Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten

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Kernthesen

  • Eine zunehmende Variantenvielfalt und die notwendige Resilienz gegenüber anfälligen Lieferketten erfordern wandlungsfähige Fertigungsprozessketten.
  • Wandlungsfähige Fertigungsprozessketten bringen hohe Herausforderungen an die mechanische Fügetechnik mit sich.
  • Zur Bewältigung dieser Herausforderungen muss die mechanische Fügetechnik an Wandlungsfähigkeit gewinnen und die Fügbarkeit sicher prognostiziert werden können.

Zusammenfassung

In allen Bereichen der Produktfertigung, z. B. Fahrzeugbau, Maschinen- und Anlagenbau, Medizin- und Haushaltsgerätetechnik, werden in der Regel Konstruktionen aus einzelnen Bauteilen zu mehr oder weniger komplexen Strukturen mit zahlreichen Verbindungsstellen gefügt.

Um die zunehmende Variantenvielfalt von Produkten durch unterschiedliche Werkstoffe und Bauweisen effizient über eine Prozesskette zu realisieren, ist deren Wandlungsfähigkeit erforderlich. Eine wandlungsfähige Prozesskette, d.h. eine Aneinanderreihung aller erforderlichen Prozesse und Prozessschritte für die Produktentstehung, ermöglicht an dem Halbzeug, der Fügestelle, dem Bauteil oder dem Fügeverfahren zielgerichtete Änderungen, die das ursprünglich geplante Ausmaß übersteigen und dabei die Fügbarkeit weiterhin gewährleisten.

Die Fügbarkeit ist häufig der Schlüssel für effiziente Produktionsprozesse von Bauteilstrukturen. Ein wesentlicher Treiber für diese technologische Schlüsselposition des Fügens ist der Leichtbau bewegter Massen (z. B. Fahrzeug-, Energieanlagen-, Maschinenbau). Sie wird insbesondere für die effiziente Fertigung variantenreicher Produkte mit immer kürzeren Modellzyklen zunehmend zum strategischen Wettbewerbsfaktor für den Entwicklungs- und Produktionsstandort Deutschland.

Die wachsende Anzahl an Werkstoff-Geometrie-Kombinationen (WGK) erfordert neben einer abgesicherten Prognose der Fügbarkeit insbesondere eine Wandlungsfähigkeit der mechanischen Fügeverfahren, die bisher starr für die jeweilige WGK konfiguriert sind, nur stark eingeschränkt auf äußere Prozesseinflüsse reagieren können und jeweils aufwändig an neue WGK adaptiert werden müssen.


Darstellung des Nutzens für KMU

Die Vision des TRR ist die Sicherstellung der mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten. Zur Beantwortung der zentralen Fragestellung werden bestehende Eingriffs-möglichkeiten bei mechanischen Fügeverfahren ertüchtigt und zusätzliche geschaffen sowie neue Verfahrensansätze untersucht.

Diese Ansätze sollen die mechanischen Fügeverfahren zu der, aufgrund der zunehmenden Variantenvielfalt und der damit wachsenden Anzahl an WGK, für den effizienten Einsatz in wandlungsfähigen Prozessketten erforderlichen Anpassungsfähigkeit führen. Dafür werden sowohl bestehende, vorlochfreie Verfahren (Clinchen, Stanznieten) wandlungsfähig weiterentwickelt, aber auch neuartige Verfahrensansätze (z. B. Fügen mit adaptiven Reibelementen oder hilfsfügeteilfreies Fügen mit pinstrukturierten Fügeteilen) sowohl für hybride Metall-Metall- als auch Metall-FKV-Verbindungen werkstoffgerecht erforscht.

Dieses im Bereich der Grundlagenforschung angesiedelte Verbundprojekt bietet ein enormes Potential zum Transfer der Erkenntnisse in die Praxis. Dazu sind in den weiteren Phasen Transferprojekte angestrebt, die insbesondere auch KMU aus den Bereichen Fahrzeugbau, Fügetechnik, Simulationssoftware sowie Mess- und Prüftechnik adressieren sollen.


Referent: Dr. M. Bobbert, Sonderforschungsbereich Transregio 285 - Uni Paderborn


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