Beschreibung
P 1001 – Technologie-Benchmark zum vorlochfreien Widerstandselementschweißen auf konventionellen Widerstandspunktschweißanlagen
Knapper werdende Ressourcen vor dem Hintergrund steigender Kundenanforderungen und die Durchsetzung klimapolitscher Ziele durch Vorgaben für Emissionsgrenzwerte erfordern eine Reduktion des Kraftstoff bzw. Energieverbrauchs von Automobilen und sind somit die treibenden Kräfte sämtlicher Leichtbaubestrebungen.
Die Karosserie ist die massereichste Komponente im Automobil und birgt großes Potenzial zur wirtschaftlichen Gewichtsreduzierung durch intelligente Leichtbaukonzepte. Dabei werden je nach Anforderungen an die Teilstruktur des Fahrzeuges, hoch- und höchstfeste Stähle mit Aluminium und faserverstärkten Kunststoffen (FKV) kombiniert. Für die bezahlbare Umsetzung dieser Leichtbaustrukturen sind neue Fügeverfahren erforderlich, um die auftretenden Hindernisse, wie z.B. die metallurgische Inkompatibilität dieserWerkstoffpaarungen zu überwinden. Die gezielte Weiterentwicklung von kombinierten Fügeverfahren stellt hierfür einen erfolgversprechenden Lösungsansatz dar.
Das Widerstandselementschweißen (WES) erfüllt die oben genannten Anforderungen und befindet sich in der Entwicklung und Qualifizierung für den Karosserierohbau. Beim WES wird ein nietförmiges Element in den Verbundpartner (z.B. Aluminium, FKV) eingebrachtund mit dem darunter liegenden Stahlblech mittels konventioneller Widerstandspunktschweißtechnik (WPS) verbunden.
Nach derzeitigem Entwicklungsstand werden beim WES der Verbundpartner vorgelocht und die Nietelemente anschließend positioniert oder die Nietelemente im Bauteil vorkonfektioniert. Damit gehen ein hoher fertigungstechnischer Aufwand sowie ein wirtschaftlicher Nachteil durch einen zusätzlichen Prozessschritt einher. Die Entwicklung des vorlochfreien WES mittels konventionellen WPS-Anlagen stellt daher einen lohnenswerten Untersuchungsbereich dar. Gegenüber den genannten Verfahrensvarianten kann beim vorlochfreien WES auf Voroperationen verzichtet werden, da das Nietelement von den Elektroden in einem Schritt eingestanzt und verschweißt wird. Problematisch ist in diesem Zusammenhang die Einschätzung
der generellen Realisierbarkeit dieser Verfahrensvariante. Aufgrund der Komplexität des Fügeprozesses existierten zahlreiche Randbedingungen, anlagenbedingte Grenzen sowie prozesstechnische Besonderheiten. Im Rahmen der KMU-Studie wurden diese systematisch ermittelt und eine Untersuchung der Machbarkeit des vorlochfreien Widerstandselementschweißens, bei dem die Nietelemente mit den Elektrodenkräften in das FKV bzw. Aluminium
einzubringen und mittels Widerstandserwärmung mit den Stahlwerkstoffen zu verschweißen sind, durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Machbarkeit insbesondere für das Verbinden von Aluminium/Stahl-Kombinationen gegeben ist.
Das Forschungsvorhaben P 1001 der FOSTAForschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde am Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn, mit fachlicher Begleitung und finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, durchgeführt.
Veröffentlichung:
2015
Autoren:
G. Meschut, O. Hahn, V. Janzen
