Das Projekt ermittelt dynamische Festigkeitskennwerte mit verschiedenen Stahlwerkstoffen und einer Aluminiumlegierung und legt Kenngrößen für Entwurf, Bemessung und Nachrechnung von schwingend belasteten Clinch-, Stanzniet- und Blindnietverbindungen vor. Für auf Scherung beanspruchte Überlappverbindungen lassen sich diese ähnlich wie in Eurocode 3 für konstruktive Auslegungen nutzen. Durch die anhand von Wöhlerlinien erstellten Überlebenswahrscheinlichkeiten und sich damit ergebenden Hüllkurven ist dem Konstrukteur zudem eine ausreichende Absicherung zur Bauteilauslegung möglich
Die Nut-Geometrien der zu fügenden Werkstücke werden so aufeinander abgestimmt, dass diese möglichst spielfrei ineinander gesteckt werden können. Das in seinen Abmessungen an die Nut angepasste Querdurchsetz-Werkzeug wird mit seiner größeren Achse in Längsrichtung zur Nut der positionierten Werkstücke eingesetzt und um einen definierten Winkel gedreht. Dabei werden die zu fügenden Werkstücke lokal plastisch umgeformt und die Verbindung ausgebildet.
Das mechanische Fügen hat sich als bedeutende Technologie etabliert, wobei das Clinchen einige Vorteile, aber auch Einschränkungen aufweist, insbesondere bei der geometrischen Gestaltung der Verbindungen. Ziel des Projekts war die Entwicklung einer neuen Technologie zur Herstellung von Flachpunktverbindungen durch eine radial überlagerte Vorschubbewegung, die die Nachteile bestehender Verfahren beseitigen soll. Es wurden maschinentechnische Versuchseinrichtungen aufgebaut und die Prozessparameter theoretisch analysiert. Eine Vielzahl von Einflussgrößen, die multifaktorielle Auswirkungen auf den Fügeprozess haben, wurde bestimmt, was einen kontinuierlichen Optimierungsprozess erfordert, abhängig von den spezifischen Fügeaufgaben. Wesentliche Einflussgrößen sind die Bodendicke, Stempelfüge- und Niederhalterkraft sowie die Geometrien der Stempel und Niederhalter. Letztere ermöglichen durch gezielte Behinderung des Werkstoffflusses die Ausbildung von Hinterschneidungen. Fügbarkeitsregeln wurden aufgestellt, die den Werkstofffluss innerhalb der Verbindung optimieren. Die mechanischen Eigenschaften der Flachpunktverbindung zeigen gute Festigkeitswerte unter Scherzugbeanspruchung, während bei Schälzugbeanspruchungen geringere Festigkeiten auftreten. Der Hauptvorteil der radial überlagerten Bewegung ist der signifikant reduzierte Kraftaufwand bei der Herstellung der Verbindungen. Zudem konnten Vorteile bei der Herstellung von Kaltpres
Die analytische Methode zum rechnerischen Nachweis der Festigkeit von Clinchverbindungen ist allgemein anwendbar und erfordert keinen hohen rechentechnischen Aufwand. Insbesondere ist keine numerische Simulation notwendig. Der Nachweis erfolgt auf Basis von mechanischen Spannungen. Die Untersuchungen beinhalten die experimentelle Ermittlung von Höchstscherzugkräften, wovon Grenznahtfestigkeiten als charakteristische Festigkeitskenngrößen von Clinchverbindungen abgeleitet werden. Damit können Bauteile beanspruchungsgerecht, d. h. mit einem entsprechend der vorhandenen Beanspruchung optimalen Verbindungsabstand, bemessen werden.
Das Fügen zählt zu den ältesten Fertigungsverfahren, die Menschen gezielt entwickelt haben. Bis heute sind die Möglichkeiten der Fügetechnik oft ein wichtiges Kriterium für die Entwicklung und Herstellung der verschiedensten technischen Produkte. Im ersten Kapitel des vorliegenden Buches wird ein verfahrensunabhängiger Überblick über den Entwicklungsstand der Fügetechnik gegeben. Es wird der neuen Denkweise in technischen Bereichen entsprochen, die alle Phasen des Produktlebenszyklus einbezieht. Das Löten, eines der ältesten Fügeverfahren, hat bis in die Gegenwart nicht an Bedeutung verloren und ist unverändert Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung. Für das Fügen verschiedenster Werkstoffe und Werkstoffkombinationen moderner Produkte kann oft nur das Kleben eingesetzt werden. Die dynamische Entwicklung der Fügetechnik wird insbesondere auf dem Gebiet „Fügen durch Umformen“ deutlich, was die zunehmende Anwendungsbreite dieser Fügeverfahren zeigt. Neben der Erläuterung der theoretischen Grundlagen und der Darstellung der verschiedensten technischen Details wird in allen Kapiteln ein enger Bezug zur praktischen Anwendung hergestellt.
Die beeindruckende Entwicklung der Schweißtechnik in den letzten 80 Jahren wird zum einen durch den umfassenden Einsatz traditioneller Techniken, z. B. der Autogen- und Lichtbogentechnik, bestimmt, zum anderen aber auch durch die Nutzung moderner physikalischer Effekte, z. B. des Laserstrahls. Dieser Entwicklung folgt das vorliegende Buch. Es ermöglicht so einen umfassenden Überblick über alle modernen Schweißverfahren. Neben der Darstellung des Verfahrensprinzips sowie fertigungstechnischen Angaben zu den Ausrüstungen werden Hinweise zur handwerklichen und industriellen Anwendung, zu den erforderlichen Zusatzwerkstoffen und Hilfsstoffen, zur konstruktiven Gestaltung der Fügestelle sowie zum Arbeitsschutz gegeben. Durch seinen Aufbau ist es sowohl als Lehrbuch als auch als kompaktes Nachschlagewerk der Schweißtechnik geeignet. Zahlreiche anschauliche Bilder und Tafeln präzisieren den Text. Es werden die durch die aktuelle europäische Normung (EN) eingeführten Bezeichnungen verwendet. Das Buch ist sowohl für Studierende in den Fachrichtungen Maschinenbau, Produktionstechnik, Konstruktionstechnik an Universitäten, Fachhochschulen und Berufsakademien als auch für Ingenieure im Beruf (Konstrukteure, Fertigungstechnologen, Fertigungsplaner) und Interessenten im Rahmen von Weiterbildungsveranstaltungen (Schweißfachingenieure) gedacht.
Das Clinchen hat sich seit einigen Jahren auf dem Markt etabliert. Es ist ein, im Vergleich zu anderen Fügeverfahren, sehr wirtschaftliches Verfahren. Weitere Vorteile sind u. a. die Vielfalt der fügbaren Werkstoffe und -kombinationen sowie, dass kein Wärmeintrag aus dem Prozess in die Fügeteile stattfindet. Auch eine gute Recyclingfähigkeit wird durch das Fehlen eines artfremden Werkstoffes, wie z. B. eines Verbindungselementes, begünstigt. Neben den Vorteilen der mechanischen Fügeverfahren besteht ein Nachteil darin, dass es kein mechanisches Fügeverfahren gibt, welches einseitig vollkommen ebene Verbindungen ausbildet. Das schränkt die Anwendung dieser sehr wirtschaftlich herstellbaren Verbindungen ein, z. B. im Vergleich zu Widerstandspunktschweißverbindungen, die beidseitig nahezu ebene Oberflächen im Bereich der Verbindungen erzeugen können. Benötigt werden solche ebenen Oberflächen z. B. in Sichtbereichen von Bauteilen oder an Flächen, die noch andere funktionelle Forderungen, wie z. B. Gleiten und Dichten, erfüllen müssen. Die Entwicklung einer einseitig ebenen, mechanisch einstufig gefügten Verbindung kann das Anwendungspotential der mechanischen Fügetechnik weiter vergrößern...
Das Nieten bleibt aufgrund wirtschaftlicher und ökologischer Vorteile in der Blechverarbeitung von Bedeutung. Besonders Blindnieten und das neue Stanznieten mit Halbhohl- oder Vollniet haben sich etabliert. Neben mechanisch beanspruchten Bauteilen gibt es viele Anwendungen, bei denen Nietverbindungen auch thermisch beansprucht werden. An genieteten Bauteilen können sowohl einmalige als auch mehrmalige thermische Beanspruchungen auftreten. Die Eigenschaften von Nietverbindungen unter thermischer Beanspruchung sind jedoch wenig bekannt, was die Notwendigkeit dieser Forschung verdeutlicht. Ziel ist die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von thermisch beanspruchten Blind- und Stanznietverbindungen an Stahl, Aluminium und deren Kombination. Nach ein- und mehrmaliger Erwärmung zeigen diese Verbindungen nur geringe Festigkeitsabfälle, die nicht unter die Festigkeit thermisch unbeanspruchter Verbindungen fallen. In einem Temperaturbereich von 300 °C bis 400 °C steigen die statischen Festigkeitskennwerte sogar signifikant an. Die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumverbindungen bleiben in der Regel unverändert, können jedoch je nach Legierung variieren. Ab Temperaturen von ca. 300 °C bei Stahl und 100 °C bei Aluminium verschlechtern sich die Eigenschaften deutlich. Insgesamt sind Nietverbindungen nach thermischer Beanspruchung weitgehend beständig, wobei sich die Eigenschaften unter bestimmten Bedingungen sowohl verbessern
Das Durchsetzfügen hat sich in der blechverarbeitenden Industrie aufgrund wirtschaftlicher und ökologischer Überlegungen etabliert. Ein Nachteil ist der Mangel an Informationen über dieses Fügeverfahren und die entsprechenden Verbindungen, was zu wenigen Normen und Berechnungsvorschriften über das Festigkeitsverhalten führt. Daher werden Durchsetzfügeverbindungen vorwiegend an gering beanspruchten und nichttragenden Bauteilen eingesetzt. Bei funktionsbedingten thermisch beanspruchten Verbindungen aus Stahl wurden unterschiedliche Tendenzen in der statischen Festigkeit in Abhängigkeit von der Erwärmtemperatur und der Anzahl der Temperaturwechsel festgestellt. Bei einer thermischen Wechselbeanspruchung mit 200 °C zeigte sich ein stetiger Anstieg der Höchstscherzugkräfte, während diese bei 400 °C auf den Ausgangswert zurückfielen. Die Möglichkeit, dass die Festigkeit bei höheren Temperaturwechselzyklen unter den Ausgangswert fallen könnte, wurde in dieser Arbeit nicht untersucht. Zusammenfassend sind Durchsetzfügeverbindungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften relativ thermisch beständig, und eine Abkühlung auf -196 °C führte nicht zu einer negativen Veränderung der mechanischen Eigenschaften.
