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.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von Ferrocenyloxy- (FcO-; Fc = Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)) substituierten Silanen, Stannoxanen, Titanocen- und Zirkonocen-Komplexen. Weiterhin wurden Titanocen-Komplexe mit Ferrocenyl-sulfanyl- (FcS-) und Ferrocenylselanyl- (FcSe-) Liganden dargestellt. Das elektrochemische Verhalten dieser Verbindungen wurde mittels Cyclovoltammetrie, Square-Wave-Voltammetrie und in situ UV/Vis-NIR-Spektroskopie untersucht. Das drucklose Niedertemperaturfügen von Kupferwerkstoffen und das Generieren dünner MgO- und ZnO-Schichten auf Si-Substraten mittels CVD und Spin-Coating-Prozesse stellen zwei weitere Kernthemen dieser Arbeit dar. Das Niedertemperaturfügen umfasst die Synthese von Ag(I)-Carboxylaten wie [AgO2CCR2OC(O)OMe] (R = H, Me) und deren Verwendung als Basis-Komponenten in der Entwicklung von Fügepasten. Zur Erzeugung von MgO- und ZnO-Schichten wurden Metall-Dialkoholate des Typs [M(OCHMeCH2NMeCH2)2] (M = Mg, Zn) synthetisiert und mit MOCVD- und/oder Spin-Coating-Techniken abgeschieden.

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.

In der vorliegenden Arbeit werden nanopartikelhaltige Suspensionen auf Ag- und Ni-Basis sowie Ag-Precursoren, die während des Erwärmungsprozesses Nanopartikel bilden, bezüglich ihrer Eignung zum Fügen bei niedrigen Temperaturen untersucht. Dabei wird die, im Vergleich zum entsprechenden Massivmaterial, verringerte Schmelz- und Sintertemperatur von Nanopartikeln ausgenutzt. Da nach dem Schmelz- und Sinterprozess der Partikel die thermischen Eigenschaften des Massivmaterials vorliegen, ergibt sich ein großes Potential für die Herstellung hochfester und temperaturbeständiger Verbindungen bei gleichzeitig niedrigen Fügetemperaturen, was für eine Vielzahl von Fügeaufgaben von großem Interesse ist. In der Arbeit wird zunächst eine kommerzielle Ag-Nanopaste insbesondere bezüglich ihres thermischen Verhaltens charakterisiert. In der Folge werden Fügeverbindungen mit Cu-Substraten hergestellt, die in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter bzgl. der Festigkeiten, der Mikrostruktur sowie der Bruchflächen detailliert charakterisiert werden. Dabei zeigt sich, dass insbesondere der Fügedruck einen signifikanten Einfluss auf die erreichbaren Festigkeiten ausübt. Mit hohen Fügedrücken können bei einer Fügetemperatur von 300 °C höhere Verbindungsfestigkeiten als mit einem konventionellen Hartlot auf AgCu-Basis (Löttemperatur: 780 °C) erreicht werden. Weiterhin werden erste Ergebnisse zum Fügen von Stählen mit einer Ni-Nanopaste vorgestellt, mit der hohe Verbindungsfestigkeiten erzielt werden können. Schließlich wird mit Ag-Precursoren eine weitere Klasse möglicher Fügewerkstoffe vorgestellt, die erst während des Erwärmungs- bzw. Fügeprozesses Nanopartikel bilden, was in einer deutlich vereinfachten Handhabbarkeit resultiert. Die Arbeit liefert zudem Ansätze für weitere Forschungstätigkeiten. / In this thesis, Ag- and Ni-based nanoparticle-containing suspensions and Ag precursors, which form nanoparticles during heating, are examined with regard to their suitability for joining at low temperatures. Nanoparticles exhibit a decrease in sintering and melting temperature in comparison to the corresponding bulk material. After melting and sintering of the nanoparticles, the material behaves like the bulk material. Therefore, high-strength and temperature-resistant joints can be produced at low temperatures, which is of great interest for various joining tasks. First, a commercially available Ag nanopaste is characterized in particular regarding to its thermal behavior. Subsequently, joints (substrate: Cu) are prepared with the Ag nanopaste. The influence of different process parameters on the strength behavior of the joints, the microstructure and the fracture surfaces is investigated. It is shown, that in particular the joining pressure exerts an essential influence on the achievable strengths. With high joining pressures, the strengths of conventionally brazed joints (AgCu brazing filler metal, brazing temperature: 780 °C) can be exceeded at a joining temperature of only 300 °C. Furthermore, first results for the joining of steels with a Ni nanopaste are presented, whereby high strengths can be achieved. Finally, with Ag precursors, an additional class of possible joining materials is presented, which form nanoparticles only during heating. This results in a significantly simplified handling. The work also provides approaches for further research activities.

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sollen in kommenden Fahrzeugprojekten in verstärkter Weise zur Reduzierung des Karosseriegewichtes beitragen. Neue Werkstoffe und Einsatzbedingungen erfordern jedoch in gleichem Maße angepasste Konstruktionen und innovative Fügetechnologien. Um die Realisierung der Gewichtseinsparpotenziale in wirtschaftlich attraktiver Weise zu ermöglichen, muss daher die Fügbarkeit von CFK-Stahl-Verbindungen mittels umformtechnischer Prozesse gewährleistet werden. Insbesondere der bisher unbekannte Einfluss von Fügeimperfektionen stellt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Hemmschwelle für den industriellen Einsatz von CFK im Karosseriebau dar. Um sowohl die Einflüsse von Seiten des umformtechnischen Fügens als auch des werkstofflichen Einsatzgebietes CFK zu berücksichtigen, werden im Rahmen dieser Arbeit alle Teilgebiete der Fügbarkeit inklusive der Wechselbeziehungen zwischen Werkstoff, Konstruktion und Fertigung analysiert. Aus dem Verständnis der Fügbarkeit als ganzheitliche, globale Querschnittsfunktion und der damit notwendigen Einbeziehung der Produktentstehungs- und Produktnutzungsprozesse wird zudem eine Ergänzung der Fügbarkeit um den Prozesskettengedanken vorgenommen. Durch analytische und experimentelle Betrachtungen wurde eine auf Regressionsanalysen basierende Methodik, bestehend aus der Einbringung, Quantifizierung und Einflussbewertung von Imperfektionen, entwickelt und validiert. Über diese Methodik kann der Einfluss von Fügeimperfektionen gezielt untersucht und beschrieben werden. Die getätigten Untersuchungen wurden zudem zur Weiterentwicklung geeigneter Fügeverfahren für den Einsatz bei CFK-Mischverbindungen genutzt und die gesammelten Erkenntnisse anschließend in Konstruktionshinweise überführt. Nach der Bewertung aller Herausforderungen, die für das Fügen in der automobilen Prozesskette wesentlich sind, kann die Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen mittels umformtechnischer Prozesse als gegeben betrachtet werden. Somit ergibt sich für CFK als Leichtbauwerkstoff, neben der Luftfahrtindustrie, in der Automobilbranche ein weiteres Einsatzfeld im Transportwesen. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse dienten so auch als Grundlage für den weltweit ersten industriellen Einsatz des Halbhohlstanznietens bei CFK-Stahl-Verbindungen im neuen BMW 7er.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Übertragung der aus der Siliziumtechnologie bekannten Präzision der Strukturierung und die Zuverlässigkeit der Verbindungstechnologie auf andere Materialien wie Kupfer und PMMA. Diese Untersuchung ist auf die Entwicklung der Teiltechnologien Strukturierung und Integration fokussiert und konzentriert sich insbesondere auf die Kombination von Mikrostrukturierung und dreidimensionalen Aufbautechniken einschließlich vertikaler fluidischer Durchkontaktierungen bei den Materialien Silizium, Kupfer und Kunststoff (PMMA). Eine begleitende Charakterisierung und messtechnische Bewertung gestattet die Weiterentwicklung während der Experimentedurchführung und erweitert den Stand der Wissenschaft hinsichtlich der genannten Kombinationen. / The work describes the transfer of well known high precisive and reliable micro technologies for patterning and packaging of Silicon to new materials like Copper and PMMA. This investigation is focused on special patterning technologies and system integration aspects. Furthermore the development of material-dependent micro patterning technologies and multi layer packaging techniques including vertical fluidic interconnects using materials like Silicon, Copper, and PMMA (polymer) is shown. An accompanying characterization and measurement-based evaluation enables the ongoing development while performing experimental analysis. At least a higher state of the art for these complex combinations is reached.

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sollen in kommenden Fahrzeugprojekten in verstärkter Weise zur Reduzierung des Karosseriegewichtes beitragen. Neue Werkstoffe und Einsatzbedingungen erfordern jedoch in gleichem Maße angepasste Konstruktionen und innovative Fügetechnologien. Um die Realisierung der Gewichtseinsparpotenziale in wirtschaftlich attraktiver Weise zu ermöglichen, muss daher die Fügbarkeit von CFK-Stahl-Verbindungen mittels umformtechnischer Prozesse gewährleistet werden. Insbesondere der bisher unbekannte Einfluss von Fügeimperfektionen stellt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Hemmschwelle für den industriellen Einsatz von CFK im Karosseriebau dar. Um sowohl die Einflüsse von Seiten des umformtechnischen Fügens als auch des werkstofflichen Einsatzgebietes CFK zu berücksichtigen, werden im Rahmen dieser Arbeit alle Teilgebiete der Fügbarkeit inklusive der Wechselbeziehungen zwischen Werkstoff, Konstruktion und Fertigung analysiert. Aus dem Verständnis der Fügbarkeit als ganzheitliche, globale Querschnittsfunktion und der damit notwendigen Einbeziehung der Produktentstehungs- und Produktnutzungsprozesse wird zudem eine Ergänzung der Fügbarkeit um den Prozesskettengedanken vorgenommen. Durch analytische und experimentelle Betrachtungen wurde eine auf Regressionsanalysen basierende Methodik, bestehend aus der Einbringung, Quantifizierung und Einflussbewertung von Imperfektionen, entwickelt und validiert. Über diese Methodik kann der Einfluss von Fügeimperfektionen gezielt untersucht und beschrieben werden. Die getätigten Untersuchungen wurden zudem zur Weiterentwicklung geeigneter Fügeverfahren für den Einsatz bei CFK-Mischverbindungen genutzt und die gesammelten Erkenntnisse anschließend in Konstruktionshinweise überführt. Nach der Bewertung aller Herausforderungen, die für das Fügen in der automobilen Prozesskette wesentlich sind, kann die Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen mittels umformtechnischer Prozesse als gegeben betrachtet werden. Somit ergibt sich für CFK als Leichtbauwerkstoff, neben der Luftfahrtindustrie, in der Automobilbranche ein weiteres Einsatzfeld im Transportwesen. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse dienten so auch als Grundlage für den weltweit ersten industriellen Einsatz des Halbhohlstanznietens bei CFK-Stahl-Verbindungen im neuen BMW 7er.:1 EINLEITUNG 2 STAND DER TECHNIK 2.1 Mischbau mit CFK im Karosseriebau 2.2 Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen 2.2.1 Fügeeignung von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 2.2.2 Fügemöglichkeit von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 2.2.2.1 Blindnieten 2.2.2.2 Fließformschrauben 2.2.2.3 Stanznieten mit Halbhohlniet 2.2.2.4 Stanznieten mit Vollniet 2.2.3 Fügesicherheit von FKV-Mischverbindungen im Karosseriebau 3 UNTERSUCHUNGSZIEL UND WISSENSCHAFTLICHER ANSATZ 4 ANALYTISCHE BETRACHTUNGEN UND MODELLBILDUNG 4.1 Fügeeignung 4.1.1 Bauteilimperfektionen 4.1.2 Fügeimperfektionen 4.1.2.1 Klassifizierung von Fügeimperfektionen 4.1.2.2 Entwicklung einer Methodik zur Einbringung von Fügeimperfektionen 4.1.2.3 Analyse der in-plane Schubfestigkeit 4.1.2.4 Analyse der Zugfestigkeit in x-Richtung 4.1.2.5 Analyse der Lochleibungsfestigkeit 4.1.2.6 Analyse des Elementdurchzugversagens 4.1.2.7 Analyse des Verhaltens von mit Klebstoff hybrid gefügten Fügeverbindungen 4.2 Fügemöglichkeit 4.2.1 Blindnieten 4.2.2 Fließformschrauben 4.2.2.1 Parameteruntersuchung: Bit-Kraft und Drehzahl 4.2.2.2 Parameteruntersuchung: Anzugsmoment 4.2.2.3 Parameteruntersuchung: Vorlochdurchmesser 4.2.2.4 Elemententwicklung 4.2.3 Stanznieten mit Halbhohlniet 4.2.4 Stanznieten mit Vollniet 4.2.5 Delta-Alpha-Problematik 4.3 Fügesicherheit 4.3.1 Analyse des Scherbruchversagens 4.3.2 Verhalten unter verschiedenen Belastungszuständen 5 EXPERIMENTELLE BETRACHTUNGEN 5.1 Untersuchungsmethodik 5.1.1 Versuchswerkstoffe 5.1.2 Fügeelemente 5.1.3 Probengeometrien 5.1.4 Fügeeinrichtungen 5.1.5 Prüfmethoden 5.2 Fügeeignung 5.2.1 Bauteilimperfektionen 5.2.2 Fügeimperfektionen 5.2.2.1 Validierung einer zerstörungsfreien Prüfmethodik 5.2.2.2 Validierung der entwickelten Methodik zur Einbringung von Fügeimperfektionen 5.2.2.3 Auswirkungen auf die in-plane Schubfestigkeit 5.2.2.4 Auswirkungen auf die Zugfestigkeit in x-Richtung 5.2.2.5 Auswirkungen auf die Lochleibungsfestigkeit 5.2.2.6 Auswirkungen auf das Elementdurchzugversagen 5.2.2.7 Auswirkungen auf das Verhalten von mit Klebstoff hybrid gefügten Verbindungen 5.3 Fügemöglichkeit 5.3.1 Fließformschrauben 5.3.1.1 Parameteruntersuchung: Bit-Kraft und Drehzahl 5.3.1.2 Parameteruntersuchung: Anzugsmoment 5.3.1.3 Parameteruntersuchung: Vorlochdurchmesser 5.3.1.4 Elemententwicklung 5.3.2 Stanznieten mit Halbhohlniet 5.3.2.1 Parameteruntersuchungen 5.3.2.2 Elemententwicklung 5.3.3 Stanznieten mit Vollniet 5.4 Fügesicherheit 5.4.1 Experimentelle Analyse des Scherbruchversagens 5.4.2 Verhalten unter quasistatischer Belastung 5.4.2.1 Verhalten bei Raumtemperatur 5.4.2.2 Verhalten bei verschiedenen Einsatztemperaturen 5.4.3 Verhalten unter dynamischer Belastung 5.4.3.1 Verhalten unter dynamisch crashartiger Belastung 5.4.3.2 Verhalten unter dynamisch zyklischer Belastung 5.4.4 Verhalten unter korrosiver Belastung 5.5 Ableitung von Konstruktionsrichtlinien 6 FÜGBARKEIT VON CFK-MISCHVERBINDUNGEN IM KAROSSERIEBAU 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

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.

Quenching and partitioning (Q&P) steels show a good balance between strength and ductility due to a special heat treatment that allows to adjust a microstructure of martensite with a fraction of stabilized retained austenite. The final heat treatment step is performed at low temperatures. Therefore, joining of Q&P steels is a big challenge. On the one hand, a low joining temperature is necessary in order not to influence the adjusted microstructure; on the other hand, high joint strengths are required. In this study, joining of Q&P steels with Ag nanoparticles is investigated. Due to the nano-effect, high-strength and temperature-resistant joints can be produced at low temperatures with nanoparticles, which meets the contradictory requirements for joining of Q&P steels. In addition to the Ag nanoparticles, activating materials (SnAg and Sn) are used at the interface to achieve an improved bonding to the steel substrate. The results show that the activating materials play an important role in the successful formation of joints. Only with the activating materials, can joints be produced. Due to the low joining temperature (max. 237 °C), the microstructure of the Q&P steel is hardly influenced.

Von der Professur Montage- und Handhabungstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz wird seit 2009 das jährliche Simulationsanwendertreffen SAXSIM organisiert. Ausgewählte Beiträge werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. Das 9. Anwendertreffen SAXSIM fand am 28.03.2017 an der TU Chemnitz statt. / The Chair of Assembly and Handling Technology, which belongs to the Faculty of Mechanical Engineering, has organized the annual simulation user meeting SAXSIM since 2009.  Select contributions will be published in conference proceedings.  The 9th SAXSIM user meeting took place at Technische Universität Chemnitz on March 28, 2017.