Modellierung von Unsicherheiten in der Prozesskette vom Ausgangsmaterial bis zur Crimpverbindung unter Einsatzbedingungen für die rückwärtsgerichtete Werkstoff- und Prozessoptimierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558602624

Das Forschungsvorhaben zielt auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Crimpverbindungen elektrischer Rundsteckverbinder aus Kupfer-Zink-Legierungen. Grundlage dafür ist die Hypothese, dass durch eine multikriterielle Optimierung der gesamten Prozesskette unter Berücksichtigung werkstoff- und prozessimmanenter Unsicherheiten eine Leistungssteigerung möglich ist. Die Leistungsfähigkeit der Crimpverbindungen wird dabei durch drei zentrale Kriterien definiert: geometrische Kenngrößen, die mechanische Verbindungsfestigkeit sowie den elektrischen Übergangswiderstand. Ziel des Projekts ist eine neuartige prozessübergreifende Simulationsmethodik entlang der gesamten Prozesskette zu entwickeln, die es erstmals erlaubt, diese Leistungsfähigkeit von Crimpverbindungen rückwärtsgerichtet als Funktion der relevanten Prozess- und Werkstoffparameter vorherzusagen. Diese Methodik soll dabei Unsicherheiten, die sowohl im Material als auch in den Prozessschritten entstehen, mit einbeziehen. Es wird eine durchgängige prozessübergreifende Methodik zur rückwärtsgerichteten multikriteriellen Optimierung entwickelt, die auf verschiedenen Zielgrößen basiert und die Prozesseffizienz signifikant steigern soll. In der ersten Phase konzentriert sich die Forschung auf den Aufbau einer durchgängigen prozessübergreifenden Simulationsmethodik entlang der gesamten Prozesskette. Diese soll in der Lage sein, die Zielgrößen – also die Leistungsparameter der Crimpverbindungen – als Funktion der verschiedenen Prozess- und Werkstoffparameter zu formulieren. Dabei werden Unsicherheiten, die im Material oder während des Produktionsprozesses auftreten können, berücksichtigt. Um dabei Diskrepanzen zwischen verschiedenen Diskretisierungsmethoden, Werkstoff- und Reibungsmodellen zu vermeiden und die Simulation zu beschleunigen, wird ein universelles Ersatzmodell entwickelt. Dieses Modell dient als Brücke, um inkonsistente Modelle und Berechnungsverfahren zu harmonisieren. Weiterhin wird eine Prozesskette für die Herstellung von Crimpverbindungen erstellt, die den Einsatz von Softsensoren zur Erfassung von Unsicherheiten beinhaltet. Softsensoren kombinieren experimentelle Daten aus Laborversuchen mit Messdaten, um Unsicherheiten in Material- und Prozessparametern zu erfassen und zu modellieren, wobei der experimentelle Aufwand minimiert wird. In der zweiten Phase liegt der Schwerpunkt auf der multikriteriellen Optimierung der Leistungsfähigkeit der Crimpverbindungen. Diese Optimierung erfolgt durch die direkte Inversion der Prozessmodelle, wodurch eine rückwärtsgerichtete prozessübergreifende Simulationsmethodik geschaffen wird. Das Verfahren wird auf mindestens drei zentrale Zielgrößen angewandt, um die Crimpverbindungen zu optimieren. Ferner soll die Übertragbarkeit der entwickelten Methodik auf andere Werkstoffe sowie geometrisch unterschiedliche Crimpverbindungen nachgewiesen werden. Damit kann die Anwendbarkeit der Methodik auch auf andere industrielle Anwendungen erweitert werden

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2476: Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Markus Bambach