Qualifizierung des Bolzensetzens als Verfahren zum Fügen höchstfester Stahlwerkstoffe

Die gegenwärtigen Leichtbaubestrebungen der Automobilindustrie stellen die Produktionstechnik bei der Großserienfertigung vor große Herausforderungen. Bezogen auf die Fügetechnik sind zur Umsetzung von profilintensiven Mischbaustrukturen Technologien erforderlich, mit denen artverschiedene Werkstoffe bei eingeschränkter Zugänglichkeit zur Fügestelle verbunden werden können. In diesem Zusammenhang bietet das Bolzensetzen aufgrund der geringen Anforderungen an die Bauteilvorbereitung und der geringen Prozesszeit Vorteile gegenüber anderen mechanischen Fügeverfahren. Um das Potenzial dieser Technologie auch für hochfeste Karosseriestrukturen nutzen zu können, müssen die prozesstechnischen Randbedingungen sowie die Eigenschaften der Verbindungen hinsichtlich möglicher Anwendungen bekannt sein. Weiterhin muss die Möglichkeit bestehen, das Verbindungsverhalten im Bauteilverbund bereits in der Entwicklungsphase für potenzielle Einsatzfälle abschätzen zu können.

Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit die Fügeeignung von hoch- und höchstfesten Stahlwerkstoffen bewertet und die Verbindungscharakteristik entsprechender Fügeaufgaben analysiert. Neben der Ermittlung geeigneter Prozessparameter erfolgte eine Bewertung der Verbindungsausprägung auf Basis metallographischer Analysen. Der Zusammenhang zwischen den Fügeparametern und den mechanischen Eigenschaften der Verbindungen wurde auf Basis von Tragfähigkeitsuntersuchungen erarbeitet. Neben Tragfähigkeitsuntersuchungen bei quasistatischer und zyklischer Belastung wurde, im Hinblick auf einen möglichen Einsatz des Bolzensetzens in crashrelevanten Strukturen, ebenso das Verbindungsverhalten unter schlagartiger Belastung analysiert. Vor dem Hintergrund möglicher Mischbauanwendungen wurde weiterhin die Kombination des Bolzensetzens mit der Klebtechnik untersucht. Hierbei wurde der Einfluss der Prozessführung auf die Klebstoffverdrängung analysiert und eine Fertigungsempfehlung erarbeitet. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde ebenfalls das Korrosionsverhalten von Setzbolzenverbindungen untersucht. Außerdem wurden numerische Simulationen zum Crashverhalten mittels Setzbolzen gefügter bauteilähnlicher Strukturen durchgeführt und erfolgreich anhand experimenteller Referenzuntersuchungen validiert. Das komplexe Verhalten der integrierten Setzbolzenverbindungen wurde dabei durch ein Finite-Elemente-Ersatzmodell abgebildet, welches auf Basis von richtungsabhängigen Tragfähigkeitsuntersuchungen kalibriert wurde.