Mechanisch gefügte Stahlstrukturen in Fahrzeugbau und Bauwesen

Im Fahrzeug- wie auch im Stahlbau ist neben dem Entwurf von materialgerechten Tragstrukturen und optimierten Profilformen insbesondere eine effiziente Fügetechnik von größter Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Produkts bzw. der Baumaßnahme. Das Umformfügeverfahren Clinchen hat sich seit langem aufgrund seiner universellen Einsatzmöglichkeiten, der einfachen und flexiblen Handhabung, der Möglichkeit zur Automatisierung im Automobilbau und der Geräteindustrie zum Verbinden dünnwandiger metallischer Strukturen aus Feinblech mit Dicken t < 3 mm etabliert. Mit der Weiterentwicklung der Werkzeuge können Gesamtblechdicken bis zu 20 mm durch Clinchen gefügt werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden die Einsatzmöglichkeiten des alternativen Fügeverfahrens Dickblechclinchen (DBC) für Strukturen im Nutzfahrzeug- und Stahlbau mit Halbzeugen im Einzelblechdickenbereich von 1,5 mm bis 12 mm untersucht. Für große Blechdicken gestaltet sich der Bemusterungsprozess, aufgrund mangelnder Werkzeugverfügbarkeit und geringerer Erfahrungswerte, ungleich schwieriger als im Dünnblechbereich. Aus diesem Grund soll im Rahmen des Projektes ein Hilfsmittel entwickelt werden, was dem Anwender die Auswahl geeigneter Werkzeuge für eine Fügeaufgabe mit Hilfe von Nomogrammen ermöglicht, die auf Basis von numerischen Simulationen erstellt werden. Im Blechdickenbereich t > 4 mm kommen häufig stückverzinkte Halbzeuge zum Einsatz, deren Zinküberzug eine nur geringe Duktilität aufweist und sich im Aufbau deutlich von bandverzinkten Halbzeugen im Dünnblechbereich unterscheidet. Die Gewährleistung des Korrosionsschutzes an der Fügestelle ist somit eine weitere Herausforderung, die im Rahmen dieses Projektes untersucht wird. Im Bauwesen ist es bei kraftübertragenden Verbindungspunkten erforderlich, die genaue Tragfähigkeit der Fügestelle im Hinblick auf die jeweilige Beanspruchung bestimmen zu können. Dies geschieht im Regelfall über Bemessungsvorschriften, welche innerhalb entsprechender Normen geregelt sind. Für den Stahlbau und die zurzeit gängigen Verbindungstechniken Schrauben und Schweißen wird dies z.B. durch die DIN EN 1993-1-8 geregelt. Für die Verbindungstechnik Clinchen gibt es im Bauwesen derzeit jedoch noch keine normative Regelung, um die Tragfähigkeit der Fügestelle bestimmen zu können. Daher umfasst die Problemstellung für die Anwendung die Bestimmung und die Analyse der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit geclinchter Verbindungen in Abhängigkeit der wichtigsten Einflussgrößen, wie z.B. der Stahlsorte, den verwendeten Blechdicken, dem Fügeverfahren und der Lage des Fügepunktes innerhalb der Struktur. Im Forschungsvorhaben wird daher das Ziel verfolgt, mit Hilfe experimenteller, numerischer und statisch-konstruktiver Untersuchungen die Fertigung und die Werkzeuge des (D)BC-Fügeverfahrens zu optimieren, die Trag- und Gebrauchsfähigkeit sowie die Ermüdungsfestigkeit des Clinchpunktes zu bestimmen, das Korrosionsverhalten zu analysieren und die wesentlichen Einflussfaktoren grundlegend zu erfassen. Für die Anwendung im Bauwesen soll ein Bemessungs-Modell für geclinchte Verbindungen nach DIN EN 1993-1-8 entwickelt werden, um die Anschlusstragfähigkeit und -steifigkeit realitätsnah zu bestimmen.