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08.02.2021 | Verbindungstechnik | Nachricht | Onlineartikel

Schwingfestigkeit hybrid gefügter Materialverbindungen

Autor:
Dr. Hubert Pelc
2 Min. Lesedauer

Die Automobilindustrie befasst sich intensiv mit innovativen Leichtbaulösungen. In diesem Kontext sind die Schwingfestigkeit und Lebensdauer gefügter Feinblechverbindungen von besonderer Bedeutung.

Im Rahmen eines von der EU geförderten Forschungsprojektes mit der Bezeichnung ‘ALLIANCE‘ (Affordable Lightweight Automobiles Alliance) hat der Automobilhersteller Opel Automobile gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) sowie dem Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik (SAM) der Technischen Universität Darmstadt innovative numerische Methoden auf Basis von Schwingfestigkeitsversuchen von Scherzug- und Schälzugproben zur Lebensdauerabschätzung für Multimaterial-Fügetechniken entwickelt. Die Validierung der Methode erfolgte durch Schwingfestigkeitsversuche anhand von bauteilähnlichen Tellerproben, die aus der Materialpaarung Stahl/Aluminium bestehen.

Praxisnahe Untersuchungen

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. Die Schwingfestigkeitsversuche dienen als Grundlage zur Validierung von numerischen Methoden zur Lebensdauerabschätzung und ermöglichen Einblicke in real auftretende Schädigungsmechanismen. Erste Einblicke in die komplexe Welt der Schwingfestigkeit von hybrid gefügten Strukturbauteilen bieten nun die Versuchsergebnisse aus dem Fraunhofer LBF. “Das Potenzial dieses Fügeverfahrens, 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“, betont Dr. Jörg Baumgartner, der das Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF betreut.

Hybrider Fertigungsprozess muss optimiert werden

Um das Leichtbaupotenzial von Strukturbauteilen in Multimaterialbauweise zu ermitteln, führte das Darmstädter Forscher-Team Schwingfestigkeitsversuche an geklebten, genieteten und hybrid gefügten Tellerproben durch. Dabei wiesen die geklebten Tellerproben deutlich höhere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den genieteten Proben auf. Ähnliches war bei Scherzugversuchen zu beobachten. Die hybriden Tellerproben zeigten jedoch, anders als bei den Scherzugproben, geringere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den geklebten Tellerproben. “Einen der möglichen Gründe für dieses Verhalten vermuten wir in dem noch nicht optimierten hybriden Fertigungsprozess, wodurch eine unsachgemäße Verklebung beider Fügepartner resultiert. Dies lässt sich ebenfalls im Vergleich zwischen den untersuchten unterschiedlichen Chargen der hybriden Tellerproben erkennen“, erklärt Baumgartner.
Ein hilfreicher Ansatz war 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.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Schwingfestigkeit

Quelle:
Betriebsfestigkeit

01.01.2021 | Vorbehandlung | Ausgabe 1/2021

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