Heutige gesellschaftliche und ökologische Rahmenbedingungen erfordern erhebliche Anstrengungen, um die zwingend gebotene, effizientere Nutzung von Energie und Rohstoffen, sowie den Wunsch nach hoher Lebensqualität zu ermöglichen. Vor diesem Hintergrund nutzen aktuelle ingenieurwissenschaftliche Gestaltungsprinzipien insbesondere die Möglichkeiten des konsequenten Leichtbaus und „smarter” (mit sensorischen und/oder aktorischen Eigenschaften versehener) Strukturen. Beide Ansätze führen zu Bauweisen mit einem Mischbau aus unterschiedlichen Werkstoffen. Im Maschinen- und Transportwesen besteht dieser häufig aus einer Kombination unterschiedlicher metallischer Werkstoffe, aus Metallen und Polymeren oder aus Metallen und Keramiken. Eine geschickte Werkstoffkombination ermöglicht ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Funktionserfüllung, -sicherheit, -dichte, Energieeinsatz und Ressourcenverbrauch. Allerdings erfordern diese Kombinationen in vielen Fällen eine geeignete Ausbildung der Fügestellen. Etablierte Fügeverfahren sind oftmals nicht geeignet, da beispielsweise aufgrund von thermischen Einflüssen (thermisches Fügen) Schäden an den Fügepartnern oder durch Spannungskonzentrationen (Verbindungen durch Punktschweißen oder Nieten) das Werkstoffpotential nur sehr eingeschränkt nutzbar ist.
In Anbetracht dieser gravierenden Einschränkungen bieten Verfahren auf Basis des Fügens durch plastische Deformation aussichtsreiches Potential. Hierbei wird die Verbindung zweier oder mehrerer Körper durch die plastische Deformation mindestens eines Fügepartners hervorgerufen. Die bei der Realisierung von leichten und smarten Strukturen zu lösenden Aufgaben bedürfen wissenschaftlicher Erkenntnisse, die derzeit nicht vorliegen und daher im Rahmen des hier vorgestellten Programms gefunden werden sollen. Um diese Lücken zu füllen, sollen die aktuell verfügbaren Entwicklungen aus den Wissenschaftsdisziplinen Umformtechnik, Mess- und Regelungstechnik, Plastomechanik sowie Chemie und Mathematik mit Erkenntnissen aus der Werkstoffkunde vernetzt und synergetisch zu einem Gesamtprogramm mit großem Mehrwert zusammengeführt werden.
Das Schwerpunktprogramm zielt auf einen interdisziplinären Erkenntnisgewinn bezüglich der relevanten Mechanismen beim Fügen durch plastische Deformation und davon abgeleitete Methoden zur Auslegung von Fügeprozessen und Verbindungsstellen in Bauteilverbunden sowie zur Qualifizierung neuer Fügeverfahren ab. Das erweiterte Wissen über wirkende Fügemechanismen soll zur Gestaltung neuer oder verbesserter Fügetechnologien und Gestaltungsprinzipien für Bauteilverbindungen, neuen Produkten und höheren Mehrwerten von hybriden Bauweisen in heutigen technischen Produkten führen.
Zur Zielerreichung sollen die folgenden wesentlichen Teilgebiete bearbeitet werden
- Ausweiten bestehender Fügetechnologien im Hinblick auf mögliche Materialkombinationen, Gebrauchseigenschaften und höhere Flexibilität von Fügeprozessen.
- Untersuchen der Mechanismen beim Fügen durch plastische Deformation und deren gezielte Aktivierung/ Verstärkung.
- Entwickeln von neuen Fügeverfahren, welche im Hinblick auf neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen die notwendigen Anforderungen hinsichtlich mechanischer, thermischer, elektrischer und chemischer Verbindungseigenschaften sicherstellen.
- Schaffen von Methoden zur Qualifizierung neuer Fügeverfahren, insbesondere Methoden zur
- zerstörungsfreien Prüfung
- Vorhersage von Verbindungseigenschaften und günstigen technologischen Parametern durch numerische Simulationen
- fügegerechten Produktgestaltung und -auslegung.
Nicht im Fokus des Schwerpunktprogramms stehen
- Prüfungen der Eigenschaften von Verbindungen, die von der Entwicklung neuer Fügetechnologien losgelöst sind.
- Technologien, die Fügehilfselemente nutzen.
- Fügetechnologien, deren Anwendung auf gleichartige Werkstoffe beschränkt ist.
- Analysen der Werkstoffentwicklung oder Entwicklungen von Simulationsverfahren ohne engen Bezug zu technologischen Fragestellungen.
