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.

Due to the wide range of properties of plastics (e.g. low density, low electrical and thermal conductivity), conventional materials will be increasingly substituted by polymers. Multifarious requirements on technical parts intensify the demand for joining processes, which ensure the reliable joining of incompatible thermoplastics. In this case, material bonded joints are approaching their limits. The present study focusses on the welding of two incompatible thermoplastic polymers (polyamide and polyethylene) by using adapted blend materials, which are compatible to both joining components. The results prove the feasibility of this method and indicate the high potential regarding the reachable joint strength. Furthermore, the study demonstrates the challenges regarding the suitable application of blend materials and deals with open scientific questions concerning their industrial usage.

In order to achieve short cycle times, gas temperatures of 500 °C or higher are used for welding plastics by means of serial hot gas welding. These temperatures are often distinctly higher than the decomposition temperature of the plastic to be joined. The thermal stresses can lead to chemical degradation and physical aging. This can negatively affect the lifetime of the weld and lead to premature failure. In this study, the fusion layers of polypropylene and polyamide are analyzed in terms of their thermal and thermal oxidative degradation using viscometry and FTIR spectroscopy. The results show that a detection of chain degradation and degradation products in the individual melt layer depths is possible. Furthermore, correlations between the depth of degradation and the weld strength can be identified. This characterization shows the first results of a holistic approach to the influence of thermal degradation in the weld seam as a function of the process parameters and their effects on weld seam properties. With the right joining strategy, it is possible to achieve high weld strength without the use of nitrogen and the associated material degradation. This could result in a significant cost reduction for the industry.

In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über aktuelle Entwicklungen beim Einsatz von Leichtmetallen im Leichtbau gegeben und dabei vor allem die Bedeutung der Werkstoffe Aluminium, Magnesium und Titan herausgestrichen. Dabei wird ersichtlich, welche Bedeutung Guss- und Knetlegierungen im Einzelnen zukommt und wie sich durch neue Erkenntnisse bei der Werkstoffbehandlung neue Strategien für Konstruktion und Fertigung ergeben. Eine sehr wesentliche Rolle für die optimale Nutzung der Werkstoffeigenschaften spielen die Fügeverfahren. Optimierte Werkstoffe mit neuen Eigenschaftsprofilen erfordern angepasste Fügeverfahren, um mit den Fügestellen keine Schwachpunkte in der Konstruktion zu schaffen. Nicht zuletzt soll die Arbeit durch die Zusammenfassung und Gegenüberstellung aktueller Forschungsergebnisse und des Standes von Forschung und Technik zu neuen Ideen im Sinne des Leichtbaus anregen.

Die Entwicklung des heutigen Karosseriebaus schreitet ständig voran. Widerstandspunktgeschweißte Stahlkarosserien stellen gegenwärtig noch immer den Standard in der Automobilindustrie dar. Die Weiterentwicklung zu hochfesten Stahlsorten ermöglicht eine erste Gewichtsreduzierung. Als das immer mehr an Bedeutung gewinnende Aluminium in diesem Bereich vordrang, blieb es nicht aus, sich mit neuen Materialpaarungen wie Aluminium-Aluminium (Al-Al) und im Mischbau Aluminium-Stahl (Al-St) auseinanderzusetzen. Durch die gestiegene Anforderung im Crashtest müssen auch diese neuen Karosserien immer höhere Festigkeitskennwerte und ein besseres Energieaufnahmevermögen erreichen. Für das Fügen der neuen Werkstoffkombinationen aus Al-Al, Al-St bzw. Aluminium mit hochfestem Stahl, soll die Prozessstabilität des in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnenden Nietclinchens, aufgezeigt werden. Diese Dissertation soll die Vorteile des Verfahrens Nietclinchen gegenüber herkömmlichen Fügeverfahren aufzeigen. Neue Version des Dokuments ergaenzt um Zusammenfassung und Anhang. / The development of the body in white constantly steps forward. Steel bodys joined by spot welding still are standard in the automobile industry. The advancement in the sector of high performance steel makes a reduction in weight possible. When aluminium was getting more important in this sector, it was necessary to think at new material matchings like aluminium-aluminium (Al-Al) and aluminium-steel (AL-St) in the mix construction. Because of rising requirements at crash tests, the bodys have to reach higher data for stability and energy absorption. For the joining process of new material combinations of Al-Al, Al-St and aluminium with high performance steel the operation rivet-clinching will become more important in the future. This dissertation takes a look at the process stability of the rivet-clinching and the advantages in comparison with other joining methods. New version of the document with summary and annex.

Laboruntersuchung zur Prozessstabilität beim Niet-Clinchen

In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über aktuelle Entwicklungen beim Einsatz von Leichtmetallen im Leichtbau gegeben und dabei vor allem die Bedeutung der Werkstoffe Aluminium, Magnesium und Titan herausgestrichen. Dabei wird ersichtlich, welche Bedeutung Guss- und Knetlegierungen im Einzelnen zukommt und wie sich durch neue Erkenntnisse bei der Werkstoffbehandlung neue Strategien für Konstruktion und Fertigung ergeben. Eine sehr wesentliche Rolle für die optimale Nutzung der Werkstoffeigenschaften spielen die Fügeverfahren. Optimierte Werkstoffe mit neuen Eigenschaftsprofilen erfordern angepasste Fügeverfahren, um mit den Fügestellen keine Schwachpunkte in der Konstruktion zu schaffen. Nicht zuletzt soll die Arbeit durch die Zusammenfassung und Gegenüberstellung aktueller Forschungsergebnisse und des Standes von Forschung und Technik zu neuen Ideen im Sinne des Leichtbaus anregen.

Wissenschaftliche Schriftenreihe, die Dissertationen der Professur Schweißtechnik beinhaltet. / Scientific series containing dissertations of the Professorship of Welding Engineering.

Im vorliegenden Buch werden im ersten Teil bekannte aber auch ausgewählte neue Verfahren zum Fügen von Metallen mit Kunststoffen vorgestellt und miteinander verglichen. Im zweiten Teil werden verschiedene Berechnungsmöglichkeiten für die Auslegung bzw. die Nachweisführung von mechanisch gefügten Verbindungen vorgestellt. Hierbei handelt es sich ebenfalls um bekannte Konzepte als auch um neue Konzepte aus verschiedenen Forschungsvorhaben. Anhand der Aufbereitung dieser Konzepte in Algorithmen nach DIN 66001 und der Bereitstellung von Beispielen, welche sich auf die Algorithmen beziehen, sind diese einfach anwendbar und für die studentische Ausbildung gut geeignet.:1 Bekannte und neue Fügeverfahren im Leichtbau 1.1 Einleitung zum ersten Kapitel 1.2 Clinchen 1.3 Ultrasonic Fusion Bonding and Clinching 1.4 Clinching with a lost Ring 1.5 Blindnieten 1.6 Flow Drilling Riveting 1.7 Zusammenfassung 2 Auslegungsmöglichkeiten und Bemessungskonzepte 2.1 Einleitung zum zweiten Kapitel 2.2 Berechnung von Vollnietverbindungen nach DIN EN 1993-1-8 2.3 Berechnung von Blindnietverbindungen nach J. Grandt 2.4 Berechnung von Clinch-, Stanzniet- und Blindnietverbindungen der Grenznahtfestigkeit A Bruchkräfte von Blindnieten

Die Mechanische Fügetechnik hat durch den Trend der Mischbauweise sowie schlecht schweißgeeigneter Werkstoffe in den letzten Jahren einen erhöhten Stellenwert erlangt. Aus diesem Grund wird die Weiterentwicklung dieser Verfahrensgruppe stark vorangetrieben. Neben den bekannten Verfahren Blindnieten, Fließformschrauben oder Bördeln wird auch das Durchsetzfügen, welches als Clinchen bekannt ist, in seinen Anwendungsgebieten stetig erweitert. Prozessbedingt ist das Clinchen von schlanken Hohlprofilen nur stark eingeschränkt möglich. Die Verfahrenserweiterung des „Orbitalclinchens“ ermöglicht erstmals, schlanke Hohlprofile mittels Clinchens zu verbinden. In der experimentellen Prozessuntersuchung wurden Mischverbindungen aus Stahl- und Aluminiumrundrohren hergestellt. Weiterhin wurden mit einem nachgelagerten Wärmebehandlungsverfahren Rohrverbindungen aus dem Werkstoff 22MnB5 pressgehärtet. Infolge dessen konnte die Scherzugfestigkeit der Clinchpunkte um bis zu 25 % gesteigert werden.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 3 Entwicklung des „Orbitalclinchens“ 4 Experimentelles 5 Ergebnisse und Diskussion 6 Zusammenfassung & Schlussfolgerungen 7 Literatur