Hilfsfügeteilfreies Fügen

Laufzeit:

Start: 1. Juli 2019
Ende: 30. Juni 2027

Forschungsgruppe: Fertigungsprozesse

Kurzbeschreibung

Moderne technische Strukturen basieren zunehmend auf hybriden Werkstoffsystemen, in denen unterschiedliche Materialien entsprechend ihrer spezifischen Eigenschaften kombiniert werden. Die damit verbundene steigende Materialvielfalt stellt hohe Anforderungen an wandlungsfähige und ressourceneffiziente Fügeverfahren. Das Pin-Fügen bietet hierfür einen neuartigen Ansatz zur Herstellung belastbarer Verbindungen zwischen artungleichen Werkstoffen ohne zusätzliche Verbindungselemente.

Beim Pin-Fügen werden metallische Pins direkt aus dem Grundwerkstoff durch Vorwärtsfließpressen lokal ausgeformt. Diese integralen Strukturelemente dienen anschließend zur Verbindung mit dem jeweiligen Fügepartner - im Rahmen des Projekts entweder Aluminium oder Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV). Dabei kommen unterschiedliche Fügestrategien zum Einsatz: Die erzeugten Pins können beispielsweise direkt in den Fügepartner eingepresst oder durch zuvor eingebrachte Bohrungen geführt und anschließend verstemmt werden. In beiden Fällen entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung, deren mechanische Eigenschaften maßgeblich durch die Pingeometrie, die lokale Werkstoffverfestigung sowie die Wechselwirkung zwischen Pin und Fügepartner beeinflusst werden.

In der ersten Projektphase lag der Schwerpunkt auf der grundlegenden Untersuchung von Einzelpinverbindungen. Ziel war es, die zugrunde liegenden Wirkmechanismen systematisch zu analysieren und ein fundiertes Verständnis der relevanten Prozesszusammenhänge zu entwickeln. Hierzu wurden insbesondere Herstellungsprozesse, erreichbare Pingeometrien, lokale Materialveränderungen sowie die Trag- und Versagensmechanismen experimentell untersucht. Darüber hinaus konnten unterschiedliche Prozessführungsstrategien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Verbindungsqualität und Belastbarkeit bewertet werden.

Die aktuell laufende zweite Projektphase überträgt diese Erkenntnisse auf komplexere Mehrpunktverbindungen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Wechselwirkungen zwischen den Pins sowie deren Einfluss auf Kraftfluss, Spannungsverteilung und Gesamttragfähigkeit der Verbindung. Ziel ist es, ein tiefgehendes Verständnis der Interaktionseffekte zwischen Pins zu erarbeiten, um Multipinverbindungen belastungs- und werkstoffgerecht auslegen sowie ihr mechanisches Verhalten gezielt vorhersagen und beeinflussen zu können.

Das Pin-Fügen besitzt ein hohes Potenzial, sich als ressourceneffiziente, wandlungsfähige und hilfsfügeteilfreie Alternative zu konventionellen Fügeverfahren zu etablieren. Insbesondere für hybride Leichtbaustrukturen eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten zur Realisierung leistungsfähiger und nachhaltiger Werkstoffverbunde.

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