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Laboruntersuchung zur Prozessstabilität beim Niet-Clinchen

 
: Reinstettel, M.

Zwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten, 2008, 286 pp.
Zugl.: Chemnitz, TU, Diss., 2007
Berichte aus dem IWU, 47
ISBN: 978-3-937524-70-2
German
Dissertation
Fraunhofer IWU ()
Fügeverfahren; Umformfügen; Nietclinchen; Clinchnieten; Clinchen; Stanznieten; Blindnieten; FDS-Schraube; PentaFlow-Schraube; Punktschweißen; Rührreibschweißen; Plasmapunktschweißen

Abstract
Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden Festigkeitsuntersuchungen an Aluminium-Aluminium-Verbindungen durchgeführt. Das Referenzverfahren Stanznieten wurde mit zehn anderen Fügeverfahren verglichen. Bei den quasistatischen Scherzuguntersuchungen von Zwei-Punkt-Proben zeigte sich, dass das Nietclinchen etwa 1 kN weniger Festigkeit als das Stanznieten mit Halbhohlniet (6,8 kN) erreicht. Die untersuchten Schraubverfahren und die warmen Fügetechniken erzielten mit mehr als 7 kN hohe Festigkeitswerte.
Bei den Kopfzugversuchen zeigte sich, dass das Nietclinchen deutlich geringere Festigkeitswerte (ca. 50%) als das Referenzverfahren (2,1 kN) er-reicht.
Die untersuchten Nietclinchverbindungen mit Klebstoff erzielten höhere Festigkeitswerte, die mit denen des Stanznietens mit Halbhohlniet zu ver-gleichen sind. Der Vorteil der Nietclinchverbindungen mit Klebstoff ist, dass sich keine Luftkanäle bilden.
In den zyklischen Untersuchungen schnitt das Nietclinchen besser als das Referenzverfahren ab. Die Dauerfestigkeit der Nietclinchverbindungen übertraf die Werte der Stanznietverbindungen um etwa 12 Prozent nach 105 Last-wechseln.
Im Crash-Test zeigte sich, dass die auftretenden inneren Spannungen einer Nietclinchverbindung einen schlechten Einfluss auf die Energieabsorption haben. Diese inneren Spannungen können durch die Verwendung eines Ambosses mit Außenring, anstatt eines herkömmlichen Ambosses minimiert werden. Bei Crash-Profilen mit Klebstoff erreichten die Nietclinchverbindungen eine etwas höhere Energieabsorption als beim Stanznieten mit Halbhohlniet (keine Störung der Klebstoffverbindung). Allerdings knüpfen mehr Fügepunkte als bei der Referenz aus.
Das Nietclinchen bietet die Möglichkeit, Stahl/Aluminium-Mischbauver-bindungen erfolgreich zu fügen. Dies zeigt sich insbesondere bei Hybrid-verbindungen mit Strukturklebstoff. Luftkanäle in der Klebstoffschicht, wie sie beim Halbhohlstanznieten zu finden sind, treten nicht auf. Das Fügeverfahren ist bei Paarungen mit TRIP-Stählen (H400TD) oder Aluminumguss (Material ist zu spröde) an seiner Grenze.
Im Rahmen des Kostenvergleichs hat sich gezeigt, dass zahlreiche Parameter Einfluss auf den Preis einer Punktverbindung haben. Der Preis besitzt eine starke Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzfall (Teilzeit, Schichtbetrieb). Es wurde versucht, alle kostenbeeinflussenden Faktoren auf eine Punktverbindung zu sammeln. Diese Einflüsse wurden in einem Beispiel dargestellt.
Die nächste Aufgabe der Arbeit war, die Schwankungen im Prozess (unter Laborbedingungen) zu untersuchen. Das Untersuchungsprogramm und die Auswertung der Ergebnisse wurde mit einem Versuchsplan von Taguchi durchgeführt (48 Schliffbilder). Ein Vergleich zwischen einem Unter-suchungsprogramm, aufgebaut mit einem fraktionellen faktoriellen Ver-suchsplan (96 Schliffbilder), zeigte vergleichbare Ergebnisse wie bei einem Versuchsplan nach Taguchi.
Diese Auswertung zeigte, dass die Schwankung der Materialstärke im Unter- und Oberblech den größten Einfluss auf die Verbindung haben. Dieser Einfluss spiegelt sich als erstes in der Halsdicke und als zweites im Restboden wider. Die Halsdicke hat einen Einfluss auf die Festigkeit und der Restboden auf die Korrosionsbeständigkeit der Verbindung.
Der Einfluss der Niete selbst (Nietlänge und –härte), ist im Labor nur mit sehr großem Aufwand zu überprüfen. Deshalb wurde für diese Größen eine FEM-Simulation durchgeführt. Dabei ergab sich, dass eine Reduzierung der Nietlänge (von 4,5 mm aus) zu einem geringeren Hinterschnitt führt. Die Nietlänge sowie die Niethärte haben nur einen geringen Einfluss auf die Halsdicke. Bei abnehmender Nietlänge und Niethärte wurde ein größerer Restboden erreicht.
Die Untersuchungen der Arbeit haben gezeigt, dass zum Fügen einer i.O.-Nietclinchverbindung ein Kompromiss zwischen Halsdicke, Hinterschnitt und Restboden gefunden werden muss. Um einen stabilen Prozess zu erreichen, müssen die Schwankungen der Materialstärke von abgepressten Teilen in einer definierten Toleranz liegen. Um eineen stabilen Prozess gewährleisten zu können, muss diese Toleranz durch Untersuchungen in der Produktion gesichert werden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-89768.html