Umformtechnisches Fügen mittels Außenhochdruck

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 350070123

Das Leichtbaubestreben erfordert die Gewichtssenkung von Strukturen und Bauteilen und erfolgt sowohl durch Funktionsintegration als auch durch die Kombination verschiedener Werkstoffe. Durch teils sehr unterschiedliche Eigenschaften der kombinierten Werkstoffe wird der Fügeprozess erschwert. Darüber hinaus erreichen gegenwärtige Verfahren zunehmend ihre technologischen oder wirtschaftlichen Prozessgrenzen.Das Innenhochdruckfügen (IHF) ist ein umformtechnisches Fügeverfahren und eine geeignete Alternative zu den konventionellen Verfahren. Es ist für die prozesssichere Erzeugung von Mischverbindungen mit den Wirkprinzipien Kraftschluss und Formschluss geeignet. Über den Druckverlauf des Wirkmediums lässt sich der Prozess überwachen, was diesen grundsätzlich für eine mögliche Automatisierung qualifiziert. Das Anwendungsspektrum ist jedoch durch die Bedingung einer innenseitigen Zugänglichkeit beim IHF begrenzt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die Verfahrensgrenzen erweitert werden, um z. B. stark gekrümmte oder besonders lange Fügepartner verbinden zu können und Behälter zu verschließen. Dies soll durch die Umkehrung der Umformrichtung realisiert werden. Anstelle einer radialen Aufweitung durch Innenhochdruck erfolgt eine radiale Kompression durch Außenhochdruck. Potenziell führt dies zur Erhöhung des produktionstechnischen Einsatzbereichs und fördert so die Akzeptanz der Technologie. Um diese Zielsetzung zu erreichen ist es erforderlich- Werkzeugkonzepte für die prozesssichere Druckbeaufschlagung zu entwickeln und- Berechnungsansätze für die Prozess- und Fügestellenauslegung zu generieren.Die Werkzeugtechnik soll im Hinblick auf die Chargenschwankungen der Fügepartner eine maßtolerante Dichtwirkung mit geringem Dichtungsverschleiß aufweisen und unter dem Einsatz numerischer und experimenteller Untersuchungen entwickelt werden. Die Spannungs- und Dehnungsverteilungen in den Fügepartnern unterscheiden sich bei außenhochdruckgefügten und innenhochdruckgefügten Verbindungen. Da sie maßgebend die Verbindungsfestigkeit beeinflussen, ist ihre Ermittlung grundlegend für die Ableitung von Gestaltungsregeln zur Prozess- und Fügestellenauslegung. Die Verfahrensgegenüberstellung vom Außenhochdruckfügen mit dem Innenhochdruckfügen erfolgt im Hinblick auf die erreichbaren Verbindungsfestigkeiten und die Wirtschaftlichkeit und definiert ein Gesamtprozessfenster für Fügeaufgaben ohne eingeschränkte Fügestellenzugänglichkeit. Das Projekt wird durch die Kooperationspartner in allen Phasen durch industrielle Aspekte und durch hohe Expertise in der Hochdruck- und Dichtungstechnik nachhaltig bereichert. Ein Erkenntnistransfer in die industrielle Praxis erfolgt an Demonstratorbauteilen der beiden Partner. Nach erfolgreicher Projektbearbeitung besteht ein industriell erprobtes Verfahren zum umformtechnischen Fügen mittels Außenhochdruck mit dem sich kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen vorhersehbar und wirtschaftlich herstellen lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Faurecia Autositze GmbH; Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH; Poppe + Potthoff GmbH
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Noomane Ben Khalifa