In-situ-Prozesse zur Kontaktierung und Verbindung piezokeramischer Module neuer Generation

In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen untersucht, die kleinflächige Bereiche mit niedrigen Festigkeitseigenschaften – sogenannte Gradierungen – aufweisen. Anwendung finden pressgehärtete Bauteile vorwiegend in Karosserien von Kraftfahrzeugen, wo sie zu einer Erhöhung der Crashsicherheit bei gleichzeitiger Reduzierung des Fahrzeuggewichts beitragen. Kleinflächige Gradierungen des Bauteils bewirken dabei durch die lokal höhere Duktilität und geringere Festigkeit eine größere Belastbarkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen oder ermöglichen den Einsatz mechanischer Fügeverfahren.
Auf Basis einer Bewertung des Stands der Technik von Presshärteverfahren zur Herstellung gradierter Bauteile wird die Variante der werkzeugintegrierten Gradierung für experimentelle und simulative Untersuchungen definiert. Erforscht wird der Einfluss von Werkzeugparametern, z. B. der Temperatur der im Werkzeug befindlichen Heizelemente, deren Werkstoff, Geometrie und Abmaß, sowie von Prozessparametern, z. B. der Blechdicke und Zuhaltezeit des Werkzeugs, auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils und deren Lokalität.
Ein Ergebnis ist, dass das Ausmaß der Gradierung signifikant vom Werkstoff, dem Durchmesser und der Form der Kontaktfläche des Heizelements sowie der Zuhaltezeit des Werkzeugs abhängt. Die numerische Abbildung mittels FEM konnte durch die Experimente bestätigt werden. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung setzt die untersuchte Verfahrensvariante in einen anwendungsnahen Zusammenhang und zieht den Vergleich zur etablierten Gradierung mittels Laserstrahlung. Quintessenz ist, dass die werkzeugintegrierte Gradierung hinsichtlich der erzielbaren Bauteileigenschaften leichte Defizite gegenüber der Lasergradierung besitzt, jedoch eine deutlich bessere Kostenbilanz aufweist.