Mechanisches Fügen mit wiederlösbaren Verbindungselementen bei einseitiger Zugänglichkeit (FPS – Flow Piercing Screwing)

Projektbeschreibung

Die zunehmenden Anforderungen an Ressourceneffizienz, Recyclingfähigkeit und Klimaschutz führen in der blechverarbeitenden Industrie zu einem wachsenden Bedarf an wiederlösbaren und mediendichten Fügeverfahren mit einseitiger Zugänglichkeit. Das Forschungsvorhaben „Flow Piercing Screwing (FPS)" zielt auf die Entwicklung eines innovativen mechanischen Fügeverfahrens ab, das eine hohe strukturelle Integrität bei minimaler Störkontur gewährleistet und gleichzeitig eine zerstörungsfreie Demontage ermöglicht.

Im Zentrum steht die Erarbeitung einer methodischen, prädiktiven Prozesskette, die auf vereinfachten numerischen Simulationen, experimenteller Validierung und KI-gestützter Datenauswertung basiert. Diese Prozesskette ermöglicht eine datengetriebene Geometrieoptimierung des Fügeelements, insbesondere hinsichtlich Bohrungsdurchmesser, Fließformwinkel und Schaftlänge. Durch die Kombination aus effizienter Simulation und maschinellem Lernen werden Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge im Materialfluss quantitativ beschrieben und optimiert.

Das FPS-Verfahren nutzt eine hohlgeformte Schraubengeometrie, die den plastifizierten Werkstoff aufnimmt und so Spaltbildung vermeidet sowie Mediendichtheit sicherstellt. Dadurch entstehen mediendichte, wiederlösbare Verbindungen mit geringer Störkontur, die besonders für profilintensive Bauweisen im Automobil-, Fassaden-, Leiter- und Anlagenbau geeignet sind.

Für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) eröffnet die entwickelte Prozesskette die Möglichkeit, Fügeverbindungen wissensbasiert, reproduzierbar und ressourceneffizient auszulegen, ohne umfassende eigene Simulationsexpertise. Das Vorhaben leistet somit einen wesentlichen Beitrag zur Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Fügetechnik.