Automatisierte Variantenreduzierung durch virtuelle Verbindungsauslegung beim Halbhohlstanznieten

Von:

Franz Ferdinand Menne

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Die zunehmende Mischbauweise in der Automobilproduktion erfordert den Einsatz von Fügeverfahren wie dem Halbhohlstanznieten. Auf Grund der großen Anzahl zu fügender Werkstoffdickenkombinationen steht eine Vielzahl verschiedener Niete und Matrizen zur Auswahl, von denen eine möglichst geringe Anzahl eingesetzt werden soll. Die Verbindungsauslegung ist daher sehr zeitaufwendig. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit eine Vorgehensweise entwickelt, welche mittels Datenbankauswertung, FE-Simulation und Optimierung eine automatisierte Variantenreduzierung ermöglicht. Zum Erreichen dieses Ziels wurde zunächst ein valides FE-Modell zur Simulation des Halbhohlstanznietens aufgebaut sowie Parameter für verschiedene Verbindungen ermittelt und in einer Datenbank gespeichert. Anschließend wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher vor dem Hintergrund der Variantenreduzierung den zu fügenden Werkstoffdickenkombinationen datenbankbasiert Niet-Matrizen-Kombinationen zuordnet und diese Auswahl mittels FE-Simulation validiert. Die variablen Parameter des Algorithmus wurden zuvor mittels Sensitivitätsanalysen ermittelt. Zur Verbesserung der vorausgewählten Niet-Matrizen-Kombinationen schloss sich eine Optimierung der Verbindungen an. Der Algorithmus wurde in eine bedienerfreundliche Software umgesetzt, welche es dem Anwender ohne vertiefende Expertise auf dem Gebiet der FE-Simulation ermöglicht, Verbindungen virtuell auszulegen. Die Validierung der entwickelten Vorgehensweise erfolgte an Hand von zehn Werkstoffdickenkombinationen. Für diese konnte die Variantenanzahl und die Arbeitsdauer, bezogen auf das experimentelle Ergebnis, reduziert werden.