Lebensdauerabschätzung hybrid gefügter Materialverbindungen

Lebensdauerabschätzung hybrid gefügter Materialverbindungen

Die Lebensdauerabschätzung hybrid gefügter Strukturbauteile ist ein komplexes Sicherheitsthema für Materialverbindungen im Leichtbau. Bereits 2019 hat der Automobilhersteller Opel zusammen mit dem Fraunhofer LBF und dem Fachgebiet SAM der TU Darmstadt im Forschungsprojekt „Alliance“ numerische Methoden zur Lebensdauerabschätzung für Multi-Material-Fügetechniken entwickelt.

Die Methoden basieren auf Schwingfestigkeitsversuchen von Scherzug- und Schälzugproben und wurden mit Schwingfestigkeitsversuche an bauteilähnlichen Tellerproben mit der Materialpaarung Stahl-Aluminium validiert. Diese liefert praxisnahe Erkenntnisse über die Schwingfestigkeitseigenschaften von Strukturbauteilen und ermöglichen Einblicke in real auftretende Schädigungsmechanismen.

„Das Potenzial des Fügeverfahrens, insbesondere für zukünftige Leichtbaukonzepte der Automobilindustrie, ist vielversprechend. Um es voll ausschöpfen zu können und für eine industrielle Anwendung zu nutzen, ist es jedoch zwingend erforderlich, Fertigungsprozesse weiter zu optimieren.“
Dr. Jörg Baumgartner, Fraunhofer LBF

Um das Leichtbaupotenzial von Strukturbauteilen in Multi-Materialbauweise zu ermitteln, wurden geklebte, genietete und hybrid gefügte Tellerproben verwendet. Dabei zeigten die geklebten Tellerproben deutlich höhere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den genieteten Tellerproben. Ähnliches war bei den Versuchsergebnissen der Scherzugproben zu sehen. Die hybriden Tellerproben zeigten jedoch, anders als bei den Scherzugproben, geringere zyklische Beanspruchbarkeiten gegenüber den geklebten Tellerproben. Als hilfreich erwies sich im Weiteren

Als hilfreicher Ansatz zeigte sich eine zusätzliche Fixierung der Bleche beim Setzen der Niete. Hierdurch konnte das Aufklaffen der beiden Bleche während des Fügeprozesses reduziert und somit eine Erhöhung der Fügequalität und Steigerung der Schwingfestigkeit erzielt werden.

„Eines der Ziele im Projekt ALLIANCE war die Entwicklung einer anwendungsorientierten Simulationsmethode zur zuverlässigen Betriebsfestigkeitsbewertung geklebter und stanzgenieteter Blechverbindungen. Dabei waren die Testergebnisse der am Fraunhofer LBF entwickelten und geprüften Tellerproben zur Validierung der Methode bei kombinierten Belastungszuständen extrem hilfreich.“
Dr.-Ing. Boris Künkler, Manager CAE Methods, Expertise and Support (CMES) Opel/Vauxhall, Opel

Zum Konsortium Alliance (Affordable Lightweight Automobiles Alliance) haben sich die Automobilhersteller Daimler, Volkswagen, Fiat-Chrysler Forschungszentrum, Volvo, Opel und Toyota, die vier Zulieferer Thyssenkrupp, Novelis, Batz und Benteler sowie die Wissenschaftspartner Swerea, Inspire, Fraunhofer LBF, RWTH-IKA, KIT-IPEK, Universität Florenz, Bax & Company und Ricardo zusammengeschlossen. Die Initiative wird von EUCAR und EARPA unterstützt. Sie wird gefördert durch European Union Horizon 2020

» Mehr Infos zum Unternehmen im Firmenland: Fraunhofer LBF


Quelle und weitere Infos: idw, Jahresbericht 2019

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