Der vermehrte Einsatz hochfester Stähle in der Mobilität sowie die Nutzung elektrischer Antriebe stellen wesentliche Maßnahmen zur Reduktion von Emissionen dar. Aufgrund der Materialeigenschaften lassen sich nur begrenzte Umformgrade und Bauteilgeometrien herstellen. Zu deren Erweiterung wird in dieser Arbeit die elektrische Widerstandserwärmung für die Bearbeitung von Blechbauteilen am Beispiel hochfester Bleche und metallischer Bipolarplatten für Brennstoffzellen entwickelt. Die Warmumformung hat sich für die Bearbeitung von Blechwerkstoffen als Verfahren für hohe Umformgrade etabliert, jedoch ist die Erwärmung nach Stand der Technik mit einer langen Prozessdauer verbunden. Es besteht Entwicklungsbedarf für innovative Technologien zur schnellen und energieeffizienten Erwärmung von Blechbauteilen, die zur wirtschaftlichen Fertigung in Hochvolumenprozesse integrierbar sind. Das grundsätzliche Potenzial der elektrischen Widerstandserwärmung, Bleche lokal in kurzer Zeitdauer zu erwärmen, wird in einer analytischen Berechnung sowie numerischen Simulation überprüft. Zur experimentellen Validierung wird ein Grundlagenprüfstand entwickelt, mit dem die gekoppelte thermo-mechanische Bearbeitung erfolgt. Die Optimierung der Qualität von Schnittflächen und die Erweiterung des rissfrei formbaren Aspektverhältnisses beim Kragenziehen wird bewertet und nachgewiesen. Nach der Erbringung des Machbarkeitsnachweises der Technologie wird die Widerstandserwärmung als Modul in ein Folgeverbundwerkzeug integriert. Unter industrienahen Fertigungsbedingungen wird die Erweiterung des Umformgrades durch die lokale Erwärmung am Beispiel des Kragenziehens bestätigt. Zur weiteren technologischen Bewertung wird das Verfahren auf andere Werkstoffe und Erwärmungsgeometrien in Form von metallischen Bipolarplatten für Brennstoffzellenanwendungen übertragen. Durch optimierte Geometrieverhältnisse im Strömungskanal kann eine höhere Effizienz im Betrieb erreicht werden. Zur Validierung der Eignung des Verfahrens wird ein Prüfstand bestehend aus einer Erwärmungseinheit und einer Presse aufgebaut und die Machbarkeit erfolgreich demonstriert. Mit den erreichten Ergebnissen werden die beiden Forschungsfragen nach einer höheren Bauteilqualität und erweiterten Umformgraden bei hochfesten Werkstoffen sowie einer Vergrößerung der rissfrei formbaren Kanaltiefe bei metallischen Bipolarplatten erfolgreich beantwortet.
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Autor Müller, Clemens
Gewicht 0.248 kg
Erscheinungsdatum 16.10.2023
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Produktionsmaschinen

Müller, Clemens

Elektrische Widerstandserwärmung von Blechwerkstoffen zur Steigerung der Umformbarkeit

ISBN: 978-3-98555-175-0
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Kurzbeschreibung

Zur Erweiterung der Umformgrade bei der Bearbeitung von hochfesten Werkstoffen sowie von Komponenten für Brennstoffzellen wird in dieser Arbeit die elektrische Widerstandserwärmung entwickelt und in einen industrienahen Fertigungsprozess integriert. Die Untersuchung erfolgt auf Basis analytischer Berechnungen, numerischer Simulationen und experimenteller Validierungen. Die Ergebnisse bestätigen das Potenzial der Technologie sowie die Eignung der entwickelten Prüfstände und Werkzeuge.

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