Entwicklung einer Berechnungsmethode für die Auslegung stanzgenieteter Aluminiumteile

Insbesondere die Automobilhersteller werden durch die steigenden Forderungen zur Verringerung des Schadstoffausstoßes und der Möglichkeit des Recyclings der verwendeten Werkstoffe von Verkehrsmitteln veranlasst, durch Leichtbau Einsparungen im Gewicht zu erreichen, wodurch wiederum der Kraftstoffverbrauch und damit der Schadstoffausstoß verringert werden kann. Der Einsatz leichter Werkstoffe und Werkstoffkombinationen aber bedingt die Verwendung neuer innovativer Fügetechniken, da die bisher als Standard verwendeten Fügetechniken wie beispielsweise das Punktschweißen sich nur eingeschränkt verwenden lassen. Eine geeignete innovative Fügetechnik ist das Stanznieten mit Halbhohlniet, welche sich in vielen Bereichen der Blechverarbeitung mehr und mehr etabliert.

Ziel der durchgeführten Untersuchungen war es, durch ein zu entwickelndes Ersatzmodell der Stanznietverbindung eine Möglichkeit zur Berechnung von stanzgenieteten Aluminiumbauteilen zu schaffen. Mittels experimenteller und numerischer Untersuchungen an KS2-Proben konnten durch verschiedene Parametervariationen wie die Veränderung des Belastungswinkels, der Blechdicke, der Fügerichtung, der Probenbreite und der Probenform die Einflüsse auf die Verbindungsfestigkeit und Lebensdauer berücksichtigt werden, so dass das Auslegungsverfahren auf komplexe Bauteile übertragbar ist.

Anhand der Projektergebnisse wird eine Handlungsanweisung gegeben, wie eine Auslegungsmethode mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode durchgeführt werden kann. Die im Rahmen dieses Projektes vorgestellte Methode zur Simulation des mechanischen Verhaltens der Stanznietverbindung ermöglicht die rechnerische Bestimmung der Fügelementsteifigkeit sowie eine Vorhersage der Lebensdauer, somit wird die Möglichkeit gegeben, Stanzniete nach Anzahl und Ort optimal einzusetzen und somit das Potential dieser Fügetechnologie voll auszuschöpfen.

Durch diese rechnergestützte Konstruktion und Optimierung von stanzgenieteten Strukturen sind deswegen zeitliche und finanzielle Einsparungen bei der Produktentwicklung zu erwarten. Des weiteren sind die Projektergebnisse insbesondere für kleine und mittlere Betriebe im Bereich der Automobilzulieferindustrie von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, da diese mit den Ergebnissen Innovationen realisieren können, die einen Beitrag zum Leichtbau leisten.