A117

Stanznieten von Aluminium mit Stahl mittels Halbhohlniet

(A117 S 24/19/96)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. April 1997 – 31. März 1998

Dünnblechkonstruktionen sind im Fahrzeugbau vielfältigen statischen, dynamischen und stoßartigen Belastungen und Belastungskombinationen bei z.T. gleichzeitiger Einwirkung korrosiver Medien ausgesetzt. Steifigkeit, statische Festigkeit, Schwingfestigkeit und das Crashverhalten der Bauteile werden maßgeblich vom eingesetzten Werkstoff  bzw. der Werkstoffkombination, dem Fügeverfahren und der konstruktiven Gestaltung bestimmt.

Neben den stoffschlüssigen Verfahren, wie dem Widerstandspunktschweißen, gewinnen zunehmend Fügeverfahren an Bedeutung. Bei denen eine kraftformschlüssige Verbindung durch lokale plastische Werkstoffumformung erzeugt wird. Insbesondere für das Verbinden von oberflächenbeschichteten Werkstoffen und Mischverbindungen weisen diese Fügetechniken ein breites Einsatzspektrum auf.

Die Stanznietverfahren, die eine Untergruppe der umformtechnischen Fügeverfahren repräsentieren, zeichnen sich ebenso wie die übrigen umformtechnischen Fügeverfahren durch eine hohe Wirtschaftlichkeit, Prozeßsicherheit und universelle Einsetzbarkeit aus. Neben der universellen Einsetzbarkeit und der Möglichkeit einer effizienten Prozeßüberwachung sprechen vor allem die guten mechanischen Verbindungseigenschaften für das Stanznieten mit Halbhohlniet. Insbesondere bei schwingender Belastung treten die Vorteile des kombinierten Kraft-Formschlusses und der Vermeidung einer thermischen Gefügebeeinflussung hervor.

Bislang liegen für die konstruktive Gestaltung, die fertigungstechnische Verarbeitung und die Dimensionierung von stanzgenieteten Bauteilen aus Stahl- bzw. Aluminiumwerkstoffen lediglich für die artgleiche Kombination beider Werkstoffe vereinzelt Erkenntisse vor. Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene stanzgenietete Stahl- und Aluminiumwerkstoffe in unterschiedlichen zwei- und dreilagigen Fügeteilkombinationen unter quasistatischer und schwingender Belastung untersucht. Wesentliches Ziel des Projektes war es, aufbauend auf einer zielgerichteten Ermittlung geeigneter Fertigungsparameter, der Auswahl geeigneter Niettypen und einer standardisierten Kennwertermittlung, Dimensionierungskennwerte für die konstruktive Auslegung quasistatischer und schwingend belasteter stanzgenieteter Bauteile aus Stahl und Aluminium zu ermitteln und zusammenzufassen.

Aufbauend auf einer Auswahl von zehn unterschiedlichen zwei- und dreilagigen Mischverbindungen wurden zunächst für diese Kombinationen die fertigungstechnischen Verfahrensparameter ermittelt und die Festigkeitseigenschaften sowie das Versagensverhalten unter quasistatischer Belastung mittels Einelementproben in Scher- und Schälzugausführung bestimmt. Es konnte hierbei gezeigt werden, daß das Fügeverfahren Stanznieten mit Halbhohlniet grundsätzlich für das Fügen von Mischverbindungen aus Stahl- und Aluminiumwerkstoffen in unterschiedlicher Anordnung geeignet ist.

Das Trageverhalten der untersuchten Mischverbindungen bestätigt die in früheren systematischen Untersuchungen von Hahn und Lappe zum Stanznieten mit Halbhohlniet zweilagiger Kombinationen aufgestellte Faustregel: - Hart in Weich - und - Dünn in Dick -. Für die untersuchten dreilagigen Fügeteilkombinationen erwies sich darüber hinaus jeweils die matrizenseitige Anordnung des Aluminiumwerkstoffes als günstig für das Trageverhalten.

Aus den Untersuchungsergebnissen unter quasistatischer und schwingender Belastung mittels der LWF-KS1-Probe und der H-Probe in Scher- und Schälzugausführung wurden Festigkeitskennwerte für jeweils zwei zwei- und dreilagige Mischverbindungen abgeleitet.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde gezeigt, daß das Fügeverfahren Stanznieten mit Halbhohlniet sowohl für quasistatisch als auch für schwingend belastete Bauteile aus Stahl- und Aluminiumwerkstoffen ein hohes Innovationspotential aufweist.

Forschungsstelle 1:
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) Universität Paderborn
www.lwf.uni-paderborn.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. Ortwin Hahn
(vorgelegt vom Verband der Automobilindustrie für Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V., Frankfurt)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF