Prozessüberwachung beim Clinchen auf Basis der Schallemissionsanalyse

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sven Hübner
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569426345

Gegenwärtig wird bei Leichtbaukonzepten eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstoffen und Blechdicken eingesetzt, um die Vorteile der spezifischen Werkstoffeigenschaften entsprechend der Belastung bzw. Anforderung der Struktur zu nutzen. Hierbei stellt das Fügen von Komponenten mittels Clinchen eine außerordentliche Herausforderung dar. Aufgrund von nicht vermeidbaren, sporadisch auftretenden Prozessstörungen und -fehlern ist eine automatisierte Prozessüberwachung von großem Nutzen und außerordentlich vorteilhaft. Bei der zerstörungsfreien Überwachung während eines Fügevorgangs werden üblicherweise Kraft- und Wegsignale aufgenommen und hieraus auf die Verbindungsqualität geschlossen. Die Auswertung der erfassten Kraft- und Wegsignale erfolgt dabei mittels spezieller Fenster, Grenzwerte oder Toleranzbänder. Allerdings sind bei weitem nicht alle Schädigungen und Prozessfehler detektierbar. So werden bspw. Risse die durch den Spannungsabbau im Clinchpunkt nach dem Fügeprozess/Rückhub erfolgen, erst gar nicht aufgezeichnet. Bisher gibt es keine automatisierte Prozessüberwachung auf der Grundlage von akustischen Messsignalen beim Clinchen. Ziel ist die Klärung der grundlagenwissenschaftlichen Fragestellungen zur Physik der Schallemission bei plastischen Clinchprozessen. Die mikroskopischen Mechanismen – von Versetzungsbewegungen über Kornverformungen bis hin zur Mikrorissbildung – sind hinsichtlich der Charakteristik der entstehenden SE-Signale zu erforschen. Hierdurch soll die Fügepunktqualität beim Clinchen gesteigert werden, indem Risse mittels SE-Emissionen detektiert werden, die mittels konventioneller Technik nicht detektierbar sind. Es soll eine Routine zur zielgerichteten Auswertung der Messdaten für diese bisher unerforschte Anwendung erfolgen. Hierfür ist eine numerische Korrelationsvariable zur Beschreibung der SE-Signale in Abhängigkeit fortschreitender Streckung der Körner und Kaltverfestigung (Versetzungsbewegungen), die ab einem Schwellenwert eine i.O./n.i.O.-Aussage liefert sowie mit einer Rissbildung korreliert, welche ggfs. auch weitere detektierbare SE-Aktivitäten hervorruft. Hierfür ist ein fundiertes wissenschaftliches Verständnis für die Beziehung zwischen Schallemissionssignalen und werkstoffkundlichen Effekten auf Gefügeebene sowie Prozessschädigungen im Clinchprozess zu entwickeln und darauf aufbauend innovative Methoden zur Eignung auf Echtzeit-Überwachung und Fehlerdetektion zu erarbeiten. Durch die theoretische Weiterentwicklung und experimentelle Validierung Clinch-spezifischer Schadenskriterien soll die Detektion von Prozessfehlern, wie etwa Rissen oder unzureichenden Verbindungen, optimiert werden. Darüber hinaus strebt das Projekt an, fortschrittliche maschinelle Lernmodelle zu integrieren, um komplexe SE-Daten aus dem Clinchprozess zu analysieren und damit den Zusammenhang zwischen SE-Signal und Verformung auf Gefügeebene schneller und besser beschreiben zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen