Mechanisches Fügen von FKV-FKV-Verbindungen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, M. Sc. Daxin Han, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn
178 Seiten - 90,00 EUR (sw, 183 teils farbige Abb., 21 Tab.)
ISBN 978-3-86776-618-0
Zusammenfassung
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden vier (FKV-FKV-Verbindungen) weiterentwickelt. Dazu wurden zunächst die betrachtenden Fügeverfahren an bestehender Anlagentechnik des Forschungsinstituts umgesetzt.
Basierend auf der erfolgreichen Adaption der Fügeverfahren wurden Charakteristika der Verbindungen mittels Schliffbildaufnahmen und Betrachten äußerer Merkmale dokumentiert, anhand derer Maßnahmen zur Verfahrensmodifizierung abgeleitet wurden. Die Verfahrensmodifizierungen wurden verfahrensindividuell bei einer ausgewählten artreinen Glasfaser verstärkten Kunststoff-Verbindung (GFK-GFK-Verbindung) durchgeführt.
Das Ziel war, durch gezielte Element- und Werkzeugentwicklung neben der Steigung der Prozessstabilität die Verbindungsqualität insbesondere hinsichtlich der Reduzierung der Laminatschädigung zu verbessern. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde eine Eignungsbewertung der Fügeverfahren hinsichtlich der Prozess- und Fertigungsflexibilität durchgeführt.
Hierdurch wurden zwei Vollstanznietverfahren, die das größte Eignungspotential aufwiesen, zur Analyse der Einsatzgrenzen vertiefend betrachtet. Dabei wurden die Verbindungen an weiteren Werkstoffkombinationen mit variierten Faser- und Matrixsystemen bemustert. Zusätzlich wurden Verbindungen mit Klebstoff untersucht, bei denen der Einfluss der Klebstoffviskosität auf die Verbindungsausprägung analysiert wurde.
Die Ermittlung der Verbindungseigenschaften des neuartigen Fügeverfahrens erfolgte anschließend umfassend durch Zugprüfungen unter quasistatischen, zyklischen Belastungen. Abschließend wurde das Verhalten der optimierten Verbindungen unter korrosiver Belastung im Salzsprühnebeltest charakterisiert.
Durch die gezielten Verfahrensmodifizierungen in diesem Projekt können die FKV-FKV-Verbindungen schädigungsärmer gefügt werden, so dass eine verbesserte Verbindungsqualität bei den FKV-basierenden Bauteilen ermöglicht wird.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Mechanisches Fügen von FKV-FKV-Verbindungen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20346N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 561 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
Within the scope of the research project, four new mechanical joining processes for the single-stage, pre-hole-free joining of FRP-FRP joints were further developed. For this purpose, the joining processes under consideration were first implemented on existing equip-ment at the research institute.
Based on the successful adaptation of the joining processes, characteristics of the joints were documented by means of micrographs and observation of external characteristics, on the basis of which measures for process modification were derived. The process modifications were carried out on a process-specific basis for a selected GFRP-GFRP joint.
The aim was to improve the joint quality, in particular with regard to the reduction of laminate damage, by means of targeted element and tool development in addition to the increase in process stability. Based on these results, a realistic suitability evaluation of the joining methods was carried out with regard to process and manufacturing flexibility.
As a result, two self-piercing riveting processes, which showed the greatest suitability potential, were examined in more detail to analyse the application limits. In the process, the joints were sampled on further material combinations with varied fibre and matrix systems.
In addition, joints with adhesive were investigated, in which the influence of the adhesive viscosity on the joint properties was analysed.
The joint properties of the new joining method were then comprehensively determined by tensile tests under quasi-static, cyclic loads. Finally, the behaviour of the optimised joints under corrosive load was characterised in the salt spray test.
Through the targeted process modifications in this project, the FRP-FRP joints can be joined with less damage, enabling improved joint quality in the FRP-based components.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Faser-Kunststoff-Verbunde
2.2 Mechanisches Fügen
2.2.1 Stanznietverfahren
2.2.2 Blindnietverfahren
2.3 Vorlochfreies mechanische Fügen von Faser-Kunststoff-Verbunden
2.3.1 Vollstanznieten mit Doppelschließscheiben
2.3.2 Vollstanznieten mit Widerhaken
2.3.3 Bohrblindnieten
2.3.4 Stanzblindnieten
3 Versuchsrandbedingungen (AP1)
3.1 Versuchswerkstoffe
3.2 Versuchsanlagen
3.2.1 Zwick Z100
3.2.2 Zwick 1486
3.2.3 Instron VHS 65/80-20
3.2.4 Fräsportal BZT
3.2.5 Fräsportal Walter Perske
3.2.6 TOX Vollstanznietanlage
3.2.7 Korrosionskammer SKB 1600 A-TR
3.2.8 Ultraschallprüfgerät Olympus OmniScan MX2
3.2.9 Pneumatisch-hydraulisches Blindniet-Setzgerät
3.3 Hilfsfügeteile
3.4 Probengeometrien
4 Anlagenmodifizierung (AP2)
4.1 Vollstanznieten mit Doppelschließscheiben
4.2 Bohrblindnieten
4.3 Stanzblindnieten
5 Verfahrensweiterentwicklung (AP3, AP4, AP5 und AP6)
5.1 Stanzblindnieten
5.1.1 Prozessverständnis
5.1.2 Einflussfaktoren beim Stanzprozess
5.1.3 Einflussfaktoren auf den Setzprozess
5.1.4 Maßnahmen zur Prozessstabilisierung
5.1.5 Ergebnisse der Verfahrensmodifizierung beim Stanzblindnieten
5.2 Bohrblindnieten
5.2.1 Einfluss der Drehzahl
5.2.2 Einfluss des Vorschubs
5.2.3 Untersuchung zur Wechselwirkung der Prozessparameter
5.2.4 Untersuchung zur Staubentwicklung und Faseranalytik
5.2.5 Untersuchung der Blindnietverbindung
5.2.6 Druck-Lochkerbversuch
5.2.7 Untersuchung des FDR®-Blindnietens
5.2.8 Ergebnisse der Verfahrensmodifizierung beim Bohrblindnieten
5.3 Vollstanznieten mit Widerhaken
5.3.1 Prozessverständnis
5.3.2 Elemententwicklung
5.3.3 Werkzeugentwicklung
5.3.4 Modifiziertes Vollstanznieten mit Widerhaken
5.3.5 Einfluss der Kavität im Nietschaft
5.3.6 Fügeeignung bei weiteren Werkstoffkombinationen
5.3.7 Hybridfügen
5.3.8 Korrosionsbeständigkeit der Fügeverbindungen
5.3.9 Schwingfestigkeit der Fügeverbindung
5.3.10 Ergebnisse der Verfahrensmodifizierung beim Vollstanznieten mit Widerhaken
5.4 Vollstanznieten mit Doppelschließscheiben
5.4.1 Prozessverständnis
5.4.2 Werkzeugentwicklung
5.4.3 Elemententwicklung
5.4.4 Fügeeignung bei weiteren Werkstoffkombinationen
5.4.5 Hybridfügen
5.4.6 Korrosionsbeständigkeit der Fügeverbindungen
5.4.7 Schwingfestigkeit der Fügeverbindung
5.4.8 Ergebnisse der Verfahrensmodifizierung beim Vollstanznieten mit Doppelschließscheiben
6 Ergebnisse und Ausblick
6.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für kleine und mittelständische Unternehmen
7 Literaturverzeichnis
7.1 Normen und Richtlinien
