Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Thermischen Nieten von polymeren Werkstoffen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Birgit Awiszus; Professor Dr.-Ing. Michael Gehde (†)
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413515815

Im Abgleich zwischen Experiment und Simulation sollen die geometrisch-konstruktiven, werkstoff- und prozesstechnischen Einflussgrößen beim thermischen Kunststoffnieten realistisch erfasst und modellhaft abgebildet werden. Die Anwendung numerischer Modelle soll zu einer Erhöhung der Prozesstransparenz und handhabbaren Auslegungskriterien für Kunststoffnietverbindungen führen. Einzuteilen sind die thermischen Nietverfahren nach der Art ihrer Energieeinbringung in das Heißluftnieten (Konvektion) und das Warmumformen (Wärmeleitung). Auf Basis des experimentell ermittelten Materialverhaltens sind numerische Modelle zu entwickeln, welche die thermischen Nietprozesse realitätsnah abbilden. Ziel ist es, die verfahrensspezifischen Wirkzusammenhänge zwischen dem Erwärmungs- und dem Umformverhalten zu charakterisieren und mit der entstehenden Werkstoffstruktur zu verknüpfen. Weiterhin sollen die mechanischen Verbindungseigenschaften mit den nicht bzw. nur schwer messbaren physikalischen Größen (u.a. Spannungen, Dehnungen) korreliert und diese physikalischen Größen in Abhängigkeit der verwendeten Nietzapfengeometrie, des Stempeldesigns und der Prozessparameter beschrieben werden.Darüber hinaus sind die in der Simulation und in Laborversuchen ermittelten quasistatischen Festigkeitskennwerte auf das reale Betriebsverhalten unter dynamischer Belastung zu übertragen. Es soll wissenschaftlich erklärt werden, unter welchen Restriktionen die Kurzzeiteigenschaften, ermittelt aus Simulation und Experiment, zur Bewertung der Langzeiteigenschaften verwendet werden können. Dazu werden Schwingversuche (Shaker), dynamische Kopfzugversuche und Langzeituntersuchungen unter Medien- und Temperatureinfluss durchgeführt. Bruchmechanische, lichtmikroskopische und thermische Analysen dienen zur Charakterisierung der Versagensarten, des Versagensverlaufs und des Werkstoffzustands.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen