• Hildmann, Christian
• Reschke, Gregor
• Kalich, Jan
• Füssel, Uwe
• Schlegel, Stephan
• Kiefer, Jörg

Abstract

Clinchen ist ein bewährtes Fügeverfahren in der blechverarbeitenden Industrie wie z. B. im Karosseriebau. Bisher wurde diese Verbindungsart vorwiegend für rein mechanische Aufgaben eingesetzt. Durch die Elektrifizierung des Individualverkehrs kommen vermehrt Einsatzgebiete hinzu, in denen auch Ströme über die Verbindung geführt werden. Das Clinchen bietet dabei Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren. Die Fügepartner werden ohne zusätzliches Verbindungselement gefügt. Durch den hohen Umformungsgrad und die Relativbewegung zwischen den Fügepartner während des Fügens werden die vorhandenen Fremdschichten aufgebrochen, wodurch zahlreiche metallische Mikrokontakten entstehen und ein geringer Kontaktwiderstand erzeugt wird. Es entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung, die zusätzlich gasdicht sein kann. Damit kann dieses Fügeverfahren unter bestimmten Randbedingungen auch bei Werkstoffkombinationen eingesetzt werden, die nur gasdicht einen langzeitstabilen elektrischen Kontakt ermöglichen, wie z. B. Aluminium-Kupfer-Verbindungen. In vorangegangenen Untersuchungen wurde das Kontaktverhalten von Clinchverbindungen im Neuzustand sowie deren Langzeitverhalten bei elektrisch-thermischer Belastung unter normalen Betriebsströmen betrachtet. Dabei wurde zwischen Dauerstrom- und zyklischer Strombelastung unterschieden. Diese Untersuchungen dienten dazu die für den dauerhaften Betrieb maximal zulässigen Temperatur der Verbindungen zu ermitteln. In den Langzeitversuchen wurde die Grenztemperatur von Clinchverbindungen mit Leitern aus Aluminiumlegierungen in einem Bereich von 80 °C bis 120 °C ermittelt. Clinchverbindungen aus Kupfer können bis zu einer Temperatur von 120 °C langzeitstabil betrieben werden [3], [4]. Das Verhalten der stromführenden Clinchverbindungen bei Belastung mit hohen Kurzzeitströmen, wie sie im Fehlerfall auftreten, ist bisher unzureichend betrachtet. Die Stromstärke kann das 10- bis 20-fache des Nennstroms betragen, bei Belastungsdauern im Bereich von Millisekunden bis Sekunden. Dabei wird die Verbindung kurzzeitig sehr hoch thermisch sowie abhängig von der Legung mechanisch durch elektromagnetische Kräfte belastet. Im Rahmen des Beitrags wird vorgestellt, wie sich Kurzzeitströme auf Clinchverbindungen mit gleichen und unterschiedlichen Leiterwerkstoffen auswirken. Neue und vorgealterte Verbindungen wurden dazu mit Kurzzeitströmen belastet. Die Änderung des Verbindungswiderstands und entsprechend des Gütefaktors werden mit den höchsten Temperaturen und den Kenngrößen der Kurzzeitströme korreliert. Ansätze zum Interpretieren der Versuchsergebnisse werden vorgestellt und diskutiert.

Topics

• aluminium