In der blechverarbeitenden Industrie ist in den letzten Jahrzehnten der zunehmende Einsatz organisch bandbeschichteter Bleche zu verzeichnen. Diese so genannten Coil Coating-Werkstoffe werden derzeit vorwiegend im Baubereich für Fassaden und Innenausstattungen, für Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik sowie zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt. Neuerdings sind Coil Coating-Werkstoffe verfügbar, die aus vier Schichten bestehen und vor allem den ästhetischen Anforderungen der Automobilindustrie für den Außenhautbereich entsprechen. Sie sind eines von vielen Puzzleteilen zur Komplettierung des Gesamtbildes von zukünftigen modernen Fahrzeugkonzepten wie z.B. Modulbauweisen, weil sie die teure Stückbeschichtung bei der Produktion einsparen und somit durch Wegfall von Fertigungsstufen eine Kostenreduzierung erreicht werden kann. Beim Einsatz von neuen Coil Coating-Werkstoffen mit Schichtdicken bis 100 μm ist auf eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zu achten. Die zum Fügen von Feinblechen etablierten thermischen Fügeverfahren sind aufgrund der Entstehung von Oberflächenschädigungen nicht anwendbar. Als ökonomische und technologische Fügealternative bietet sich hier das Durchsetzfügen oder Clinchen insbesondere mit der Unterstützung von Wirkmedien an. Jedoch bestehen erhebliche Kenntnisdefizite zum Clinchen organisch bandbeschichteter Feinbleche mit Gesamtschichtdicken größer als 30 μm. Handlungsbedarf resultiert aus den negativen Auswirkungen des Fügeprozesses auf die Beschichtungen und auf die qualitätsbestimmenden Eigenschaften der gefertigten Verbindung. Diese Arbeit soll einen Beitrag zur Erweiterung des Kenntnisstands für das schädigungsfreie Clinchen von organisch beschichteten Blechen leisten. Ziel ist es, ein Clinchverfahren zu entwickeln, das organisch endbeschichtetes Feinblech bei guter Verbindungsfestigkeit schädigungsfrei fügt. Hierzu sind folgende Punkte erarbeitet worden: -In einem ersten Schritt wurde der Stand der Technik zu Coil Coating-Werkstoffen und die Problemstellung beim Clinchen von vorbeschichteten Blechen. -Im nächsten Schritt sind als Ausgangssituation der Arbeit Referenzwerte zur Lackschädigung beim Clinchen von endlackierten Blechen mit konventionellen Clinchwerkzeugen erarbeitet worden. Es zeigt sich, dass mit konventionellen Clinchverfahren Verbindungen mit akzeptabler Festigkeit und guter ästhetischer Erscheinung nicht herstellbar sind. -Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden neue Ansätze zum schädigungsfreien Clinchen vorgestellt, die auf wirkmedienunterstützte Umformverfahren basieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Reduzierung von lokalen Dehnungen und der Reibung während des Clinchens sowie auf der Verbesserung des Werkstoffflusses durch die Minimierung des Werkzeug-Werkstoffkontaktes. Die vorgestellten Lösungsansätze zu Änderungen an der Werkzeuggeometrie und am Clinchverfahren selbst durch den Einsatz von elastischen und flüssigen Wirkmedien werden begleitend mit der Finite-Elemente-Simulation überprüft. -In weiteren praktischen Untersuchungen an einer neu entwickelten Versuchsanlage sind die numerischen Ergebnisse verifiziert worden. Das Clinchen mit flüssigen Wirkmedien zeigt sich dabei als ein gut geeignetes Verfahren zum Fügen mit akzeptabler und deutlich reduzierter Lackschädigung bei guter Verbindungsfestigkeit. -Die Kenntnis von Dehnungszuständen und deren Vergleich mit den sichtbaren Schädigungen auf den Oberflächen ermöglichen die Erschließung der Vorteile aus der Kombination von hydraulischer Tiefung und dem mechanischen Stauchen. In der vorliegenden Arbeit sind neue Lösungsansätze zum Clinchen von Coil Coating-Werkstoffen mit geringsten Oberflächenschädigungen unter Verwendung von Wirkmedien vorgestellt und erläutert worden. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen eine Möglichkeit auf, Coil Coating-Werkstoffe schädigungsarm und prozesssicher zu fügen. Die Lösungsansätze und Erkenntnisse dieser Arbeit sollen die Generierung von neuen Perspektiven für die Anwendung von Coil Coating-Werkstoffen unterstützen. Das Ergebnis lässt erwarten, dass in Zukunft neue Schritte auf dem Weg zum Einsatz von endlackiertem getätigt werden können, weil ein sicheres und robustes Fügeverfahren für die Produktion zur Verfügung gestellt werden kann.

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.