden.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-584.html
Aktualisiert: 2022-12-01
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Zur großserienfähigen Produktion von Bauteilen, bestehend aus Metall und kurzfaserverstärkten Kunststoffen, wird das In-Mould-Assembly-Verfahren (Hybrid-Spritzgießen) eingesetzt. Im Fließlochformprozess entstehende Hülsen werden in ein Metallblech eingebracht, um als Verklammerungsstrukturen einen Formschluss zum an- und umspritzten faserverstärkten Kunststoff zu bewirken und damit die Verbundfestigkeit zu erhöhen.
Die Kombination aus hohem Werkzeugdrallwinkel, einer Drehung in Vorschubrichtung, ein vom Werkzeugdurchmesser abhängiger Mindestvorschub sowie eine vom Werkzeugdurchmesser abhängige Maximaldrehzahl erreicht Hülsengeometrien mit hohen übertragbaren Scherkräften.
https://shop.efb.de/Formschluessige-In-Mould-Verbindung-zwischen-FVK-und-einem-mit-Fliesslochhuelsen-strukturierten-Blecheinleger/FB-582.2
Aktualisiert: 2022-10-27
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Die Qualität kombinierter Bauteile aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten mit spritzgegossenen Polymerstrukturen hängt von der Verbundfestigkeit der beiden Elemente ab. Die physikalischen Prozessgrößen werden in einen Zusammenhang zur Verbundfestigkeit gebracht. Sodann werden die Simulationsmethoden für beide Fertigungsprozesse - Thermoformen und Spritzgießen – zu einem Vorhersagemodell der prozessbedingten Verbundfestigkeit der thermoplastischen Grenzschicht verknüpft.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-574.html
Aktualisiert: 2022-06-23
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Zur Steigerung der Zug- und Biegefestigkeit von Metall-Kunststoff Verbindungen wird ein neuartiges Spritzgießwerkzeugkonzept eingesetzt. Dabei wird mittels lokal temperierten Spritzgießwerkzeug eine stoff – und formschlüssige Verbindung im Überlappungsbereich der beiden flächigen Metall-Kunststoff -Halbzeuge entwickelt.
Das neue Fertigungsverfahren stellt mit Hilfe von integrierten Endlosfasern im Materialübergang einen festigkeitssteigernden Effekt für die Gesamtverbundfestigkeit her
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-575.html
Aktualisiert: 2022-06-23
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Für die leichtbaugerechte Auslegung von punktförmigen Fügeverbindungen im Multi-Material-Leichtbau mit endlosfaserverstärkten Kunststoffen und Metallblechen stellen die anisotropiespezifischen, inhomogenen dreidimensionalen Spannungszustände in der Umgebung der Fügezone eine Herausforderung dar.
Die schnittreaktionsbezogene Auslegungsmethodik, die neben quasistatischen Lasten auch mechanische Schwingbeanspruchungen und Einflüsse durch mediale Alterung berücksichtigt, bietet hier besondere Vorteile.
Das dabei verwendete FE-Ersatzmodell basiert auf etablierten Grundelementtypen, die in allen gängigen FE-Programmen Verwendung finden.
https://ble-x.de/mydocs/1658
Aktualisiert: 2021-11-04
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Im Projekt wird eine Fertigungszelle zum gemeinsamen Umformen und wärmeunterstützten Pressfügen von Stählen und Endlosfaser verstärkten thermoplastischen Kunststoffen in Form von sogenannten unidirektionalen Carbon-Faser-Tapes entwickelt.
Durch die automatisierte Handhabung der Halbzeuge mittels zweier Roboter und ein isothermes, zweigeteiltes Werkzeugkonzept können die Taktzeiten reduziert werden.
Verschiedene Untersuchungen bestätigen für die Verbundbauteile eine höhere spezifische Belastbarkeit als bei einem reinen Stahlbauteil.
https://ble-x.de/mydocs/1650
Aktualisiert: 2021-07-29
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Die Anpassung bestehender automobiler Fabriksysteme ist vor dem Hintergrund der zunehmenden Umfelddynamik eine zentrale Anforderung produzierender Unternehmen. Neue Rahmenbedingungen für die Produktion ergeben sich insbesondere durch die steigende Werkstoffvielfalt in der Fahrzeugkarosserie. Die aus der intelligenten Kombination von Stahl, Aluminium und Kunststoffen folgenden mischbaubedingten Herausforderungen können in der derzeitigen automobilen Großserie nur unzureichend bewältigt werden und fordern eine Weiterentwicklung des etablierten Produktionssystems.
In dieser Arbeit wird auf Basis der Grundlagen der Systemtheorie eine methodische Planungsunterstützung zur mischbaugerechten Anpassung bestehender Fabrik-systeme vorgestellt. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Entwicklung einer neuen Methodik, um die Fertigung von Mischbaukarosserien mit ausgeprägtem Kunststoffanteil innerhalb konventioneller Fabrikstrukturen zu ermöglichen. Die dreistufige Methodik begleitet den Anwender durchgängig bei der Entwicklung und Bewertung von Lösungsoptionen und ist mit generisch anwendbaren Hilfsmitteln und Prinziplösungen ausgestaltet. Im Kern der Methodik steht die prozessuale und strukturelle Integration von physischen Modulen zur individuellen Anpassung bestehender Fabriksysteme. Das modulbasierte Integrationsvorgehen sowie der technologiestufen-übergreifende Betrachtungsbereich erlauben neue Möglichkeiten beim Werkstoffeinsatz in Fahrzeugkarosserien.
Die Anwendbarkeit und Leistungsfähigkeit der Methodik wird an einem industriellen Praxisbeispiel veranschaulicht und leistet einen Beitrag zur Reaktion auf den steigenden Flexibilitätsbedarf in der Produktion.
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Against the background of increasing environmental dynamics, the adaptation of existing automotive factory systems is a central requirement of manufacturing companies. New framework conditions for production result in particular from the increasing diversity of materials in the car body. The challenges posed by the intelligent combination of steel, aluminium and plastics can only be inadequately mastered in the current large-scale automotive production and call for further development of the established production system.
In this thesis, a methodical planning support for the multi-material adaptation of existing factory systems is presented. The work focuses on the development of a new method to enable the production of multi-material car bodies with a significantly plastic content within conventional factory structures. The three-stage method supports the user throughout the development and evaluation of possible solutions and is designed with generically applicable tools and principle solutions. The core of the method is the process-related and structural integration of physical modules for the individual adaption of existing factory systems. The module-based integration procedure, as well as the cross-technology scope, allow new possibilities for the use of innovative materials in vehicle bodies.
The applicability and efficiency of the method is illustrated by a practical example and underlines the contribution to the increasing need for flexibility in production.
Aktualisiert: 2022-12-01
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Neuartige hochbelastbare, gewebte Metall-Faserkunststoffverbund-Übergangsstrukturen stellen eine gute Verbindungsfestigkeit zwischen den artungleichen Verbundkomponenten Metall und FKV sicher. Sie basieren auf Geweben, die sich durch die kombinierte Verarbeitung von Drähten und Glasfasergarnen in Kett- und Schussrichtung auszeichnen.
Es wird eine Prozesskette erarbeitet, die die Entwicklung und Fertigung von Bindungskonzepten sowie dafür benötigte Werkzeug- und Fertigungssysteme beinhaltet.
Aktualisiert: 2022-05-17
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Zur Herstellung hybrider Semi-Strukturbauteile wird ein kombinierter Prozess zum gemeinsamen Umformen und wärmeunterstützten Pressfügen von hochfesten Stählen und endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (Organoblechen) entwickelt. Um den thermischen Fügeprozess bei 280 °C zum Ende des Umformvorgangs zu gewährleisten, wird der Stahl in einem Ofen erwärmt, bevor die Übergabe an das konstant beheizte Umformwerkzeug erfolgt.
Durch bestimmte beschichtungsabhängige Wärmebehandlungsparameter während des Erwärmungsschrittes können raue, haftfähige Oberflächen erzeugt werden, um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen.
Alternativ wird auf bereits vom Stahlhersteller erzeugte Galvannealed-Bleche zurückgegriffen, wodurch auf die integrierte Oberflächenwärmebehandlung verzichtet werden kann.
Bleibt die Temperatur des Formwerkzeugs während des gesamten Prozesses konstant bei 80 – 110 °C, werden Zykluszeiten unter 30 s erreicht.
https://ble-x.de/mydocs/1608
Aktualisiert: 2020-10-08
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Der tragfähigkeitssteigernde Effekt eines Pin-strukturierten Hilfsfügeteils bei mechanisch gefügten Verbindungen zwischen Metall und Faser-Kunststoff-Verbunden beruht auf der Entlastung kritischer Lochrandbereiche des FKV durch eine Lasteinleitung über die Pin-Strukturen um den Bohrungsbereich herum.
https://ble-x.de/mydocs/1575
Aktualisiert: 2020-07-09
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Aufgrund steigender Anforderungen an die CO2-Emmisionen von Kraftfahrzeugen gewinnt der Karosserieleichtbau weiter an Bedeutung. Dabei bedingt ein effizienter Leichtbau den Einsatz von Mischbauweisen. Die Verbindung der verschiedenen Werkstoffe stellt die Fügetechnik vor neue Herausforderungen, insbesondere beim Fügen von Aluminiumlegierungen mit pressgehärtetem Stahl. Um dieser Fügeaufgabe auch in korrosiv belasteten Bereichen gerecht zu werden, ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung des Prägeelementschweißens. Dazu wird ein neuartiges Hilfsfügeteil entwickelt, das den Anforderungen an Herstellbarkeit, Zuführbarkeit und Fügbarkeit gerecht wird. Die Anpassung der Setzwerkzeuge erfolgt mithilfe einer finiten Elemente basierten Prozesssimulation. Zum Abschluss der Verfahrensentwicklung werden die optimalen Parameter für das Prägeelementschweißen ermittelt, sowie die Tragfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit überprüft. Um einer automobilen Serienfertigung gerecht zu werden, erfolgt die Bewertung von Delta-Alpha und Störgrößeneinflüssen auf die Verbindung. Die Untersuchungen verdeutlichen das Potenzial des Prägeelementschweißens, Aluminiumlegierungen und pressgehärteten Stahl in korrosiv belasteten Bereichen zu verbinden.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Mit einem nasschemischen Verfahren zur Abscheidung von Zinkoxid-Nanostäbchen auf verzinktem Stahlsubstrat wird eine hinreichend feste und alterungsbeständige Verbindung zwischen den artverschiedenen Werkstoffen in Hybridsystemen aus Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff erreicht.
Außerdem werden Haftvermittlersysteme auf Silan- und Phosphonsäurebasis untersucht.
https://ble-x.de/mydocs/1570
Aktualisiert: 2020-01-17
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Hochmanganhaltige TWIP-Stähle bieten aufgrund ausgezeichneter Festigkeitskennwerte in Kombination mit einer großen Duktilität hervorragende mechanische Eigenschaften für den Werkstoffleichtbau von Automobilkarosserien. Der erfolgreiche Einsatz thermischer Fügeverfahren ist jedoch nur mit einer sehr komplexen Prozessführung möglich. Bei Mischbauverbindungen stoßen thermische Fügeverfahren an ihre Grenzen, sodass keine Verbindungsausbildung möglich ist.
In dieser Arbeit sind anhand der Fügeverfahren Clinchen, Halbhohlstanznieten und Vollstanznieten effiziente Möglichkeiten für das Verbinden von hochmanganhaltigen TWIP-Stahllegierungen mit, im automobilen Karosseriebau etablierten, hochfesten Stahlgüten sowie einer exemplarischen 6000’er Aluminiumknetlegierung aufgezeigt.
Dabei werden die Fügeprozesse analysiert, um relevante Effekte bei der Verbindungsausbildung zu identifizieren und Parameter so zu modifizieren, dass ein tragfähiger Fügeverbund entsteht. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung wird die Optimierung einer Clinchverbindung aufgezeigt. Der positive Nutzen wird anhand von Schliffbildern und Tragfähigkeitsuntersuchungen nachgewiesen.
Um die Fähigkeit des Clinchens für eine Serienanwendung mit einer hohen Fügepunktanzahl zu untersuchen, wird ein Standmengenversuch durchgeführt.
Die Tragfähigkeit wird anschließend mit quasistatischen und dynamischen Untersuchungen bewertet. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Empfehlungen für den Anwender formuliert.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Der Schädigungseintrag in hybride Bleche wird beim „Freistellen durch Messerschneiden“ maßgeblich durch die Verbunddicke im Verhältnis zum Lochdurchmesser und die Haftvermittlerfestigkeit beeinflusst.
Beim „Lochen durch Scherschneiden“ zeigen die Wahl der Anschnittseite und des gewählten Lochverfahrens die deutlichsten Verbesserungspotentiale hinsichtlich der Qualität der Schnittfläche und der Maßhaltigkeit beim Lochen.
Der Prüfstand für den Nachweis einer Delaminationsschädigung der hybriden Verbundpartner beruht auf einer akustischen Klopfprüfung, mit deren Hilfe die Schwingungs- und Dämpfungseigenschaften der Proben ermittelt werden können.
https://ble-x.de/mydocs/1562
Aktualisiert: 2019-10-09
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Im ersten Teil wird ein Sensorsystem basierend auf dem Konzept der Sensordatenfusion zur Erkennung von CFK-Fahrzeugschäden entwickelt. Parallel dazu wird die strukturmechanische Bewertung von beschädigten lasttragenden CFK-Bauteilen im Automobil vorgenommen. Es werden Methoden zur Bereitstellung einer ganzheitlichen Infrastruktur zur Instandhaltung von CFK-Automobilen in Hinblick auf die Schadenserkennung, die Schadensbewertung, die individualisierte Reparaturpatchfertigung sowie die Reparaturdurchführung erarbeitet. Im dritten Teil steht die Reparaturdurchführung im Fokus. Ein Leitfaden zur Patchherstellung und Reparatur von CFK-Strukturbauteilen erläutert detailliert die einzelnen Prozessschritte zur Herstellung und Montage eines an die Schadensgeometrie angepassten Reparaturpatches.
Aktualisiert: 2022-05-19
Autor:
David Bailly,
Katharina Bethlehem-Eichler,
Arne Böttcher,
Lutz Eckstein,
Sarah Ekanayake,
Gerhard Hirt,
Christian Hopmann,
Daniel Losch,
Ralf Matheis,
Philipp Nienheysen,
Uwe Reisgen,
Jürgen Roßmann,
Alexander Schiebahn,
Robert Schmitt,
Julia Schoft,
Philipp Nicolas Wagner
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Papierartige Werkstoffe werden für Falt- und Honigwabenkerne in Sandwich-Strukturen adaptiert und eröffnen ein deutlich erweitertes Anwendungsfeld. Sie können in vielfältiger Weise für innovative Produkte im Bereich der Leichtbaustrukturen eingesetzt werden.
Die Weiterentwicklungen der messtechnischen und simulationsgestützten Verfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften dünner papierartiger Materialien unter Druck- und Schubbelastungen in der Ebene ermöglichen erstmals die Bestimmung aller relevanten Materialkennwerte. Dadurch ist eine strukturmechanische Auslegung von Produkten aus derartigen Materialien erstmals effektiv möglich.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Mit dem Widerstandselementschweißen wird in der automobilen Großserienproduktion ein zweistufiges Hybridfügeverfahren eingesetzt, welches mittels Einsatz von kon-ventionellen Punktschweißzangen das prozesssichere Fügen von Aluminium mit form-gehärten Stählen ermöglicht. Um die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens zu erhöhen, wurde im Rahmen dieser Arbeit das Widerstandselementschweißen zu einem ein-stufigen Fügeprozess weiterentwickelt. Eine Warmeinprägephase anstelle des vorge-lagerten mechanischen Einprägeschrittes ermöglicht dabei den vollständigen Füge-prozess an Punktschweißzangen. In dieser Arbeit werden zunächst die Einflüsse aus-gewählter Elementgeometriemerkmale auf Verbindungseigenschaften untersucht. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung und einer anschließenden Zielwertoptimierung wird im Hinblick auf optimale Verbindungseigenschaften eine Elementgeometrie ent-wickelt. Vor diesem Hintergrund werden dann Prozessuntersuchungen zur Warmein-präge- und Ausschweißphase an Mehrelementproben durchgeführt, die im Vergleich zur zweistufigen Variante zu einer Verbesserung der Schweißbarkeit und Erhöhung der Prozessstabilität führen. Weiterhin wird ein Konzept für die Elementzuführung abge-leitet, welches die Bewertung der maximal zulässigen Störgrößen auf die Verbindungs-eigenschaften ermöglicht. Tragfähigkeitsuntersuchungen unter quasistatischer und zyklischer Belastung belegen das Festigkeitspotential des Fügeverfahrens. Schließlich wird die Konzepttauglichkeit an einem seriennahen Bauteil erfolgreich nachgewiesen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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