In this paper, we look at the shear-out failure of carbon fiber reinforced plastics connections in the automotive industry. Contrary to the aircraft industry, the boundary conditions of automotive applications favor this failure mode strongly. Moreover, the use of other joining technologies than that used in the aircraft industry, such as joining by forming, leads to new challenges. The different influences, typical for joining by forming, on ultimate shear-out strength were first investigated separately and then transferred and validated on connections related to praxis by an analytical model. Special attention was given to effects that resulted from oversized pre-holes, acting clamping forces, and the reduced quality of the laminates in the immediate vicinity of the joint due to the joining process.

In vielen Bereichen des Leichtbaus haben sich Bolzen- und Nietverbindungen als zuverlässige und effiziente Verbindungstechniken für Mischbauweisen mit Faserverbunden etabliert. Diese Verbindungen bieten im Zusammenhang mit textilverstärkten Thermoplasten zusätzlich das Potential, die technologiebedingt erforderlichen Löcher durch warmlochformende Verfahren einzubringen. Im Gegensatz zu den klassischen Verfahren der Lochherstellung (z. B. Bohren) werden die lasttragenden Fasern hierbei nicht durchtrennt, sondern vorteilhafterweise seitlich in das Lochnahfeld verschoben. In dieser Arbeit werden die technologischen, experimentellen und theoretischen Voraussetzungen für die systematische Analyse dieser Lochformungstechnologie geschaffen und darauf aufbauend ihr Einsatzpotential für automatisierte Fertigungsprozesse aufgezeigt. / In many areas of lightweight engineering, bolted and riveted connections are established as reliable and efficient joining techniques for multi-material design with composites. In combination with textile-reinforced thermoplastics, these joints additionally offer the potential of introducing the required holes by warm-forming processes. In contrast to the classic methods of hole manufacturing (e.g. drilling), the load-bearing fibers are not cut, but advantageously shifted aside into the surrounding laminate. In this work, the technological, experimental and theoretical basis for the systematic analysis of this hole moulding technology are provided and, based on this, its application potential for automated manufacturing processes is demonstrated.

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. / Mechanical joining technology has gained in importance in recent years due to the trend towards mixing methods and materials, that are poorly suitable for welding. For this reason, the further development of this process group is in focus. In addition to the known methods of blind riveting, flow form screws or flanging, clinching is also constantly expanding in its areas of application. Due to the process, the clinching of slim hollow profiles is only possible to a very limited extent. The extension of the 'orbital clinching' process enables for the first time to connect slim hollow profiles by means of clinching. In the experimental process investigation, mixed connections, were made from steel and aluminum round pipes. In addition, pipe connections made of the material 22MnB5 were press-hardened using a subsequent heat treatment process. As a result, the tensile shear strength of the clinch points could be increased by up to 25 %.

Many textile products are using materials with higher thickness like foams, spacer fabrics and nonwoven materials in order to provide comfortable softness of the contact surface to the body. Such materials are often joint to another external layer who have to provide optical and mechanical stability of the system, and are joined together into a 3-dimensional geometry. This paper analyses some steps of joining such materials by sewing. The forces in the sewing threads are analyzed analytically. A numerical model based on finite element method (FEM) is implemented in LS-Dyna and the process of compaction of the sewing line, based on the thread force is simulated. The thread force propagation is numerically analyzed in the time, at different friction coefficients and for different foam stiffness. All simulations demonstrate logical results and can be used as a fundament for more complex investigations and optimizations of such products.

Clinching is a joining process that is becoming more and more important in industry due to the increasing use of multimaterial designs. Despite the already widespread use of the process, there is still a need for research to understand the mechanisms and design of clinched joints. In contrast to the tool parameters, process and material disturbances have not yet been investigated to a relatively large extent. However, these also have a great influence on the properties and applicability of clinching. The effect of process disturbances on the clinched joint are investigated with numerical and experimental methods. The investigated process variations are the history of the sheets using the pre-hardening of the material, different sheet thicknesses, sheet arrangements and punch strokes. For the consideration of the material history, a specimen geometry for pre-stretching specimens in uniaxial tension is used, from which the pre-stretched secondary specimens are taken. A finite element model is set up for the numerical investigations. Suitable clinching tools are selected. With the simulation, selected process influences can be examined. The effort of the numerical investigations is considerably reduced with the help of a statistical experimental design according to Taguchi. To confirm the simulation results, experimental investigations of the clinch point geometry by using micrographs and the shear strength of the clinched joint are performed. The analysis of the influence of difference disturbance factors on the clinching process demonstrate the importance of the holistic view of the clinching process.

Steigende Anforderungen an die Genauigkeit und Aussagekraft numerischer Berechnungen sowie neue Werkstoffe und Prozesse erfordern zunehmend technologische Erweiterungen und Entwicklungen innerhalb der Softwarelösungen. Neben der Ausweitung von Möglichkeiten in der Material- und Prozessmodellierung sowie der genaueren Abbildung physikalischer Prozesse, stehen dabei zunehmend Prozessketten im Fokus. Die Historie, welche Halbzeuge oder Bauteile bereits vom Urformprozess an mit sich führen, bestimmt dabei zu einem erheblichen Grad die Eigenschaften und damit auch mögliche Verfahrensgrenzen in allen nachfolgenden Prozessstufen. Dadurch wird deutlich, dass eine Betrachtung ebendieser vorangegangenen Schritte einen deutlichen Einfluss auf das Bauteilverhalten in den Folgeprozessen hat, wodurch die Aussagekraft entkoppelter Simulationen ab einem bestimmten Detailgrad dahingehend begrenzt bleibt. Der damit steigenden Komplexität von Berechnungsproblemen stehen auf der anderen Seite Forderungen einer immer leichter und intuitiver werdenden Bedienung von Simulationssoftware entgegen. Hexagons Smart Shop Softwarelösungen nehmen dabei das Problem der Prozessketten- simulation von der Umformung bis zur Assemblierung in den Fokus. Neben der Berechnung und Evaluierung von komplexen metallischen Baugruppen sowie der nahtlosen Integration physischer Messtechnik, spielt dabei die Bedienbarkeit eine bedeutende Rolle. Das Ziel ist mögliche Probleme in der Produktentwicklung zeitnah zu detektieren und zu adressieren, um physische Prototypen auf ein Minimum reduzieren zu können (Abbildung 1). Am Beispiel eines Karosseriebauteils erfolgt innerhalb des Beitrags die Darstellung eines Workflows zur Detektion möglicher Fertigungsprobleme in der Produktentwicklungsphase sowie die Beleuchtung weiterer Anwendungsfälle. / Increasing demands towards the accuracy and significance of numerical simulations as well as new materials and processes require technological enhancements and developments within the software solutions. Beyond extending possibilities for material- and process modeling as well as more accurate prediction of physical behavior, process chains get into the spotlight more and more. The history which parts already inherit as from the casting stage on determines the attributes and therefore also possible process limits in all following production stages. This illustrates that the analysis of this preceding process steps has a significant impact on the part behavior in all subsequent steps, which is why the meaningfulness of decoupled simulations is limited at a certain demand for detail. The increasing complexity of the simulation problems on one hand are facing demands for higher user friendliness and more intuitive control of the simulation software on the other hand. Hexagons Smart Shop software solutions have their focus on the process chain simulation from forming to assembly. Beyond the calculation and evaluation of complex metallic assemblies and the seamless integration of metrology devices, usability plays a major role. The aim hereby is to detect and address possible issue within the product development as early as possible and therefore reduce physical prototypes to a minimum. With the example of a body in white part, it is shown how a workflow for the detection of possible manufacturing challenges within the product development as well as other alternative use cases can look like.

Die Schriftenreihe „Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen“ behandelt Themengebiete der Werkstoffwissenschaft und -technik, der Oberflächentechnik sowie deren industriellen Anwendungen. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse aus den vier Professuren des Instituts für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik der TU Chemnitz vorgestellt: Professur Elektronenmikroskopie und Mikrostrukturanalytik, Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik, Professur Werkstoffwissenschaft. Weiterhin sind in der Schriftenreihe die Tagungsbände des jährlich am Institut stattfindenden „Werkstofftechnischen Kolloquium“ enthalten. Die einzelnen Bände beschäftigen sich mit den Forschungsgebieten Galvanische Metallabscheidung, Anodisieren, Thermisches und Kaltgas-Spritzen, Löten, Verbundwerkstoffe, Werkstoffverbunde, Wärmebehandlung, CVD-Beschichtungen/PVD-Beschichtungen, Simulation in der Beschichtungstechnik, Organisches Beschichten (Pulverbeschichten, Lackieren, Sol-Gel-Verfahren), Elektrochemisches Strukturieren, Thermomechanische Behandlung und Mechanische Werkstoffeigenschaften. / The book series „Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen“ outlines up-to-date topics of material science and engineering, surface engineering as well as resulting industrial applications. Mainly, recent research results of the departments Composite Materials and Surface Engineering/Functional Materials of the Institute of Material Science and Engineering of Chemnitz University of Technology are presented. In addition, the book series includes the proceedings of the annual in-house conference “Werkstofftechnisches Kolloquium”. The separate volumes concentrate on the following fields of scientific research: Galvanised Coating, Anodising, Thermal and Cold Spraying, Soldering and Brazing, Composite Materials, Composite Structures, Thermal and Thermomechanical Treatment, CVD and PVD Coating, Simulation of Coating Processes, Organic coating (Powder Coating, Varnishing, Sol-Gel Processes), Electrochemical Structuring and Mechanical Material Properties.

Die Auswahl einer zweckmäßigen Verbindungstechnik hat großen Einfluss auf die Kosten für die Herstellung und Wartung von Gütern. Das mechanische Verbinden von Bauteilen mit Schließringbolzen gehört zum umformtechnischen Fügen. Damit werden kostengünstig unlösbare und mechanisch hoch beanspruchbare, punktförmige Verbindungen erzeugt. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, in umfassender Form den Nachweis zu erbringen, dass mit Schließringbolzensystemen ohne Sollbruchstelle wartungsfreie Verbindungen hergestellt werden können. Diese Wartungsfreiheit bezieht sich auf den Erhalt der mechanischen Eigenschaften der Verbindung und des Korrosionsschutzes bis zur beabsichtigten Grenznutzungsdauer. Aus einer Analyse des Standes der Technik wurde der Forschungsbedarf hinsichtlich der Wartungsfreiheit von Schließringbolzenverbindungen aus mechanischer und korrosiver Sicht abgeleitet. In einem mehrstufigen Prüfprogramm, unterteilt nach Anwendungen im Nutzfahrzeugbau und Stahlbau, wurde nach maschinenbaulichen und stahlbaulichen Konzepten die mechanische Leistungsfähigkeit der Verbindungen untersucht. Die Forschungsergebnisse aus diesem Programm und der Test neu entwickelter Beschichtungssysteme für die Bolzen und die Schließringe bestätigten die Eingangsthese über die Wartungsfreiheit. Metallografische Analysen und FEM Rechnungen ergänzen die Arbeit. Sie ist in sechs Abschnitte unterteilt und enthält 135 Abbildungen, 25 Tabellen, 3 Anlagen. Es wurden 118 Literaturquellen berücksichtigt. Mit der Arbeit steht dem Ingenieur ein umfangreiches Auskunftsmaterial zum Vergleich von Schließringbolzenverbindungen mit anderen Fügeverfahren, besonders jedoch zur Verschraubung zur Verfügung. Die durchgeführten Untersuchungen und Aussagen sollten in zukünftiger Forschung zu einem ganzheitlichen Konzept für die rechnerische Auslegung und Dimensionierung von Schließringbolzenverbindungen nach dem Vorbild der VDI 2230 und der EN 1993 weitergeführt werden.

Die Schriftenreihe „Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen“ behandelt Themengebiete der Werkstoffwissenschaft und -technik, der Oberflächentechnik sowie deren industriellen Anwendungen. Es werden vorrangig aktuelle Forschungsergebnisse der Professuren Verbundwerkstoffe und Oberflächentechnik/Funktionswerkstoffe des Instituts für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik der TU Chemnitz vorgestellt. Weiterhin sind in der Schriftenreihe die Tagungsbände des jährlich am Institut stattfindenden „Werkstofftechnischen Kolloquium“ enthalten. Die einzelnen Bände beschäftigen sich mit den Forschungsgebieten Galvanische Metallabscheidung, Anodisieren, Thermisches und Kaltgas-Spritzen, Löten, Verbundwerkstoffe, Werkstoffverbunde, Wärmebehandlung, CVD-Beschichtungen/PVD-Beschichtungen, Simulation in der Beschichtungstechnik, Organisches Beschichten (Pulverbeschichten, Lackieren, Sol-Gel-Verfahren), Elektrochemisches Strukturieren, Thermomechanische Behandlung und Mechanische Werkstoffeigenschaften. / The book series „Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen“ outlines up-to-date topics of material science and engineering, surface engineering as well as resulting industrial applications. Mainly, recent research results of the departments Composite Materials and Surface Engineering/Functional Materials of the Institute of Material Science and Engineering of Chemnitz University of Technology are presented. In addition, the book series includes the proceedings of the annual in-house conference “Werkstofftechnisches Kolloquium”. The separate volumes concentrate on the following fields of scientific research: Galvanised Coating, Anodising, Thermal and Cold Spraying, Soldering and Brazing, Composite Materials, Composite Structures, Thermal and Thermomechanical Treatment, CVD and PVD Coating, Simulation of Coating Processes, Organic coating (Powder Coating, Varnishing, Sol-Gel Processes), Electrochemical Structuring and Mechanical Material Properties.

Fügen und Montieren spielt seit jeher eine entscheidende Rolle in der Herstellung von Alltags- bis hin zu Hochtechnologieprodukten. Die Füge- und Montagetechnik ist an der Technischen Universität Chemnitz fast seit ihrer Gründung eine etablierte Wissenschaftsdisziplin. So wurde bereits 1922 an der damaligen staatlichen Gewerbeakademie als erste Hochschule Deutschlands das Fachgebiet Schweißtechnik in Lehre und Forschung eingerichtet. Mit der wissenschaftlichen Fachkonferenzreihe FüMoTeC will das Institut für Füge- und Montagetechnik (IFMT) der Technischen Universität Chemnitz seine laufenden Erkenntnisse in Wissenschaft und Forschung einem breiten Publikum zugänglich machen aber auch eine Plattform für Industrie und Wissenschaft zur Diskussion füge- und montagetechnischer Aspekte bieten. / Joining and Assembly has always played a crucial role in the production of everyday up to high-technology products. These research priorities are well-established scientific disciplines at the Technische Universität Chemnitz almost since its foundation. Already in 1922 at the former state “Gewerbeakademie” the field of welding technology was set up in teaching and research for the first time in Germany. With the scientific conference series FüMoTeC the institute for joining and assembly technology (IFMT) of the Technische Universität Chemnitz wants to present current findings in science and research to a broad audience as well as offering a platform for industry and academia for discussions.