Entwicklung eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zum Fügen eines Stahl-Kunststoff-Verbundbleches mit höchstfestem Stahl

Eine Werkstoffkombination aus Stahl-Kunststoff-Verbundblech mit formgehärtetem Stahl weist ein enormes Leichtbaupotential für moderne Karosseriestrukturen auf. Voraussetzung für die Realisierung dieses besonders für die Großserienproduktion wirtschaftlichen Konzeptes ist jedoch ein Verfahren zum Fügen dieser Werkstoffe, welches die gestellten Anforderungen im Karosseriebau vollumfänglich erfüllt.
In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Konzeption und Entwicklung eines ersten serientauglichen Fügeprozesses für derartige Werkstoffkombinationen. Das neue Fügeverfahren basiert auf der Widerstandsschweißtechnik und besteht aus zwei Prozessschritten. Im ersten Verfahrensschritt wird die elektrisch isolierende Thermoplastzwischenschicht im Verbundblech an den Fügestellen durch eine Temperatureinwirkung plastifiziert und unter Druck verdrängt. Anschließend wird im zweiten Verfahrensschritt das Verbundblech mit hoch- oder höchstfesten Stählen durch konventionelles Widerstandspunktschweißen gefügt. Es erfolgt eine detaillierte Beschreibung des Wirkmechanismus und der konstruktiven Gestaltung der zur Umsetzung notwendigen Anlagentechnik. Durch ein innovatives Messverfahren wird die Temperaturverteilung über den Prozessverlauf in der sonst beim Widerstandspunktschweißen verdeckten Fügezone ermittelt. Durch die Bewertung der technologischen Eigenschaften der erzeugten Fügeverbindungen und der Untersuchungen zur Prozessfähigkeit unter Störgrößeneinflüssen werden Hinweise für eine fertigungsgerechte Konstruktion abgeleitet. Die Funktionalität des „Warmpress – Widerstandsschweißens“ und die Herstellbarkeit des Karosseriekonzeptes aus Verbundblech und formgehärtetem Stahl werden durch den Aufbau einer vorderen Bodenstruktur nachgewiesen.