Schwingfestigkeit von durchsetzgefügten, bauteilähnlichen Aluminiumverbindungen

Ziel der Arbeit war die vergleichende Bewertung des mechanischen Verhaltens durchsetzgefügter und punktgeschweißter Prüfkörper für unterschiedliche Belastungsfälle.
Die mechanische Festigkeit von Durchsetzfügeelementen kann positiv dadurch beeinflußt werden, daß bei befetteter Oberfläche die Formschlußkomponente beispielsweise durch ein stärkeres Verstemmen der stempel- und matrizenseitigen Bleche erfolgt und/oder ein größerer Hinterschnitt gewählt wird.

Die Energieaufnahme beim Crashversuch unterschiedlich gefügter Aluminiumprofile war für Fügeabstände von 16 mm und 25 mm für druckgefügte, geclinchte und punktgeschweißte Profile vergleichbar. Bei einem Fügeabstand von 50 mm war Faltenbeulen der Bauteile nur noch mit punktgeschweißten Probanden möglich.
Durchsetzgefügte Bauteile versagten bei diesem Fügeabstand durch Abreißen einzelner oder aller Fügeelemente und anschließendem vollständigen Aufplatzen.

Aufgrund dieser Zielsetzung erfolgten die experimentellen Untersuchungen zumeist nach normierten Richtlinien zur Prüfung von Punktschweißverbindungen oder aber nach Prüfempfehlungen, wie sie insbesondere in der Automobilindustrie favorisiert werden.

Aus fertigungstechnischer Sicht ist man bestrebt, die Bleche ohne vorherige Entfettung zu fügen. Die durchgeführten Untersuchungen wurden deshalb in der Regel mit befetteten Blechen durchgeführt. Als Überlappungslänge wurde für die meisten Untersuchungen eine praxisübliche Abmessung von 16 mm gewählt.

Durchsetzfügeelemente sind quasiformschlüssige Fügeverbindungen. Sowohl ein Formschluß durch mechanische Verklammerung der gefügten Bleche als auch ein Kraftschluß tragen dazu bei, daß von den Fügeelementen Kräfte übertragen werden können.

Als Prüfverfahren, das neben der Ermittlung der Höchstzugkraft auch die Verformung der Fügeelementzone bei Zugbeanspruchung mit berücksichtigt, hat sich der Scherzugversuch in Verbindung mit einer Feindehnungsmessung im Bereich der Fügeteilüberlappung bewährt. Versuchsergebnisse zeigten hier deutliche Unterschiede im Verformungsverhalten der unterschiedlichen Durchsetzfügeelemente bei äußerer Beanspruchung. So wurde festgestellt, daß schon bei geringer Belastung eine große Verformung in der Fügezone einer in Fügeelementlängsrichtung beanspruchten Balken-Clinch Verbindungen eintritt. Im Vergleich zur Maximalkraft ist ebenfalls bei den untersuchten Stern-Clinch Elementen eine vergleichsweise zu Druckfüge- und TOX-Rundpunkt Elementen niedrige Kraft notwendig, um eine große Verformung der Fügeelementstruktur zu bewirken.