Stahl-Aluminium-Verbindung Kleben hält länger als Nieten

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Opel entwickelt zusammen mit dem Fraunhofer LBF und der TU Darmstadt eine anwendungsorientierte Simulationsmethode zur zuverlässigen Betriebsfestigkeitsbewertung von geklebten, genieteten und hybrid gefügten Feinblechverbindungen. Die Basis bilden Schwingfestigkeitsversuche bei kombinierten Belastungszuständen.

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Der Einsatz bauteilähnlicher Tellerproben liefert praxisnahe Erkenntnisse über die Schwingfestigkeitseigenschaften von Strukturbauteilen, die sich in dieser Art nicht an den üblichen einfach überlappenden Standardproben ermitteln lassen.
Der Einsatz bauteilähnlicher Tellerproben liefert praxisnahe Erkenntnisse über die Schwingfestigkeitseigenschaften von Strukturbauteilen, die sich in dieser Art nicht an den üblichen einfach überlappenden Standardproben ermitteln lassen.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Die Schwingfestigkeitsversuche dienen als Grundlage zur Validierung von numerischen Methoden zur Lebensdauerabschätzung. Sie ermöglichen außerdem Einblicke in real auftretende Schädigungsmechanismen.

Fraunhofer LBF entwickelt und prüft Tellerproben

Bei der verwendeten Tellerprobe wird ein tiefgezogener Napf im Bereich des umgeformten Flansches mit einer fest eingespannten ebenen Grundplatte verbunden. Der große Vorteil: Sowohl Kräfte als auch Momente lassen sich im Versuchsaufbau in beliebiger Richtung in den Napf einleiten und so ein definierter Beanspruchungszustand als Kombination aus Scherzug und Schälzug einstellen. Somit ermöglicht diese Probenform, die Schwingfestigkeitseigenschaften struktureller Bauteile möglichst praxisnah und dennoch im Labormaßstab untersuchen zu können.

Hybrides Fügen noch nicht prozessreif

Um das Leichtbaupotenzial von Strukturbauteilen in Multi-Materialbauweise zu ermitteln, führten die Forschenden vom Fraunhofer LBF Schwingfestigkeitsversuche an geklebten, genieteten und hybrid gefügten Tellerproben durch.

Darstellung eines Steifigkeitsverlaufs in Korrelation mit thermoelastischer Spannungsanalyse.
Darstellung eines Steifigkeitsverlaufs in Korrelation mit thermoelastischer Spannungsanalyse.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Dabei zeigten die geklebten Tellerproben deutlich höhere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den genieteten Tellerproben. Die hybriden Tellerproben zeigten jedoch, anders als erwartet, geringere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den geklebten Tellerproben.

Das Potenzial des Hybridfügens, insbesondere für zukünftige Leichtbaukonzepte der Automobilindustrie, ist vielversprechend. Um es voll ausschöpfen zu können und für eine industrielle Anwendung zu nutzen, ist es jedoch zwingend erforderlich, Fertigungsprozesse weiter zu optimieren

Dr. Jörg Baumgartner, Betreuer des Forschungsprojektes ALLIANCE am Fraunhofer LBF

Eine mögliche Erklärung sieht man in dem noch nicht optimierten hybriden Fertigungsprozess, woraus eine unsachgemäße Verklebung beider Fügepartner resultieren kann. Hilfreich zeigte sich eine zusätzliche Fixierung der Bleche beim Setzen der Niete. Hierdurch konnte das Aufklaffen der beiden Bleche während des Fügeprozesses reduziert und somit eine Erhöhung der Fügequalität und Steigerung der Schwingfestigkeit erzielt werden.

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