Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Podlesak, Frank
Mayr, Peter (Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn.); Wagner, Guntram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Entwicklung und Verifizierung eines vorlochfreien mechanischen Fügeverfahrens zum Verbinden von Leichtmetallen und Faser-Kunststoff-Verbunden
Development and varification of a mechanical joining process for joining lightweight metals and fibre reinforced plastics without the need of a prehole
Kurzfassung in deutsch
Die Mischbauweise stellt eine Möglichkeit dar, insbesondere im Automobilbau, aber auch in anderen Industriezweigen Leichtbau zu betreiben. Dazu werden verschiedenartige Werkstoffe miteinander kombiniert. Vorzugsweise handelt es sich um Kombinationen aus faserverstärkten Kunststoffen und Leichtmetallen. Nach dem Motto “Der richtige Werkstoff am richtigen Ort” können so belastbare und gleichzeitig leichte Konstruktionen realisiert werden. Eine große Herausforderung besteht dabei jedoch im Fügen solch unterschiedlicher Werkstoffe. Aufgrund großer Unterschiede in Bindungsart und Schmelztemperatur sind klassische Fügeverfahren nicht anwendbar. Zum Verbinden von Metallen mit Faser- Verbund-Werkstoffen (FKV) wurden deswegen vorhandene Technologien adaptiert oder neue entwickelt. Im Rahmen dieser Dissertation wurde mit dem modifizierten Blindnieten ein neuer Lösungsansatz entwickelt, der sowohl mechanische als auch thermische Fügeverfahren miteinander kombiniert. Dazu wird ein rotierender Blindniet in sich überlappende Bleche getrieben und das darunter liegende Material unter Ausbildung einer Hülse aus dem Oberblech verdrängt. Anschließend wird der Niet ausgeformt und der Prozess ist abgeschlossen. Durch die Reibwärme wird die thermoplastische Matrix des FKV geschmolzen und die Fasern werden beweglich und können verdrängt werden. Dadurch kommt es zu einer geringeren Faserschädigungen und es können Delaminationen komplett vermieden werden. Untersuchungen wurden vorzugsweise an Materialkombinationen in Mischbauweise durchgeführt. Es wurden Aluminium- und Magnesiumbleche mit verschiedenen FKV mit Glas- oder Kohlefaserverstärkung gefügt. Für eine große Anwendungsbreite wurden ebenso Verbindungen von mehreren Metallblechen untersucht. Alle Kombinationen konnten so gefügt werden, dass in relativ kurzer Prozesszeit eine qualitativ hochwertige Verbindung entsteht. Mit einer geeigneten Parameterwahl sind Fügezeiten unter drei Sekunden möglich. Die mechanisch technologischen Gütewerten zeigen, dass mittels modifiziertem Blindnieten hergestellte Verbindungen mindestens die gleiche Lasten aufnehmen können, wie konventionelle Verfahren. Unter Scherbelastung kann die Belastbarkeit um bis zu 68 % gesteigert werden. Es hat sich gezeigt, dass mit dem neuen Verfahren eine wirtschaftliche Lösung für den Mischbau zur Verfügung steht.
Kurzfassung in englisch
Composite constructions provide an opportunity to introduce lightweight design in automotive and other industries. Therefore different kind of materials are combined. Preferably, these are combinations of fibre reinforced plastics and lightweight metal alloys. With the slogan "the right material at the right place" tough and lightweight constructions can be realized. A big challenge the joining of these different materials. Because of big differences in the chemical bindings and in the melting temperature, conventional joining methods cannot be used. To join fibre reinforced plastics (FRP) existing processes were adapted or newly developed. In the course of this work with the modified blind riveting a new approach was developed, which combines mechanical and thermal joining processes. Therefore a rotating blind rivet is penetrated through two overlapping sheets by deforming the sheet material. After that the rivet is set and the process finished. Because of the friction heat the thermoplastic matrix of the FRP is slightly melted and the fibres can be moved without breaking them. Investigations were done mainly with lightweight material combinations. Sheets made out of aluminum and magnesium were joined with glass or carbon fibre reinforced plastic sheets. For a wider application field also combinations of two metal sheets were investigated. All combinations could be joined in a relatively short cycle time and high quality. So it is possible to reach a joining time of under 3 seconds. Under shear load the strength of joints made by modified blind riveting can be up to 68 % higher than conventional riveted joints. It has been shown that the new process can be exploited economically.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Schweißtechnik | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Mayr, Peter (Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn.) | |
| ISBN/ISSN: | 978-3-96100-016-6 | |
| URL/URN: | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-220249 | |
| Quelle: | Chemnitz : Universitätsverlag der Technischen Universität Chemnitz, 2017. - IX, 162 S. - Wissenschaftliche Schriftenreihe CHEMNITZER FÜGETECHNIK ; Band 4 | |
| SWD-Schlagwörter: | Blindnietverfahren , Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff , Glasfaserverstärkter Kunststoff | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Blindnieten , mechanisches Fügen , CFK , GFK , Lochformen | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Blind riveting , mechanical joining , CFRP , GFRP , Holeforming | |
| DDC-Sachgruppe: | Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 26.01.2017 |
