Programm

15. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium 2025

Programmübersicht

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Alle Teilnehmende,
die bereits am Vorabend des Kolloquiums anreisen,
laden wir herzlich zu einem Becher Glühwein oder Punsch ein.

Treffpunkt

ist am Dienstag, 25.11. von 18:30 bis 21:00 Uhr

Technische Universität Dresden – FTM | Zeuner-Bau

George-Bähr-Straße 3c
01069 Dresden

Programm für den 26. November 2025

Check-in ab 7:45 Uhr 

Start & Begrüßung - 8:30 Uhr

Einleitende Worte durch Dipl.-Ing. Franz-Josef Heise, Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf

Begrüßung durch Dr.-Ing. Martin Goede, 
Gläserne Manufaktur, Dresden

Grußwort durch Prof. Dr. Heike Graßmann, Staatssekretärin
Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus

Überblicksvorträge

Moderation:

Dr.-Ing. Martin Goede, 
VW – Gläserne Manufaktur, Dresden

Kernthesen

  • Hybridfügen als Schlüsseltechnologie für moderne Karosseriekonzepte
  • Optimierung der Fügestellen durch reduzierte Fügeverbindungen bei gleichbleibender Festigkeit
  • Zunehmender Einsatz von Druckgusskomponenten und deren Herausforderungen für Klebprozesse

Zusammenfassung

Die steigende Komplexität moderner Karosseriestrukturen erfordert innovative Fügetechnologien. Hybridfügen vereint die Vorteile mechanischer Verbindungselemente mit strukturellen Klebstoffen und ermöglicht dadurch eine höhere Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitiger Reduktion von Fügestellen. Durch experimentelle Untersuchungen, wie Biegelinien- und Verquetschungsanalysen, wurde ein Berechnungstool entwickelt, das optimale Fügepunktabstände ermittelt und den Materialeinsatz effizient minimiert. Parallel dazu gewinnen Druckgusskomponenten zunehmend an Bedeutung, insbesondere in wärmebehandlungsfreier Ausführung. Hier stellen Rückstände von Trennmitteln eine große Herausforderung für die Klebtechnik dar. Erste Klebe- und Oberflächenuntersuchungen sowie fluoreszenzbasierte Messungen zeigen Ansätze zur Verbesserung der Klebbarkeit. Der Vortrag gibt Einblicke in aktuelle Forschungsergebnisse sowie in die Umsetzung im Serienkarosseriebau.

Darstellung des Nutzens für KMU

Gerade für kleine und mittlere Unternehmen im Bereich der Zulieferindustrie eröffnet die Optimierung von Hybridfügetechniken bedeutende Chancen. Durch den gezielten Einsatz reduzierter Fügepunktabstände lassen sich Material- und Prozesskosten senken, ohne Einbußen in Qualität und Sicherheit. Das entwickelte Berechnungstool bietet die Möglichkeit, schon in frühen Entwicklungsphasen präzise Vorhersagen über notwendige Fügestellen zu treffen und damit Entwicklungszeiten zu verkürzen. Zudem sind die Herausforderungen bei Druckgusskomponenten auch für KMU relevant, da deren Verarbeitung künftig verstärkt nachgefragt wird. Erkenntnisse aus Klebeuntersuchungen und Oberflächenanalysen unterstützen Unternehmen dabei, eigene Prozesse anzupassen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Somit trägt die vorgestellte Forschung dazu bei, Innovationen schneller in die Praxis umzusetzen und die Effizienz in der Produktion zu steigern

Referent:

M.Sc. Philipp Richter, BMW AG

Kernthesen

  • Anforderungen, Abmessungen, Material und Oberfläche unterschiedlicher Fügepartnern beeinflussen die Fertigungstechnologie und das entsprechende Bauteildesign.
  • Der Einsatz von für den Anwendungsfall geeigneten und verifizierten Verbindungen erfordert marktfähige Prozesse und Investitionen.
  • Hohe Qualitätsstandards, Nachhaltigkeitsanforderungen sowie mechanische, thermische und elektrische Anforderungen sind sicherzustellen.

Zusammenfassung

Dargestellt werden besondere Anforderungen an Verbindungstechnologien von Stromschienen und Kontakten für Anwendungen im Automobilbau, insbesondere im Bereich der Elektromobilität.

Der Einsatz von Aluminium statt Kupfer zur Gewichts- und Kostenreduzierung sowie zur Ressourcenschonung gewinnt immer mehr an Bedeutung.
Damit verbunden ist, dass auch unterschiedliche Materialpaarungen dauerhaft und unlösbar zu verbinden sind.
Neben mechanischen, thermischen und elektrischen Anforderungen spielen Materialkombinationen und unterschiedliche Oberflächen dabei eine zentrale Rolle.

Zur Sicherstellung der Marktfähigkeit stehen Verfahren mit niedrigen Investitions- und Prozesskosten im Fokus. Steigende Qualitätsanforderungen setzen eine hohe Prozessstabilität und -überwachung voraus.

Darstellung des Nutzens für KMU

Stromschienen kommen sowohl in konventionell angetriebenen Fahrzeugen im Bordnetz bis 12 V, als auch im Hochvoltnetz bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen im Lade-, Traktions- und Nebenaggregatepfad zur Anwendung. 

Die Realisierung neuer Verbindungstechnologien, welche auch den steigenden Anforderungen gerecht werden, ermöglicht das Entwickeln neuer, leichter und kostengünstiger Produkte.

Lösungen dazu sind in geeigneten, praxisnahen Forschungs- und Vorentwicklungsprojekten zu erarbeiten.
Die Durchführung von vorwettbewerblichen Gemeinschaftsprojekten ermöglicht eine Betrachtung zusammen mit unterschiedlichen Industriezweigen. 

Durch den Einsatz innovativer Technologien und Prozesse wird die Wettbewerbsfähigkeit verbessert.

Referent:

Dipl. Ing. (TU) Ralph Uebelmann

Dipl. Ing. (FH) Olaf Eichler

FEP Fahrzeugelektrik Pirna GmbH & Co. KG, Pirna

Kernthesen

  • Miniaturisierung ist ein Treiber für die Innovation im mechanischen Fügen
  • Grenzen des Bauraums sind nicht gleichzeitig die Grenzen der Fügetechnik
  • Konstruktion und Fügetechnik müssen gemeinsam gedacht werden

Zusammenfassung

Mit einer Breite von nur 10,7 mm fasziniert die neue Schubkastenzarge eines führenden Küchenmöbelherstellers und stellt die derzeit schmalste Lösung weltweit bei Schubkastenauszugsystemen dar. Eingesetzt in hochwertigen Küchenmöbeln vereint sie maximale Ästhetik mit höchster Funktionalität – und fordert die Fügetechnik heraus. Das Clinchen unter solch extremen Bauraumbeschränkungen bringt besondere Schwierigkeiten mit sich: Enge Toleranzen, begrenzte Werkzeugzugänglichkeit, verschiedene Materialdicken und unterschiedliche Lacksysteme, dazu die Sicherstellung von Stabilität und eine hohe Prozesssicherheit sind gefordert. Durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Kunde und Lieferant konnten innovative Lösungen entwickelt werden, die nicht nur die technische Machbarkeit gewährleisten, sondern auch eine serienreife, prozesssichere Umsetzung ermöglichen. Damit zeigt dieses Projekt, dass Miniaturisierung nicht nur Grenzen aufzeigt, sondern auch Innovationstreiber in filigranen Strukturen für bereits bekannte Fügetechnologien wie das Clinchen ist.

Darstellung des Nutzens für KMU

Wettbewerbsvorteil durch Innovation

– Clinchen in engsten Bauräumen und hochwertigen Möbelbaugruppen im Premiumsegment.
– Die Entwicklung solcher innovativen Lösungen ermöglicht den Zugang zu Branchen undMärkten, die auch hochwertige Möbel- oder Küchenprodukte fertigen, jedoch aufgrund beengter Geometrien das Clinchen noch nicht in Betracht gezogen haben.

 

Know-how Transfer

– Neue Werkzeugsysteme, Erweiterung des Toleranzmanagements, Parameterstudien lassen sich auf andere Branchen übertragen

 

Erschließung neuer Märkte

– Überall dort, wo Design, ein elegantes Erscheinungsbild, gepaart mit hoher Festigkeit und ressourcenschonender Fertigung gefordert wird, kann Clinchen als Prozess ohne zusätzliche Verbindungselemente nun einen neuen Ansatz bieten.

– Der KMU kann sich als Spezialist positionieren und sich dadurch von Standardprozessen, z.B. asiatischer Massenproduzenten abheben.

 

Referent:

Dipl.-Ing (FH) Hans-Werner Fisch, 
BTM Europe Blechverbindungstechnik GmbH

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Session 1

Moderation:

Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge,
Fraunhofer IGP, Rostock

EFB 01IF22718N

Kernthesen

  • Die vorlochfreie Fließformtechnik ermöglicht eine sichere, flexible und einstufige Montage von Gewindeträgern bei einseitiger Zugänglichkeit.
  • Offene Geometrien der Blindnietmuttern erlauben die Verwendung variabler Schraubenlängen und erfüllen Anforderungen an Demontage und Wartung effizient.
  • Das Verfahren verschafft KMU mehr Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und neue Möglichkeiten im Bereich profilintensiver Fügetechnologien.

Zusammenfassung

Das Forschungsvorhaben entwickelt ein innovatives Verfahren zur vorlochfreien, einstufigen Montage von durchschraubfähigen Blindnietmuttern in geschlossene Profilstrukturen, besonders bei nur einseitigem Zugang. Es entstehen neue Lösungen für offene Geometrien, die mit dem Fließformprozess kombiniert werden und die Prozesssicherheit, Montagefreundlichkeit und Fertigungsabläufe deutlich verbessern. Ziel ist die Herstellung von robusten, mediendichten Gewindeverbindungen in Aluminium und Stahl für Anwendungen wie z. B. Batteriekästen. Durch die Reduzierung einzelner Arbeitsschritte entfallen Späne und teure Reinigung, wodurch Produktionskosten und Ressourcenverbrauch gesenkt werden. Das Projekt leistet einen Beitrag zu effizienter Fertigung, aktueller Mobilitätsanforderung in der Elektromobilität und zur Erreichung technischer sowie gesetzlicher Nachhaltigkeitsziele.

Darstellung des Nutzens für KMU

Das neue Fügekonzept bietet KMU die Möglichkeit, hochtragfähige und durchschraubfähige Gewindeträger wirtschaftlich und flexibel in Aluminiumstrukturen einzubringen. Dadurch eröffnen sich neue Geschäftsfelder, wie etwa die Fertigung profilintensiver Leichtbaukomponenten für Batteriegehäuse im Fahrzeug- und Maschinenbau. KMU können mit geringem Investment das eigene Produktportfolio erweitern, Produktionszeiten und -kosten durch den einstufigen Prozess sowie die Reduzierung von Schraubenvarianten minimieren und signifikant an Wettbewerbsfähigkeit gewinnen. Zudem ermöglicht das Verfahren eine demontagefreundliche und prozesssichere Fertigung, wodurch Anforderungen an Wartung und Wiederverschraubbarkeit effizient erfüllt werden. Die Ergebnisse unterstützen KMU bei der direkten Umsetzung aktueller Markt- und Technologietrends und helfen, Risiken und Kosten bei Produktneuentwicklungen nachhaltig zu senken.

Referent:

M. Sc. Yannic Böhm, Laboratorium für Werkstoff und Fügetechnik Universität Paderborn

 

FOSTA P 1570 /
IGF 01IF22360N

Kernthesen

  • Die Traglast der vorgespannten Hybridverbindung mit dem Klebstoff SW7240 ist unabhängig von der jeweiligen Verzinkung
  • Für den Klebstoff SD370 zeigt sich ein deutlicher Einfluss der Verzinkung auf das Tragverhalten der vorgespannten Hybridverbindung
  • Klebstoff im Schraubenloch trägt nicht zur Traglaststeigerung der vorgespannten Hybridverbindung bei

Zusammenfassung

In der vorgespannten Hybridverbindung werden die beiden einzelnen Fügetechnologien Kleben und Schrauben mit hochfest vorspannbaren Verbindungselementen gezielt kombiniert. Dadurch ergeben sich erhebliche Traglaststeigerungen, wobei gleichzeitig die hohen Streuungen der übertragbaren Kräfte gegenüber einer Klebverbindung reduziert werden sowie die aufwendige Reibflächenvorbehandlung für die gleitfest vorgespannte Schraubenverbindung mit feuerverzinkten Oberflächen entfällt. Anhand experimenteller Untersuchungen wurde der Einfluss der Verzinkung auf das Tragverhalten der vorgespannten Hybridverbindung bestimmt.  Für den verwendeten Klebstoff SW7240 resultierten diese in nahezu identischen Traglasten. Beim Klebstoff SD370 zeigte sich hingegen eine Abhängigkeit der Tragfähigkeit von der jeweiligen Verzinkung als Kleboberfläche. Zusätzlich wurde der Einfluss des Klebstoffs im Schraubenloch untersucht, welcher sich als nicht signifikant darstellte.

Darstellung des Nutzens für KMU

Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bietet die vorgespannte Hybridverbindung durch ihre hohe Leistungsfähigkeit die Möglichkeit, Anschlüsse kompakter zu gestalten und somit den Materialeinsatz im Sinne des Leichtbaugedankens zu reduzieren. Weiterhin werden Herstellungs- und Wartungskosten eingespart, da sich das Tragverhalten der vorgespannten Hybridverbindung unempfindlich gegenüber des eingebrachten und verbleibenden Vorspannkraftniveaus verhält. Darüber hinaus bietet das laufende Forschungsvorhaben die Möglichkeit für KMU, von den neuesten Entwicklungen und Erkenntnissen in dieser Technologie zu profitieren, ohne hohe Forschungskosten tragen zu müssen. Dies kann den KMU einen Vorteil im internationalen Wettbewerb verschaffen und ihre Fähigkeit zur Innovation und Produktentwicklung stärken. Insgesamt kann die vorgespannte Hybridverbindung als Kombination aus GV- und Klebverbindung KMU dabei unterstützen, hochwertige Produkte effizienter und kostengünstiger herzustellen und ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zu stärken.

Referent:

Dr.-Ing. Maik Dörre

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock,

Karlsruher Institut für Technologie, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruhe

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen

Kernthesen

  • Fourier-basierte Features aus Kraft-Weg-Verläufen ermöglichen eine robuste, parametervariantenunabhängige Qualitätsvorhersage und Fehlerklassifikation von Stanznietverbindungen
  • Mittels des Industrial Edge Ansatzes können verteilte Fügesysteme einfach mit neuen Modellen upgedatet werden
  • Eine Skalierung der Applikation in Brownfieldanlagen wird mittels standardisierter Hard- und Softwarekomponenten ohne Eingriff in existierende Steuerungssysteme ermöglicht

Zusammenfassung

Zur Bewertung von Stanznietverbindungen können Kraft-Weg-Verläufe herangezogen werden, wobei bisherige Auswertungsansätze u.a. auf der Analyse von Hüllkurven basieren. Hiermit sind nur eingeschränkte Diagnosen der Fehlerklassen möglich und bei Änderungen der Verbindungsparameter (Blechdicken etc.) sind Hüllkurven i.d.R. mit hohem Aufwand neu zu bestimmen. Auf der Fourieranalyse basierende Features werden genutzt, um eine robuste Darstellung der Kraft-Weg-Verläufe zu erzeugen, die im Anschluss für das Training von Machine-Learning-Modell verwendet werden Hierüber kann eine wesentlich bessere Vorhersage der Nietqualität und im Falle des Vorliegens von n.i.O.-Verbindungen die entsprechende Fehlerklassifizierungen ermöglicht werden.

Die Implementierung der Lösung erfolgt als Docker–Applikation auf einem anlagennah verbauten Industrial Edge Device, sowie unter Verwendung weiterer Standardkomponenten der Siemens Industrial Edge Plattform. Die Applikation wird dem Nutzer neben weiteren Softwarekomponenten über eine zentrales Managementsystem zur Verfügung gestellt und kann auch im sog. Brownfieldüber unterschiedliche Stanznietsysteme, Fertigungsbereiche und Fertigungsstandorte hinweg skaliert werden. Es werden der aktuelle Status der Applikation und ihr Nutzenpotenzial sowie ein Ausblick hinsichtlich möglicher Weiterentwicklungen aufgezeigt.

Darstellung des Nutzens für KMU

Aus Sicht eines auf Data-Science und Entwicklung von KI-Lösungen spezialisierten KMU wie inpro bietet die Nutzung des Industrial Edge Systems die Möglichkeit sich auf die Kernkompetenzem zu konzentrieren und die anderenfalls nötige Entwicklung von Architekturen für das Deployment der entwickelten KI-Lösungen zu minimieren. Eine Skalierung der entwickelten Lösungen wird dadurch erheblich vereinfacht. Für fertigende KMU gilt die analoge Argumentation, denn mittels des standardisierten Industrial Edge Baukastens können Proof-of–Concepts relativ zeit- und kosteneffizient mit einer gegebenen Anlagen- und Automatisierungsinfrastruktur umgesetzt werden.

Referent:

Dipl.-Ing. Frank-Björn Barkhausen, Audi AG, Neckarsulm
Dr. oec. Dipl.-Phys. Wolf-Christian Rumsch, inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH, Berlin

Session 2

Moderation:

Kernthesen

  • Auslegung geclinchter Fügeverbindungen für elektrisch und thermisch leitfähige Kontakte über Form-, Kraft- und Stoffschluss möglich
  • Elektrisch-thermische Belastungsprofile für Anwendungsbereiche stromführender Clinchverbindungen nicht vorhanden
  • Definition technischer Mindestanforderungen an elektrisch und thermisch leitfähige Clinchverbindungen zur Entwicklung von Prüfverfahren notwendig

Zusammenfassung

m Kontext nachhaltiger Energieversorgung und Mobilität gewinnt der Einsatz stromführender Fügeverbindungen zunehmend an Bedeutung. Das umformtechnische Fügeverfahren des Clinchens ermöglicht das Fügen elektrisch und thermisch leitfähiger metallischer Werkstoffe.Durch die gezielte Schaffung von Stoffschlussanteilen zwischen den Kontaktpartnern während des Fügeprozesses kann das elektrische und thermische Einsatzspektrum geclinchter Fügeverbindungen signifikant erweitert werden. Für eine sichere Produktfunktion ist neben dermechanischen Festigkeit die Langzeitstabilität der stromführenden Fügestellen, welche sich in einem nahezu unveränderten elektrischen Widerstandsverhalten unter verschiedenen Betriebs- und Umweltbedingungen zeigt, eine zentrale Anforderung.

Dafür sind Prüfungen nach einheitlichen Standards zu entwickeln, die technische Mindestanforderungen definieren und diese reproduzierbar und verbindlich nachweisen, umeinheitliche Voraussetzungen für den Marktzugang zu schaffen.

Darstellung des Nutzens für KMU

In der industriellen Anwendung ist der Clinchprozess weithin verbreitet, weshalb das Verfahren auch für andere Fügeaufgaben verwendet wird und die Forschungsergebnisse so auf viele Industriebereiche übertragbar sind. Die Charakterisierung der statischen und zyklischen Festigkeit sowie der elektrischen und thermischen Eigenschaften von geclinchten Fügeverbindungen ermöglicht KMU und der Großindustrie die Anwendung in Bereichen der E-Mobilität und der Energiespeichertechnik, etwa in Batteriekontakten oder zum Kontaktieren von Sicherungen, sowie in der Gebäudetechnik oder das Fügen thermisch sensibler elektronischer Komponenten.

Referent:

Dipl.-Ing. Jan Kalich,
Institut für Fertigungstechnik, Professur für Fügetechnik und Montage, Technische Universität Dresden

FOSTA P 1648 /
IGF 01IF22527N

Kernthesen

  • Mittels geeigneter Schädigungsprobengeometrien können prognosefähige Kennwerte am Niet-Stahldraht ermittelt werden.
  • Durch die Abbildung von Schädigung im Niet lässt sich die Gefahr von Rissen im Stanzniet reduzieren und das Spreizvermögen des Stanznietes verbessern.
  • Detaillierte Prozesssimulation verbessern das Prozessverständnis, reduzieren den Bemusterungsaufwand und das tragen zur einer Effizienzsteigerung bei der Entwicklung von Fügeelementen, Werkzeugen und Prozessen bei.

Zusammenfassung

Auf Grund der mangelnden Abbildungsgenauigkeit im Bereich der Schädigung und eines fehlenden, genauen Schädigungsmodells ist eine detaillierte Analyse der Schädigungsakkumulation und der Versagensmechanismen im Hilfsfügeteil nicht möglich. Zur Darstellung der relevanten Spannungszustände werden Schädigungsproben aus dem Niet-Stahldraht benötigt. Diese dienen der Ermittlung von Versagenskurven und Materialkarten, die in einem geeigneten Schädigungsmodell impliziert werden. Auf Grund bisher fehlender geeigneter Schädigungsprobengeometrien, die aus dem Stahlniet bzw. Niet-Stahldraht hergestellt werden können, ist die Ermittlung von Schädigungskennwerten für die Prognose des Nietversagens bisher nicht möglich. Demnach besteht das primäre Ziel dieses Projektes darin, dem KMU mit anwendungsnahen Mitteln zu ermöglichen, das Nietversagensverhalten von Stanznietverbindungen vorhersagen zu können. Da aktuell keine Methodik zur Berücksichtigung der Schädigung im Hilfsfügeelement vorliegt und die Nietschädigung bzw. das Nietversagen im Fügeprozess unberücksichtigt bleibt, kann mit Hilfe einer zielgerichteten Bestimmung der notwendigen Schädigungskennwerte eine Prognose bzgl. der Eignung von Nietwerkstoff und -geometrie für die betreffende Verbindung vorgenommen werden.

Darstellung des Nutzens für KMU

Durch den technischen Vorsprung und der gesteigerten Produktivität gegenüber anderen Wettbewerbern wird die Wettbewerbsfähigkeit der KMUs deutlich gekennzeichnet. Die im Rahmen des Projekts erarbeiteten Resultate liefern ein fundiertes Know-How im Bereich der Vorhersage der Eignung von Nietwerkstoff und -geometrie für Stanznietverbindungen und stellen zusätzlich eine Methode zur simulativen Auslegung von Fügeverbindungen zur Verfügung. Ferner ermöglichen die Forschungsergebnisse, Simulationsdienstleistern und Softwareherstellern eine Implementierung des generierten Schädigungsmodells in ihren eigenen Simulationscode. Niethersteller können anhand der simulativen Auslegung der Fügeverbindung, bestehende Nietgeometrien, -beschichtungen und -werkstoffe optimieren und neue entwickeln.

Referent:

M. Sc. Özca Harabati,
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

EFB 01/222 – 01IF23107N

Kernthesen

  • Schließringbolzensysteme zeigen im Zeitfestigkeitsbereich deutlich höhere Schwingfestigkeiten als konventionelle Schraube-Mutter-Verbindungen.
  • Aufgrund mangelnder Untersuchungen wird die Dauerfestigkeit von Schließringbolzensystemen konservativ anhand des Kerbfall 50 für Schraubenverbindungen abgeschätzt.
  • Erstmalig vorgenommene Untersuchungen zur Dauerfestigkeit bestätigen die Erwartungen, dass auch die Dauerfestigkeit von Schrauben durch SRB-Systeme deutlich übertroffen wird.

Zusammenfassung

Die Schließringbolzen-Technologie findet in verschiedenen Branchen insbesondere dann Anwendung als Alternative zu konventionellen Schraubenverbindungen, wenn für den gewählten Schraubfall die Gefahr des selbsttätigen Losdrehens besteht. Im Maschinen- und Anlagenbau ist für zyklische belastete Verbindungen die Dauerhaltbarkeit nachzuweisen.

Das Merkblatt EFB 3435-2 ermöglicht die Berechnung von SRB-Verbindungen unter anderem nach den Rechenschritten der Richtlinie VDI 2230 Blatt 1. Aufgrund mangelnder Kenntnisse wird dabei als Dauerfestigkeit für SRB-Verbindungen die Amplitude der Kerbfallklasse vereinbart, was im Allgemeinen mit KF50 der geringsten für Schrauben gültigen Kerbfallklasse entspricht.

Aus Schwingfestigkeitsuntersuchungen im Zeitfestigkeitsbereich ist bekannt, dass durch SRB-Verbindungen deutlich höhere Schwingfestigkeiten als mit konventionellen Schraube-Mutter-Verbindungen erreicht werden. In jüngsten experimentellen Untersuchungen konnte auch für den Übergangsbereich festgestellt werden, dass die Dauerfestigkeit von SRB-Verbindungen die von Schrauben nach VDI 2230 Blatt erfüllt bzw. übersteigt.

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse soll die Dauerfestigkeitsberechnung nach EFB 3435-2 überarbeitet werden.

Darstellung des Nutzens für KMU

Das Fügen von Bauteilen und Baugruppen ist ein bedeutsamer Fertigungsschritt, der die Kosten und die Qualität des Endproduktes wesentlich bestimmt. Insbesondere aufwändige Vor- und Nachbehandlungsarbeiten für thermische Fügeverfahren verschieben den Fokus hin zu mechanischen Fügeverfahren. Aufgrund der Anfälligkeit gegen selbsttätiges Losdrehen ist die Schließringbolzentechnologie eine geeignete Alternative ggü. konventionellen Schraube-Mutter-Verbindungen.

Die Überarbeitung der Dauerfestigkeitsberechnung nach Merkblatt EFB 3435-2 ermöglicht dem Anwender eine wirtschaftlichere Bemessung. Die Ausnutzung der Dauerfestigkeit ermöglicht den Einsatz kleinerer Verbindungselemente, einhergehend mit geringeren Rand- und Lochabständen sowie Bauteildicken, woraus sich entsprechende Materialeinsparung der Konstruktion ergibt. Der Nutzen für KMU besteht insbesondere in der kostengünstigen Bereitstellung der Erkenntnisse in Form der Überarbeitung von EFB 3435-2, was als anerkanntes Regelwerk zur Berechnung von Schließringbolzenverbindungen eingesetzt wird. Der konkrete Nutzen liegt einerseits in der sicheren und zuverlässigen Berechnung und Auslegung von SRB-Verbindungen, was u. a. umfangreiche Einzeluntersuchungen und aufwendige Recherchen bzw. Einsatz von Personalkapazitäten im KMU vermeiden lässt.

Referent:

M. Sc. Alexander Holch,
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock

Blick in die Zukunft

Moderation:

FOSTA P 1808 / S 0024/10299/25

Kernthesen

  • Das Trag- und Versagensverhalten von halbhohlstanzgenieteten 3-BV kann systematisch anhand von Verbindungsausprägung, Fügeteil¬anordnung, Blechdickenkombination und Lasteinteilung bzw. Lastangriff separiert und charakterisiert werden.
  • Das Trag- und Versagensverhalten von halbhohlstanzgenieteten 2-BV ist auf das Trag- und Versagensverhalten von halbhohlstanzgenieteten 3-BV nur bedingt übertragbar –insbesondere nicht übertragbar bei stark unsymmetrischen Dicken- und Festigkeitskombinationen der Stahlbleche.
  • Zur Abbildung des Verformungs- und Versagensverhalten halbhohlstanz¬genieteter 3-BV unter Crashbelastung können Ersatzmodelle erarbeitet werden, welche die oben genannten Einflussfaktoren berücksichtigen.

Zusammenfassung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methode zur Vorher­sage des Trag- und Versagensverhaltens von halbhohlstanzgenieteten Dreiblechverbindungen (3-BV) unter Crashbelastung. Dafür werden umfassende experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt, die die Einflüsse von Verbindungsausprägung, Fügeteilanordnung, Werk­stofffestigkeit, Blechdicken und Lasteinleitung systematisch erfassen. Zusätzlich wird untersucht, inwieweit Ergebnisse aus Zweiblech­verbindungen (2-BV) übertragbar sind. Auf dieser Grundlage soll ein formel­mäßiger, empirischer Zusammenhang entstehen, der verlässliche Vorhersagen der Tragfähigkeit von Dreiblechverbindungen ermöglicht. Darüber hinaus werden Ersatzmodelle entwickelt, die eine effiziente Crash­simulation mit hoher Prognosegüte hinsichtlich Tragfähigkeit, Energie­absorption und Belastungshistorie erlauben. Ergänzende Simulationen und Experimente mit Lastunterbrechungen sowie anschließenden Belastungs­wechseln dienen der Abbildung der Belastungshistorie. Schließlich wird die Modellierungsmethodik anhand von Musterbauteil­versuchen für die Anwendung in Crashsimulationen validiert.

Darstellung des Nutzens für KMU

Das Forschungsvorhaben bietet kleinen und mittleren Unternehmen einen erheblichen Nutzen, da es ihnen ermöglicht, Dreiblechverbindungen gezielt und ohne aufwendige Versuchsreihen auszulegen. Durch die entwickelten empirischen Zusammenhänge können Verbindungen frühzeitig im Entwicklungsprozess hinsichtlich Tragfähigkeit und Energieabsorption bewertet werden. Die Ersatzmodelle für Crashsimulationen erhöhen zudem die Prognosesicherheit und verringern kostspielige Iterationen in der Konstruktion. Auf diese Weise werden Entwicklungs­zeiten verkürzt, Ressourcen eingespart und die Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig gestärkt. Darüber hinaus liefern die Ergebnisse eine Grundlage für praxisnahe Richtlinien und Normen, die gerade KMU bei der Qualitätssicherung und Auslegung von Verbindungen unterstützen und den Zugang zu innovativen Leichtbaukonzepten erleichtern.

Referent:

M. Sc. Steffen Koch,

Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, LWF Universität Paderborn

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg

EFB 01IF0080AE

Für BiPolarPlatten aus Folien mit 50 μm Dicke benötigt man neue Fertigungstechnologien

Kernthesen

  • Verbesserung der Umformbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit durch schwingungsüberlagertes Prägen
  • Verringerung des Ausschusses durch Fügen mittels Kondensatorentladungsschweißen (KES)
  • Modellbasierte Fügestellenauslegung

Zusammenfassung

Im Projekt sollen BiPolarPlatten (BPP) mit Dicken von 50 μm pro Plattenhälfte mittels Hohlprägen umgeformt und mittels KES gefügt werden. Der aktuelle Stand der Technik ist das Fügen durch Laserstrahlschweißen, das bei BPP in Materialstärken von 100 … 75μm eingesetzt wird. Bei noch geringeren Materialstärken werden nicht tolerierbarer Verzug oder lokale Schädigungen beobachtet. Die Herausforderung des Projektes wird die Herstellung von BPP- Hälften mit Stärken von 50 μm sein, da das Umformen dieser geringen Materialstärken durch die begrenzte Kornanzahl über der Dicke und damit verbunden fehlendes Material für ein Streckziehen erschwert wird. Für das Kondensatorentladungsschweißen (KES) stellt sich die Herausforderung im Fügen dieser Folien ohne Beschädigung und Verformung der geprägten Platten. Mit der Entwicklung von Prozessen, derart dünne BPP herzustellen, wird ein großer Beitrag zur Steigerung der Effizienz und Leistung einer Brennstoffzelle geleistet.

Darstellung des Nutzens für KMU

Für die KMU im Bereich Anlagenbau, Werkzeugbau und Bauteilfertigung ergibt sich auf der Grundlage der systematischen Untersuchungen die Möglichkeit, schneller und mit mehr Sicherheit Werkzeuge und Fertigung für die Herstellung von BPP zu planen. Durch die von diesen Unternehmen allein nicht zu realisierende Durchdringung der Zusammenhänge – Werkstoffeigenschaften, Prozesseinflüsse sowie Eigenschaftsausbildung nach dem Fügen – und der damit einhergehenden Schaffung berechnen- und modellierbarer Umform- und Fügeprozesse, entsteht ein direkter Nutzen. Risiken und Investitionsvolumen können sicherer abgeschätzt werden.

Durch die modellbasierte Abbildung der charakteristischen Fügestelleneigenschaften, die Vernetzung dieser Modelle mit anderen Modellen im Sinne des MBSE und die darauf basierende Optimierung der Fügezone ermöglicht es, bereits vor der aufwendigen Fertigung von Werkzeugen und Bauteilen Aussagen über das spätere Verhalten der Fügeverbindungen zu treffen. Die virtuelle Optimierung und Absicherung, die anwendungsfallspezfisch durchgeführt werden kann, trägt zudem dazu bei, die Anzahl kostenintesiver physischer Iterationszyklen zu minimieren. Es ist somit möglich durch die frühe Absicherung und anforderungsgerechte Gestaltung von Fügezonen Kosten zu reduzieren und technisch hochwertige Produkte zu entwickeln.

Referent:

Dipl.-Ing. Franz Hielscher, Institut für Fertigungstechnik, Professur für Fügetechnik und Montage, Technische Universität Dresden

Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung, MSE, RWTH Aachen,

Institut für Fertigungstechnik, Professur für Formgebende Fertigungsverfahren, IF-FF, TU Dresden

FOSTA P 1776 /
IGF 01IF23529N

Kernthesen

  • Kritische Belastungszustände führen im Crashfall zum Abscheren der Schraube in FLS-Verbindungen aus höher-/höchstfesten Stählen.
  • Das Abscheren der Schraube resultiert in einer signifikanten Reduktion der Energieaufnahme der Verbindung und somit in einer schlechteren Crashperformance FLS-gefügter Bauteilstrukturen.
  • Zur korrekten Prognose des Verhaltens von FLS-Verbindungen in der Crashsimulation muss das potenzielle Abscheren der Fügeelemente in der Ersatzmodellierung berücksichtigt werden.

Zusammenfassung

Das Projekt zielt darauf, die Mechanismen zu identifizieren, die zum Abscheren fließlochformender Schrauben (FLS) unter Belastung führen, und deren Einfluss quantitativ zu erfassen. Betrachtet werden u. a. Materialkombination, Bauteilbeschaffenheit, Belastungsgeschwindigkeit, Schraubenlage im klemmteilseitigen Vorloch, Vorlochdurchmesser, unsymmetrische Belastungen einzelner Schrauben innerhalb eines Schraubenfeldes sowie der Einfluss einer Klebschicht. Um diese Faktoren zu bewerten, werden mehrere repräsentative FLS-Verbindungen experimentell und numerisch untersucht. Auf dieser Basis wird eine Methode entwickelt, mit der das Abscheren in Abhängigkeit der Einflussgrößen prognostiziert werden kann. Anschließend wird geprüft, inwieweit etablierte Ersatzmodelle diese Effekte abbilden können. Die gewonnenen Erkenntnisse werden durch Bauteilversuche validiert. Der Erkenntnisgewinn ermöglicht kritische Fügepunkte frühzeitig zu erkennen und Fügestellen sicher auszulegen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse über das Trag- und Versagensverhalten FLS-gefügter Verbindungen ermöglichen eine gezielte Auslegung entsprechend gefügter Bauteile. Hierdurch kann das Potential des Fügeverfahrens FLS optimal ausgeschöpft werden. Die Auslegung der Fügestelle anhand von Gestaltungsrichtlinien und Handlungsempfehlungen ermöglicht es teure Versuchsumfänge zu reduzieren und Schwachstellen der Konstruktion frühzeitig zu erkennen. Hiervon profitieren insbesondere KMU aufgrund von verkürzten Entwicklungszyklen. Somit wird ein direkter Beitrag zur Steigerung der Qualität der Ergebnisse bei der Projektbearbeitung und somit der Wettbewerbsfähigkeit von KMU geleistet. Die Projektergebnisse sollen in Form von Gestaltungshinweisen in bestehende und zukünftige Merkblätter zum loch- und gewindeformenden Schrauben einfließen (z.B. DVS/EFB®-Merkblätter 3440 4 und 3445-1). Anhand dieser Merkblätter wird es den Anwendern und insbesondere KMU, deren Rüstzeug Richtlinien und Merkblätter sind, ermöglicht eine gezielte Auslegung FLS-gefügter Bauteilstrukturen vorzunehmen und dabei ein kritisches Abscheren des Fügeelements zu berücksichtigen. Dadurch können gesetzliche Auflagen hinsichtlich der Crashsicherheit von Fahrzeugkomponenten besser erfüllt werden.

Referent:

Dr.-Ing. Philipp Bähr
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Freiburg 

Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, LWF Universität Paderborn

EFB 01IF23636N

Kernthesen

  • folgen

Zusammenfassung

folgt

Darstellung des Nutzens für KMU

folgt

Referent:

Dr.-Ing. Maik Dörre,
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock,

Maschinenbau/Verfahrens- und Umwelttechnik, Hochschule Wismar

FOSTA P 1653 /
IGF 01IF23211N

Kernthesen

  • Auf Basis von gebildeten Korrelationen zwischen werkstoffseitigen Eigenschaftsveränderungen sowie qualitätsrelevanten Verbindungskenngrößen und numerisch ermittelter Merkmale, wie Umformgraden oder Eigenspannungen, lässt sich eine Methode zur Verbindungsvorauslegung von Stählen mit gesteigerter Duktilität ableiten.
  • Die gesteigerte Duktilität der AHSS-Güten der dritten Generation, welche unter anderem durch den Restaustenitgehalt erzielt wird, ermöglicht eine Erweiterung der Prozessgrenzen beim Einsatz der mechanischen Fügetechnik insbesondere bei der Verwendung geringer Blechdicken.
  • Die entwickelte Methode lässt sich auf andere, zuvor nicht betrachtete Werkstoff-Dicken-Kombinationen unter verschiedenen Belastungszuständen und Probengeometrien übertragen, wodurch eine Steigerung des Leichtbaupotenzials ermöglicht wird.

Zusammenfassung

Die mechanischen Fügeverfahren bieten gegenüber der thermischen Fügetechnik wesentliche Vorteile, insbesondere beim Einsatz von Mischbauverbindungen, beschichteten Werkstoffen und Werkstoffen, bei denen das spezielle Eigenschaftsprofil auf der Grundlage des komplexen Gefügezustandes resultiert. Aufgrund der bisher nicht vorhandenen Forschungsprojekte ergibt sich hierdurch insbesondere für KMU eine Wissenslücke sowie Unsicherheiten, wenn hochduktile Dualphasenstähle konventionell mechanisch gefügte DP-Stähle ersetzen sollen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Insbesondere blechverarbeitende KMU verfügen häufig nicht über den notwendigen Prozess Know-how und die Kapazitäten, um die für eine Werkstoffsubstitution notwendigen Bemusterungsuntersuchungen durchzuführen. Dies stellt ein Hemmnis für die Verarbeitung innovativer Werkstoffkonzepte in diesen Unternehmen dar. Die wirtschaftliche Bedeutung der im Rahmen dieses Projektes generierten Ergebnisse besteht in der Erarbeitung und Bereitstellung einer Methode, die es KMU erlaubt bereits bei der Verbindungsauslegung das Abrufen des erhöhten Werkstoffpotenzial in der Bauteilstruktur sicherzustellen. Hierdurch wird der Einstieg in die Verarbeitung innovativer Stahlgüten erleichtert. Hieraus ergeben sich deutliche nationale und internationale Wettbewerbsvorteile in den Lieferantenbeziehungen mit OEMs im Fahrzeug- und Maschinenbau gegenüber Mitbewerbern.

Referent:

M. Sc. Özcan Harabati, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

 

Zum Abend geht es in den rustikaleren Bärenzwinger. Wir werden dort im überdachten Innenhof sein und in den Innenräumen mit Catering und Ihren Bieren aus den Fügeregionen in bekannter Art.

Bärenzwinger Dresden

Studentenclub Bärenzwinger e. V.
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01067 Dresden 

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Programm für den 27. November 2025

Überblicksvorträge

Moderation:

Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut,
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

Kernthesen

  • Nachweis von Schließringbolzen nach VDI 2230 mit reduzierten Sicherheitsfaktoren
  • Modellierungsaufwand entsprechend der Belastung (Modellklasse II oder III)
  • Betrachtung eines Schließringbolzen-Feldes statt Einzelbetrachtung

Zusammenfassung

Der Nachweis von Schließringbolzen im Schienenfahrzeugbau ist in den normativen Vorschriften bisher nicht umfassend beschrieben. In diesem Vortrag wird die Berechnung der Befestigung von Querträgern des Tragwagens m² mittels Schließringbolzen erörtert, wobei die VDI-Richtlinie VDI 2230 als Grundlage dient. Die Anpassung und teilweise Reduktion der Sicherheitsfaktoren, die für herkömmliche Schrauben gelten, auf die Anwendung der Schließringbolzen ist ein zentraler Punkt. Zum Einstieg wurden die Verbindungen zunächst durch die Modellklasse 2 der VDI 2230 abgebildet, um den Berechnungsaufwand gering zu halten. Für die hochbelasteten Bolzen erfolgte anschließend eine detaillierte Modellierung entsprechend der Modellklasse 3. Diese Herangehensweise ermöglicht eine Begrenzung des Berechnungsaufwands auf das unbedingt erforderliche Maß, ohne die Genauigkeit der Ergebnisse zu beeinträchtigen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Besonders für klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) bietet die vorgestellte Methodik Vorteile: Sie profitieren von reduzierten Entwicklungskosten und erhöhen ihre Wettbewerbsfähigkeit durch effizientere Arbeitsabläufe und den Einsatz von Schließringbolzen als kostengünstige und zuverlässige Alternative in der Konstruktion komplexer Fahrzeugstrukturen. Durch die Reduktion der Sicherheitsfaktoren können die Potentiale der Schließringbolzen besser ausgenutzt werden.

Referent:

Dipl.-Ing. Sebastian Wolf, Hörmann Vehicle Engineering GmbH

Kernthesen

  • Fügen auch in kleineren Bauräumen bei hoher Prozesssicherheit
  • Prognoseprogramme zur technischen Unterstützung der Bauteilauslegung ohne aufwändige Prototypenerstellung
  • Möglichkeiten zur Miniaturisierung durch Mikroverschraubungen

Zusammenfassung

Herkömmliche Schraubenauslegungen wie im klassischen Schraubenbereich > 2,5mm Nenndurchmesser sind nicht ohne Weiteres auf die Auslegung im Schraubenabmessungsbereich unterhalb 2,5mm anwendbar. Hier bedarf spezifische Untersuchungen hinsichtlich der Bauteilauslegung und der Untersuchungen für eine prozesssicher Montage der Verbindung. Durch die Möglichkeiten von EJOT entwickelten Prognose-/Kalkulationsprogramme (EVO CALC, DELTACALC für die Kunststoffverschraubung, sowie ALTRACALC für Druckgußverschraubungen) kann der Untersuchungsaufwand wesentlich verringert werden. Der Anwender erhält Empfehlungen zur Bauteilgestaltung, Schraubendurchmesser, Verschraubungsparametern, etc. um technische Unterstützung schon in der frühen Entwicklungsphase seines Projekts zu ermöglichen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Unterstützung bei der Bauteilauslegungen im Bereich der Mikroschrauben, die anders als im klassischen Schraubenabmessungsbereich nicht mit den bekannten Methoden auslegt werden können. Durch eine enge Zusammenarbeit mit dem Kunden können die speziell entwickelten Prognose-/Kalkulationsprogramme die Entwicklungszeit verkürzen und den Anwender u.a. hinsichtlich der Bauteilgestaltung, des Schraubendurchmessers für eine funktionsgerechte und prozesssicher Verbindung unterstützen.

Referent:

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Runkel,
EJOT SE & Co. KG, Market Unit Industry, Bad Berleburg

Session 3

Moderation:

Prof. Dr.-Ing Welf-Guntram Drossel,
Fraunhofer IWU, Chemnitz

Kernthesen

  • Hohe Qualität und Zuverlässigkeit von Bremsprodukten gefordert unter Berücksichtigung der Kosten
  • Geeignete Verbindungen und Prozesse als Schlüssel für Produktfunktionalität und robuste Fertigung
  • Einsatz von Technologien zur Umsetzung weiterer Potentiale in Kosten, Produktgestaltung und -funktion

Zusammenfassung

Sicherheitsrelevante Automobilprodukte wie Bremssysteme oder Lenkungen stellen höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Funktion und Qualität. Gleichzeitig liegt zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit ein starker Fokus auf Bauteilkosten und einer wirtschaftlichen Fertigung. Dies bedingt, kostengünstige aber qualitativ hochwertige Bauteile und Komponenten effizient zu einem Produkt zu verbinden.

Die Prozessentwicklung als Bindeglied zwischen Produktentwicklung und Fertigung ist in diesem Zusammenhang maßgeblich für den Erfolg einer Produktindustrialisierung und anschließenden Serienfertigung verantwortlich. Sie liefert während der Konzept- und Designphase wichtige Inputs für die Schnittstellengestaltung sowie Verbindungsauslegung und berücksichtigt ebenfalls Erkenntnisse aus der Serienbetreuung aktueller Produktfertigungen. Der geschlossene Regelkreis ermöglicht robuste und taktzeitoptimierte Prozesse, die allen Funktions- und Qualitätsanforderungen genügen.

Des Weiteren können durch ein fortlaufendes Scouting von Technologien und deren Entwicklung weitere Verbesserungen von Kosten, Produktgestaltung und Funktion realisiert werden.

Darstellung des Nutzens für KMU

Potentieller Einsatz von effizienten Fügeverfahren aus dem blechverarbeitenden Bereich in neuen Branchen wie Brems- und Lenkungssystemen.

Referent:

Dr.-Ing. Florian Augenthaler, Robert Bosch GmbH

Kernthesen

  • Hoher Standardisierungsgrad ermöglicht geringe Ersatzteilbevorratung
  • Modellierungsaufwand entsprechend der Belastung (Modellklasse II oder III)
  • Hoher Standardisierungsgrad ermöglicht kurze Einarbeitungszeiten bei Technologieneuimplementierung

Zusammenfassung

TOX 5.0 – ist die komplett neue modularisierte Systemgeneration von TOX PRESSOTECHNIK.

Die Systemarchitektur ermöglicht den Betrieb von bis zu 15 Zangen mit einer einzigen Steuerung, was ein sehr schlankes und effizientes Produktionslayout zulässt. Darüber hinaus wurden die Nietzuführungen neu konzipiert, sodass mehrere Förderer modular kombiniert werden können. Insgesamt können bis zu acht Zuführungen über ihre Nietbahnen verkettet werden. Die Steuerung selbst kann unabhängig von der Zuführungseinheit platziert und falls notwendig einzeln ausgetauscht werden. Hinsichtlich der Ersatzteilhaltung bieten die modular verketteten Zuführungssysteme den Vorteil, dass nur noch Teile einer Gerätevariante (eine Ersatzteilnummer) vorgehalten werden müssen. Um den Aufwand der Nietbefüllung im Betrieb zu reduzieren, wurde für das HSN-System das Behältervolumen von 1,7 l auf 8,0 l erhöht, was einer Kapazität von ca. 30.000 Nieteelementen entspricht. Dank der drehbaren Konstruktion des Antriebs ist eine Verstellung in 0°-, 90°- und 180°-Schritten möglich. Dadurch lassen sich Kollisionen mit Bauteilen deutlich vermeiden, was bei früheren Systemgenerationen nur mit Sonderzangen möglich war. Der Kunde kann so die Zangenvielfalt reduzieren und so Investitionen und Lagerplatz für Ersatzteile sparen.

Basierend auf dem modularen Baukastensystem bieten sich die gleichen Vorteile auch für das Clinchen– und andere Fügetechnologien (bspw. TOX SeamStaking). Ein zusätzlicher Benefit ergibt sich für Instandhalter. Kennt ein Mitarbeiter ein System, kennt er auch die Systeme für unterschiedliche Fügetechnologien von TOX.

Referent:

Dr.-Ing. Marcus Matzke, TOX® PRESSOTECHNIK SE & Co. KG

FOSTA P 1652 /
IGF 01IF22538N

Kernthesen

  • Für mechanisch gefügte Verbindungen besteht ein Zusammenhang zwischen der Kinematik des Fügeelements unter Belastung und dem Trag- und Versagensverhalten der Verbindung.
  • Anhand von experimentellen Untersuchungen kann die Fügeelementkinematik in Abhängigkeit unterschiedlicher Fügeteilwerkstoffe und variierender Belastungszustände ermittelt und mit dem Versagensmechanismus der Verbindung korreliert werden.
  • Mittels spezieller Ersatzmodellierungsansätze kann das Verformungs- und Versagens-verhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Berücksichtigung der lokalen Füge-elementkinematik beschrieben werden.

Zusammenfassung

In diesem Vortrag wir die lokale Kinematik von Fügeelementen in mechanisch gefügten Verbindungen unter Belastung und deren Einfluss auf das Versagensverhalten der Verbindung untersucht. Wobei die Kinematik des Fügeelements einen entscheidenden Einfluss auf den Versagensmechanismus und damit auf die Energieaufnahme und Tragfähigkeit mechanisch gefügter Verbindungen hat. Eine präzise Beschreibung der Verbindungskinematik ist somit zur korrekten Wiedergabe des Tragverhaltens von entscheidender Wichtigkeit. Aus diesem Grund wurden umfassende experimentelle und numerische Untersuchungen zur Messung der Verbindungskinematik unter variierender Belastung durchgeführt. Auf experimenteller Seite wurde der Einfluss der lokalen Fügeelementkinematik auf das Verbindungsverhalten mit Hilfe von LWF-KS-2-Versuchen ermittelt und kritische Belastungszustände identifiziert. Eine Validierung der Probenversuche wurde anhand von Bauteilversuchen durchgeführt. Auf Basis der experimentell gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend unterschiedliche Ersatzmodellierungsansätze kalibriert und zur Simulation der Tragfähigkeitsversuche verwendet. Hierbei steht insbesondere ein erweitertes Ersatzmodell im Fokus, welches das Verbindungsverhalten geometrisch anhand der lokalen Kinematik des Fügeelements beschreibt. Die kalibrierten Ersatzmodelle wurdenschließlich durch Simulation der experimentellen Bauteilversuche unter komplexen Belastungszuständen validiert.

Darstellung des Nutzens für KMU

Die gewonnenen Erkenntnisse über das Trag- und Versagensverhalten mechanisch gefügter Verbindungen unter Berücksichtigung der lokalen Fügelementkinematik ermöglichen eine gezielte Auslegung von Verbindungen, was in einer höheren Sicherheit der Konstruktion resultiert. Hierdurch wird es insbesondere KMU ermöglicht das Leichtbaupotential unterschiedlicher Werkstoffe optimal auszuschöpfen, wobei eine hohe Sicherheit der Konstruktion gewährleistet werden kann. Die entwickelten FE-Ersatzmodelle sollen Ingenieursdienstleistern, die vielfach KMU sind, zur Verfügung gestellt werden. Dadurch wird es den KMU ermöglicht, das Trag- und Versagensverhalten mechanisch gefügter Verbindungen in Bauteilsimulationen besser zu prognostizieren und unterschiedliche Versagensmechanismen zu erkennen. Die verbesserte Prognosegüte der Ersatzmodelle in der Crashsimulation ermöglicht eine gezielte Auslegung von mechanisch gefügten Verbindungen und steigert infolgedessen die Ressourceneffizienz durch den Einsatz kleinerer Blechdicken. Weiterhin soll mit dem entwickelten FE-Ersatzmodell der Aufwand bei der Parameterbestimmung reduziert werden, wodurch Entwicklungszeit eingespart werden kann. Die Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen in bestehende Richtlinien zum mechanischen Fügen einfließen und so einer breiten Anwenderschaft zugänglich gemacht werden.

Referent:

Dr.-Ing. Philipp Bähr,
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg;

Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

GFaI, FOSTA P 1726, FAT,
IGF 01IF22661N

Kernthesen

  • Mithilfe der entwickelten Methode können Anrisse unabhängig vom Fügeverfahren, von der Werkstoffkombination und der Versagensart mit hoher Genauigkeit in einem frühen Rissstadium detektiert werden.
  • Die auf Körperschall basierenden Merkmale können auf optische Verfahren (Laservibrometer) übertragen werden.
  • Durch den Einsatz von Videovibrometrie (Hochgeschwindigkeitskamera) können Schädigungen lokalisiert und bezüglich der Größe und Art beschrieben werden.

Zusammenfassung

Das Forschungsvorhaben mit dem Kurztitel Anriss MT hatte zum Ziel, eine robuste und praxisgerechte Methode zur frühzeitigen Risserkennung an mechanisch und thermisch gefügten Verbindungen zu entwickeln. Hierzu wurde ein Softwaredemonstrator realisiert, der auf berührungsloser Laservibrometrie und Videovibrometrie basiert und sich durch eine intuitive Bedienbarkeit auszeichnet. Im Rahmen umfangreicher Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Halbhohlstanzniet- und Widerstandspunktschweißverbindungen konnte gezeigt werden, dass die Anrisserkennung reproduzierbar deutlich vor einem messbaren Steifigkeitsabfall sowie vor dem optisch sichtbaren Riss erfolgt. Durch die iterative Optimierung der Signalverarbeitung, die Einführung skalierter Merkmale und die Entwicklung eines globalen Klassifikationsmodells wurde eine vom Fügeverfahren weitgehend unabhängige Erkennung ermöglicht. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur sicheren Auslegung gefügter Strukturen sowie zur zukünftigen Implementierung zustandsbasierter Überwachungssysteme in der industriellen Anwendung.

Darstellung des Nutzens für KMU

Kleine und mittlere Unternehmen, die die zu betrachtenden Fügeverfahren einsetzen, werden mit der Hilfe der Ergebnisse des Forschungsvorhabens in die Lage versetzt, zyklisch belastete Fügestellen gezielter auszulegen, zu optimieren und die Ausfallwahrscheinlichkeit gefügter Bauteile zu reduzieren. Damit kann das Potenzial der betrachteten Fügeverfahren noch besser ausgenutzt werden. Durch die Erweiterung der Software zum Online Condition Monitoring für die frühzeitige Anrisserkennung in Schwingfestigkeitsprüfungen und im Betrieb werden neben der Optimierung im Entwicklungsprozess durch die Schwingfestigkeitsprüfungen neue Möglichkeiten für die Instandhaltung im Betrieb bereitgestellt. Dadurch können Instandhaltungskosten drastisch reduziert und eine höhere Sicherheit garantiert werden.

Referent:

Dr.-Ing. David Hein
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität, Paderborn;

Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V., Berlin

Session 4

Moderation:
Dr.-Ing. Markus Hirschmann,
RIFAST System Technik

FOSTA P 1665 /
IGF 01IF22531N

Kernthesen

  • Bemessungsregeln nach dem Eurocode 3 für zyklisch beanspruchte nichtgeschweißte Konstruktionsdetails sind zu konservativ
  • Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit und stahlbautypischer Fertigungspraxis bei der Definition des Ermüdungswiderstandes hebt bestehendes Potenzial
  • Innovative Bemessungsvorschläge für nichtgeschweißte Konstruktionsdetails des Stahlbaus bringen das Potenzial in Ansatz

Zusammenfassung

Im Bereich des Bauwesens ist der Nachweis der Ermüdungsfestigkeit in DIN EN 1993-1-9 nach dem Δσ-Konzept geregelt. Auch in vielen anderen Anwendungsbereichen findet diese Nachweismethode im Sinne des ease-of-use Gebrauch. Grundlegend werden standardisierte Konstruktionsdetails einer zugehörigen Kerbfallklasse als Widerstandswert zugewiesen, was ein schnelles und iteratives Design ermöglicht. Die repräsentativen Konstruktionsdetails umfassen dabei die wesentlichen Einflussparameter auf die Ermüdungsfestigkeit, wie z. B. Mittelspannungsniveaus, Eigenspannungen, Werkstofffestigkeit und die Kerbwirkung.

Insbesondere für die nichtgeschweißten Konstruktionsdetails kann jedoch von einer deutlichen Abhängigkeit der Ermüdungsfestigkeit von der Werkstofffestigkeit ausgegangen werden. Unter Achtung weiterer Einflüsse aus der stahlbautypischen Fertigungspraxis konnten für die nichtgeschweißten Konstruktionsdetails Grundwerkstoff, Bauteile mit thermischen Schnittkanten, SL-Verbindungen und GV-Verbindungen innovative Bemessungsvorschläge erarbeitet werden, die sich in das Nachweisformat nach dem Δσ-Konzept eingliedern. Durch die Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit und Bauteilgestalt im Nachweis können den Konstruktionsdetails höhere Widerstandswerte zugewiesen werden, wodurch eine wirtschaftlichere Bemessung ermöglicht wird.

Darstellung des Nutzens für KMU

Mit der Weiterentwicklung der Kerbfallklassen nach dem Eurocode 3 soll es ermöglicht werden, eine zutreffende Prognose der Ermüdungsfestigkeit von nichtgeschweißten Konstruktionsdetails des Stahlbaus vorzunehmen und so das Potenzial des Konstruktionswerkstoffes Stahl voll auszuschöpfen. Unter Wahrung des Δσ-Konzepts im Sinne des ease-of-use kann zudem auf rein analytische Gleichungen zurückgegriffen werden, mit denen ein Großteil der notwendigen Nachweise erbracht werden können, wodurch KMUs in Form von Konstruktionsbüros und planende Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern können. Für KMUs resultiert aus den Ergebnissen des Vorhabens zugleich ein Anstieg der Ressourceneffizienz bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit der Produkte durch höhere Kerbfallklassen, was ebenfalls zu einer ganzheitlichen Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen führt.

Referent:

M. Sc. Mohammad Aljomaa,
Institut für Metall- und Leichtbau, Universität Duisburg-Essen

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock

Maschinenbau/Verfahrens- und Umwelttechnik, Hochschule Wismar

EFB 01IF22376N

Kernthesen

  • Eine Sensitivitätsanalyse des Clinchprozesses stellt den Zusammenhang zwischen geometrischen Werkzeugparametern, der resultierenden Fügepunktausprägung und den erzielbaren Ermüdungseigenschaften her.
  • Das Örtliche Konzept erweist sich als geeignetes Betriebsfestigkeitsverfahren zur präzisen Lebensdauerabschätzung unter expliziter Berücksichtigung der umformbedingten Prozesshistorie.
  • Der Einsatz mathematischer Optimierungsverfahren mit Zielvorgabe einer definierten Versagenslastwechselzahl ermöglicht die Auslegung eines Fügepunktlayouts mit minimaler Fügepunktanzahl bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Ermüdungsfestigkeit.

Zusammenfassung

Der erarbeitete ganzheitliche Ansatz basiert auf der Anwendung des Örtlichen Konzepts zur Lebensdauerbewertung mechanisch gefügter Strukturen und verfolgt das Ziel, durch eine belastungsangepasste Optimierung des Fügepunktlayouts die strukturelle Leistungsfähigkeit und Betriebszuverlässigkeit unter realen Einsatzbedingungen nachhaltig zu erhöhen. Anhand einer umfassenden Sensitivitätsanalyse wird aufgezeigt, wie geometrische Werkzeugparameter die resultierende Fügepunktausprägung und damit die Ermüdungseigenschaften beeinflussen. Auf dieser Basis wird das Örtliche Konzept als geeignetes Betriebsfestigkeitsverfahren vorgestellt, das die Prozesshistorie berücksichtigt und eine Abschätzung der Lebensdauer ermöglicht. Es wird der Einsatz des 0-1 Optimierungsansatzes demonstriert, mit dem unter Vorgabe einer geforderten Versagenslastwechselzahl ein Fügepunktlayout mit minimaler Anzahl an Fügepunkten ermittelt wird. Die Resultate zeigen, dass sich durch die Verknüpfung einer prozessnahen Lebensdauerbewertung mit einer algorithmischen Layoutoptimierung sowohl die strukturelle Integrität als auch die Ressourceneffizienz geclinchter Blechstrukturen verbessern lassen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Den Ingenieuren wird ein experimentell-numerisch abgesichertes Verfahren an die Hand gegeben, mit dessen Hilfe die Tragfähigkeit einer geclinchten Bauteilstruktur im Entwicklungsprozess des Karosseriebaus frühzeitig unter Verwendung weniger mechanischer Kennwerte abgeschätzt werden kann, mit dem Potential Zeit und Kosten einzusparen. KMU aus den Bereichen der Berechnungsdienstleistung und Systemhersteller können ihre Beratungsleistung durch die Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Tragfähigkeit von Clinchpunktlayouts von Fügepunktausprägung, -anzahl und -verteilung erweitern und damit ihre Kunden im Entwicklungsprozess bei der Auswahl der Fügeparameter und der Gestaltung des Fügepunktlayouts der Bauteilstruktur software- bzw. hardwareseitig unterstützen.

Schlussendlich können KMU aus dem Bereich der Fügetechnik sowie OEMs durch die Anwendung der experimentell abgesicherten Projektergebnisse, insbesondere der frühen Abschätzung der Tragfähigkeit, bisher nicht betrachtete Anwendungsbereiche für umformtechnische Fügeverfahren ohne großen Aufwand auf neue Gebiete übertragen.

Referent:

Dipl.-Ing. Boris Spak,
Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden,

Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik, Rostock

FOSTA P 1687 /
IGF 01IF23366N

Kernthesen

  • Die Auslegung und Optimierung eines Kurzzeitschweißprozesses für das zweistufige Widerstandselementschweißen kann durch experimentelle und simulative Untersuchungen realisiert werden, um den thermischen Einfluss auf das Aluminiumfügeteil und den Klebstoff signifikant zu reduzieren – bei einer gleichzeitigen Sicherstellung einer ausreichenden Tragfähigkeit bzw. Anbindungsfläche.
  • Eine detaillierte Korrelationsanalyse von Ultraschallmessungen mit aufgezeichneten Prozessdaten ermöglicht eine zerstörungsfreie Beurteilung der im Kurzzeitprozess erzeugten WES-Verbindungen sowohl für i.O.- als auch n.i.O-Verbindungen.
  • Aus den aufgedeckten Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen können relevante Qualitätskriterien und Prozessdaten sowie -kenngrößen ermittelt und daraus Hinweise für eine zerstörungsfreie Prüfmethode und Prognose der Tragfähigkeit von WES-Verbindungen abgeleitet werden.

Zusammenfassung

Ziel des Projekts die Entwicklung der Ultraschalltechnologie für den Nachweis der Verbindungseigenschaften zu entwickeln. Weiter sollen die Verläufe der Prozessdaten (Strom-, Widerstands- Kraft-, und Elektrodenwegverlauf) ausgewertet und zur Qualitätsüberwachung genutzt werden. Anhand der Prozessanalyse wird der Wärmeeintrag beim Schweißen verringert, um die Schädigung des Klebstoffs, die Elementdeformation und das Anschmelzen der Aluminium-Deckbleche zu vermeiden.

Zur Sicherung der Qualität werden sowohl experimentelle als auch simulative Schweißversuche durchgeführt, um die Schweißverbindungen zu charakterisieren. Diese Ergebnisse werden mit den Prozessdaten korreliert, um Qualitätskriterien zu definieren und zu validieren. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden dazu verwendet, Richtlinien zur Bewertung von Widerstandselementschweißverbindungen zu formulieren und Anwendern zugänglich zu machen.

Darstellung des Nutzens für KMU

Im modernen Stahlkarosseriebau besitzt das Verfahren des Widerstandspunktschweißens (WPS) gegenüber anderer verwendeter Fügeverfahren einen hohen Anteil. Dieses erfordert trotz einer vergleichsweise einfachen Prozesscharakteristik ein hohes technisches Prozessverständnis, welches überwiegend in klein- und mittelständischen Unternehmen generiert wird. In Hinblick auf moderne Karosseriebauweisen im Multi-Material-Design kann die bereits vorhandene Widerstandspunktschweißtechnik genutzt werden, um durch Einsatz eines Hilfsfügeteils metallurgische Inkompatibilitäten von Stahl und Aluminium zu umgehen und das Einsatzspektrum um die Verwendung von Klebstoffen zu erweitern. Die Reduzierung der Schweißzeit ist hier von signifikanter Bedeutung, da zu lang gewählte Schweißzeiten sowohl den Klebstoff als auch die Fügepartner thermisch schädigen. Durch die Anwendung zerstörungsfreier Prüfmethoden und der Analyse aufgezeichneter Prozessparameter können anforderungsgerechte Verbindungen mit verringerten Taktzeiten und somit erhöhter Wirtschaftlichkeit realisiert werden. Hierdurch kann das Angebotsspektrum der Hersteller und Anwender erweitert und der Aufwand für zeit- und kostenintensive Analysen der Verbindung reduziert werden.

Referent:

M. Sc. Marcel Heitmann,
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

Dipl.-Ing. Tammo Koch,
Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

EFB 01IF22439N

Kernthesen

  • Die Einbindung von Geometrie- und Reibungsänderungen in die Fügeprozesssimulation ermöglicht eine realistische Abbildung der Fügepunktausbildung über die Werkzeuglebensdauer und damit die präzise Bestimmung der Standmenge.
  • Ein KMU gerechter tribologischer Modellversuch ermöglicht es Systemherstellern, die Verschleißeigenschaften ihrer Werkzeuge effizient zu prüfen und gezielt zu verbessern.
  • Durch die Berücksichtigung des Verschleißes rückt die Fügeprozesssimulation näher an den realen Fertigungsprozess heran, wodurch die Prognosesicherheit steigt, die Akzeptanz des Clinchens gefördert wird und zugleich eine Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf andere mechanische Fügeverfahren möglich ist.

Zusammenfassung

In diesem Projekt erfolgte eine qualitative numerische Verschleißanalyse an Clinchwerkzeugen über die Standmenge mit Fokus auf Stempel, Lamellen und Matrize. Ergänzend wurden Oberflächenuntersuchungen an real eingesetzten Werkzeugen durchgeführt. Ein rotatorischer Reibprüfstand wurde erweitert, um verschlissene Komponenten zu integrieren und Reibmodelle in Abhängigkeit der Standmenge ableiten zu können. Es folgten experimentelle und simulative Fügeversuche mit neuen und verschlissenen Werkzeugen. Die Prozesskettensimulation wurde anhand von Schliffbildern sowie der Kennwerte Restbodendicke, Hinterschnitt und Halsdicke validiert. Ein tribologischer Modellversuch auf Basis des Pin-on-Disc-Prinzips wurde entwickelt, aufgebaut und erprobt. Eine experimentelle Sensitivitätsstudie untersuchte Beschichtungen, Rauheiten, Beölungen sowie Werkstoffpaarungen. Letztlich zeigten experimentelle und simulative Tragfähigkeitsprüfungen mit neuen und verschlissenen Werkzeugen den Einfluss der Standmenge und bestätigten die Eignung der Prozesskettensimulation zur realitätsnahen Tragfähigkeitsprognose.

Darstellung des Nutzens für KMU

Die robuste Fügeprozesssimulation macht Verschleißeffekte frühzeitig berechenbar, wodurch Standmengen numerisch bestimmt und Werkzeugwechsel planbar werden (Predictive Maintenance). Das verkürzt aufwändige Standmengenversuche, beschleunigt Entwicklungszyklen und reduziert Kosten durch weniger Ausschuss, Stillstände und Überdimensionierung. Die verbesserte Modellierung ermöglicht es, Prozessparameter, Werkzeugmaterialien, Beschichtungen und Schmierstoffe gezielt zu optimieren und geeignete Varianten deutlich schneller zu bewerten und freizugeben. Softwareseitig fließen die Zusammenhänge in Berechnungsprogramme ein, sodass Ingenieurbüros Fügepunkte mit geringem Aufwand robust auslegen und ihr Dienstleistungsportfolio um verschleißbewusste Verbindungsoptimierung erweitern können. Das Ergebnis sind höhere Prozesssicherheit, längere Werkzeuglebensdauer und verbesserte Wettbewerbsfähigkeit, unterstützt durch schneller verfügbare und optimierte Lösungen von System- und Schmierstoffherstellern.

Referent:

M. Sc. Marvin Marcel Krzikalla,
Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

Schlussworte und Ende der Veranstaltung - 15:30 Uhr

Dr.-Ing. Daniel Rosenbusch,
Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V.

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