Abschluss des Forschungsvorhabens „Schwingfestigkeit thermisch-mechanisch gefügter Verbindungen für Mischbauanwendungen mit ultrahöchstfesten Stählen“
Das IGF-AiF-Vorhaben IGF-Nr.: 18344 N / DVS-Nr. 09.063 (Laufzeit 01.10.2014 - 30.09.2016) wurde von der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS koordiniert und in Zusammenarbeit mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF Paderborn) bearbeitet.
In den letzten Jahren setzt die Automobilindustrie, bedingt durch die gesetzlichen Vorgaben, verstärkt auf Leichtbaumaßnahmen, insbesondere in der Karosseriestruktur durch den belastungsgerechten Einsatz verschiedener Leichtbauwerkstoffe. Zur Realisierung leichter, aber dennoch steifer und crashstabiler Karosseriestrukturen in Schalenbauweise bietet sich insbesondere für Großserien eine Mischbauweise an, in der ultrahochfeste, pressgehärtete Stahlblechteile mit Aluminiumwerkstoffen kombiniert werden. Die in den vergangen Jahren zur Serienreife und nicht ausschließlich für diese Anwendung entwickelten thermisch-mechanischen Fügeverfahren Widerstandselement- (WES) oder Reibelementschweißen (RES) bieten ein hohes Anwendungspotenzial und erste Serienanwendungen sind bereits erfolgt. Aufgrund der Neuheit dieser Verfahren wurden thermisch-mechanisch gefügte Mischbauverbindungen bis vor diesem Projekt hinsichtlich ihrer Eigenschaften unter schwingenden Beanspruchungen nur unzureichend untersucht, so dass gesicherte Erkenntnisse zum Versagensverhalten und zur Lebensdauerabschätzung entsprechender Verbindungen und Werkstoffkombinationen fehlten. Zur wirtschaftlichen Fertigung war eine Absicherung und Charakterisierung der Festigkeitseigenschaften erforderlich.
Ziel des Projektes war daher die Entwicklung eines Konzeptes zur Lebensdauerberechnung thermisch-mechanisch gefügter Mischbauverbindungen aus Aluminiumblechwerkstoffen und ultrahöchstfesten Stählen, um eine effiziente Auslegung von Bauteilen mit derartigen Verbindungen zu ermöglichen. Dazu wurden im Rahmen dieses Vorhabens Schwingfestigkeitskennwerte ermittelt, die als Eingangsdaten für ein Berechungskonzept verwendet werden konnten. Hierzu wurde das Versagensverhalten zyklisch belasteter thermisch-mechanisch gefügter Verbindungen ermittelt und die Festlegung von Anriss- und Bruchkriterien festgestellt sowie eine Analyse von Ort und Geschwindigkeit der Rissausbreitung durchgeführt. Ferner ist die Ermittlung von Anriss- und Bruchwöhlerlinien in Abhängigkeit von der Werkstoffkombination, dem Lasteinleitungswinkel und dem R-Verhältnis durchgeführt worden. Zudem wurden Masterwöhlerlinien ermittelt und das Berechnungskonzept hinsichtlich der Anwendbarkeit auf thermisch-mechanisch gefügte Verbindungen unter Berücksichtigung lokaler Spannungen in der Verbindungszone in Abhängigkeit der äußeren Lasten bewertet. Ein Vergleich der Lebensdauerkennwerte thermisch-mechanisch gefügter Verbindungen mit denen vollstanzgenieteter und blindgenieteter Verbindungen ist durchgeführt worden.
Das IGF-Vorhaben „Schwingfestigkeit thermisch-mechanisch gefügter Verbindungen für Mischbauanwendungen mit ultrahöchstfesten Stählen“ (IGF-Nr.: 18344 N / DVS-Nr. 09.063) der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V des DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dafür sei an dieser Stelle gedankt. Für die zur Durchführung dieses Forschungsprojektes zur Verfügung gestellten Versuchswerkstoffe, Hilfsfügeelemente und Dienstleistungen sowie für die Unterstützung und die konstruktiven Diskussionen möchten wir uns außerdem bei den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses bedanken.
Für die interessierte Öffentlichkeit ist der Schlussbericht des Projektes hier abrufbar.