Punktförmige Verbindungen, wie das Clinchen, bieten vorteilhafte Eigenschaften und werden in zunehmendem Maße in der Dünnblech verarbeitenden Industrie für metallische Verbindungen eingesetzt. Sie spielen gegenwärtig für Metall-Kunststoff-Verbindungen eine untergeordnete beziehungsweise gar keine Rolle. Dies ist wahrscheinlich der Tatsache geschuldet, dass Kunststoffe aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ungeeignet für das Clinchen scheinen. In der vorliegenden Dissertation werden die Grundlagen für das Clinchen von Metall-Kunststoff-Verbindungen erarbeitet und qualifiziert, so dass es möglich ist, damit eine Verbindung dieser Werkstoffe reproduzierbar herzustellen. Im Speziellen werden Prozessmerkmale und mechanische Verbindungseigenschaften des Clinchens von Metall-Kunststoff-Verbindungen sowie der Feuchtigkeitseinfluss des Kunststofffügepartners und der Einfluss von Wärme vor und/oder nach dem Fügen untersucht. / Because of its advantageous properties there is an extended utilization of point-shaped joints, like the clinching, in the sheet processing industry for metal-metal joints. These joining technologies are not relevant for metal-thermoplastic joints currently. The main reason for this could be the fact that the clinching process seems not to be eligible for thermoplastic materials. In the present thesis the fundamentals for clinching metal to thermoplastics were worked out and qualified. The results allow creating reproducible joints out of these materials. Process features and mechanical properties of clinched metal-thermoplastic joints were investigated. Also the influence of moisture and heat input during and after the clinching process was in focus.

Eines der am häufigsten in der Automobilindustrie eingesetzten mechanischen Fügeverfahren ist das Clinchen, auch Durchsetzfügen genannt. Hierbei werden zwei oder mehr sich überlappende Bleche lokal umgeformt, sodass eine form- und kraftschlüssige Verbindung mit matrizenseitiger Überhöhung entsteht. Eine Sonderform des Clinchens ist das Flach-Clinchen zur Herstellung einseitig ebener Clinch-Verbindungen. Mit dem Ziel, die Verfahrensgrenzen des konventionellen Flach-Clinchens zu erweitern, werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei neuartige Verfahrensvarianten des Flach-Clinchens entwickelt. Um die Verbindungsfestigkeit der Flach-Clinch-Verbindung zu erhöhen, wird ein zusätzliches Hilfsfügeelement in den Fügepunkt eingebracht. Dies bewirkt zum einen eine Vergrößerung des Hinterschnittes und daraus resultierend eine erhöhte Belastbarkeit gegenüber Kopfzugbeanspruchung. Zum anderen wird der Fügepunkt durch das zusätzliche Material stabilisiert und folglich die Belastbarkeit gegenüber Scherzugbeanspruchung verbessert. Die zweite Verfahrensvariante beinhaltet die Kombination aus Flach-Clinchen und Kleben zum sogenannten Flach-Clinchkleben. Hierbei dient die mechanische Verbindung hauptsächlich als Fixierhilfe bis zur vollständigen Aushärtung des Klebstoffs. Dies ermöglicht eine direkte Weiterverarbeitung des Bauteils nach dem Fügen und somit eine deutliche Verkürzung der Prozesszeiten. Die Entwicklung des Flach-Clinchens mit Hilfsfügeelement und des Flach-Clinchklebens erfolgt ausschließlich mittels numerischer Simulationen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend experimentell verifiziert und die Verbindungsfestigkeiten der neuentwickelten Verfahrensvarianten bestimmt. / Clinching is one of the most common used mechanical joining processes in automotive industry. Here, two or more overlapping metal sheets are locally formed so that a form- and force-closed joint with diesided protrusion is established. A special type of clinching is the so-called flat-clinching for the production of one-sided planar joints. Within the framework of this thesis, two novel process variants of flat-clinching are developed for enhancing the process limitations of conventional flat-clinching. For increasing the joint strength, a complementary joining element is inserted into the joint. This causes an enlargement of the interlocking, leading to a higher resistance to cross tension loads. Also, the additional material stabilizes the joint and hence improves the resistance to shear load. The second process variant, adhesive flat-clinching, includes the combination of flat-clinching and adhesive bonding. The metal sheets are fixed by flat-clinching and the final joint strength is achieved after the complete curing of the adhesive. This enables a continuous processing of the component and therefore, the process time can be shortened. The development of flat-clinching using complementary joining elements and adhesive flat-clinching is exclusively carried out by using numerical simulation. The knowledge gained from the simulations is subsequently experimentally proven. Also, the joint strength of the novel process variants is experimentally determined.

Im Vertrag wird die numerische Verfahrensentwicklung des Flach-Clinchklebens präsentiert. Schwerpunkte bilden hierbei die Bestimmung der Materialdaten und die anschließende Implementierung in das Simulationsmodell sowie die Modellierung des Prozesses. Es wird auf numerische Besonderheiten, wie die Kontaktabbildung zwischen den Blechen und der Klebstoffschicht sowie auf die Trennung der Klebstoffschicht und die damit verbundene Bildung von Klebstofftaschen, eingegangen. Weiterhin werden verschiedene Ansätze vorgestellt, um die Hinterschnittausbildung zwischen den Blechen zu ermöglichen und hierdurch die Handhabungsfestigkeit der Hybridverbindung zu gewährleisten. Abschließend erfolgen die experimentelle Validierung ausgewählter Verfahrensparameter sowie die Bestimmung der mechanischen Verbindungskennwerte.

Punktförmige Verbindungen, wie das Clinchen, bieten vorteilhafte Eigenschaften und werden in zunehmendem Maße in der Dünnblech verarbeitenden Industrie für metallische Verbindungen eingesetzt. Sie spielen gegenwärtig für Metall-Kunststoff-Verbindungen eine untergeordnete beziehungsweise gar keine Rolle. Dies ist wahrscheinlich der Tatsache geschuldet, dass Kunststoffe aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ungeeignet für das Clinchen scheinen. In der vorliegenden Dissertation werden die Grundlagen für das Clinchen von Metall-Kunststoff-Verbindungen erarbeitet und qualifiziert, so dass es möglich ist, damit eine Verbindung dieser Werkstoffe reproduzierbar herzustellen. Im Speziellen werden Prozessmerkmale und mechanische Verbindungseigenschaften des Clinchens von Metall-Kunststoff-Verbindungen sowie der Feuchtigkeitseinfluss des Kunststofffügepartners und der Einfluss von Wärme vor und/oder nach dem Fügen untersucht. / Because of its advantageous properties there is an extended utilization of point-shaped joints, like the clinching, in the sheet processing industry for metal-metal joints. These joining technologies are not relevant for metal-thermoplastic joints currently. The main reason for this could be the fact that the clinching process seems not to be eligible for thermoplastic materials. In the present thesis the fundamentals for clinching metal to thermoplastics were worked out and qualified. The results allow creating reproducible joints out of these materials. Process features and mechanical properties of clinched metal-thermoplastic joints were investigated. Also the influence of moisture and heat input during and after the clinching process was in focus.

Eines der am häufigsten in der Automobilindustrie eingesetzten mechanischen Fügeverfahren ist das Clinchen, auch Durchsetzfügen genannt. Hierbei werden zwei oder mehr sich überlappende Bleche lokal umgeformt, sodass eine form- und kraftschlüssige Verbindung mit matrizenseitiger Überhöhung entsteht. Eine Sonderform des Clinchens ist das Flach-Clinchen zur Herstellung einseitig ebener Clinch-Verbindungen. Mit dem Ziel, die Verfahrensgrenzen des konventionellen Flach-Clinchens zu erweitern, werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei neuartige Verfahrensvarianten des Flach-Clinchens entwickelt. Um die Verbindungsfestigkeit der Flach-Clinch-Verbindung zu erhöhen, wird ein zusätzliches Hilfsfügeelement in den Fügepunkt eingebracht. Dies bewirkt zum einen eine Vergrößerung des Hinterschnittes und daraus resultierend eine erhöhte Belastbarkeit gegenüber Kopfzugbeanspruchung. Zum anderen wird der Fügepunkt durch das zusätzliche Material stabilisiert und folglich die Belastbarkeit gegenüber Scherzugbeanspruchung verbessert. Die zweite Verfahrensvariante beinhaltet die Kombination aus Flach-Clinchen und Kleben zum sogenannten Flach-Clinchkleben. Hierbei dient die mechanische Verbindung hauptsächlich als Fixierhilfe bis zur vollständigen Aushärtung des Klebstoffs. Dies ermöglicht eine direkte Weiterverarbeitung des Bauteils nach dem Fügen und somit eine deutliche Verkürzung der Prozesszeiten. Die Entwicklung des Flach-Clinchens mit Hilfsfügeelement und des Flach-Clinchklebens erfolgt ausschließlich mittels numerischer Simulationen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend experimentell verifiziert und die Verbindungsfestigkeiten der neuentwickelten Verfahrensvarianten bestimmt. / Clinching is one of the most common used mechanical joining processes in automotive industry. Here, two or more overlapping metal sheets are locally formed so that a form- and force-closed joint with diesided protrusion is established. A special type of clinching is the so-called flat-clinching for the production of one-sided planar joints. Within the framework of this thesis, two novel process variants of flat-clinching are developed for enhancing the process limitations of conventional flat-clinching. For increasing the joint strength, a complementary joining element is inserted into the joint. This causes an enlargement of the interlocking, leading to a higher resistance to cross tension loads. Also, the additional material stabilizes the joint and hence improves the resistance to shear load. The second process variant, adhesive flat-clinching, includes the combination of flat-clinching and adhesive bonding. The metal sheets are fixed by flat-clinching and the final joint strength is achieved after the complete curing of the adhesive. This enables a continuous processing of the component and therefore, the process time can be shortened. The development of flat-clinching using complementary joining elements and adhesive flat-clinching is exclusively carried out by using numerical simulation. The knowledge gained from the simulations is subsequently experimentally proven. Also, the joint strength of the novel process variants is experimentally determined.