Modellierung des Werkzeugverschleißes bei der Quarzglasumformung (E-Book)

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2-3 Tage
Autor:
Grunwald, Tim
ISBN
978-3-86359-981-2
39,00 €
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Quick Overview

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Optiken aus Quarzglas sind wichtige Komponenten der optischen Industrie. Das Fertigungsverfahren des isothermen Präzisionsblankpressens kann dem Wunsch nach komplex geformten Optiken in großen Stückzahlen nachkommen. Jedoch stellt der Verschleiß der Formwerkzeuge eine signifikante Hürde des Prozesses dar. Die vorliegende Dissertation setzt an diesem Punkt an, ergründet eingehend die Mechanismen der Werkzeugschädigung und stellt ein statistisches Modell zur Vorhersage der Werkzeugstandzeit vor.

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Die Optik ist eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Sie ermöglicht eine Vielzahl von Produkten in den verschiedensten Endverbraucherbranchen – von nachhaltiger Energietechnik, über digitale sowie reale Medizin und Sicherheit, bis hin zu intelligenten Verkehrs- und Kommunikationssystemen. Quarzglas als hochbelastbarer Werkstoff zur Laserstrahlformung oder zur optischen Kommunikation nimmt eine unersetzliche Rolle in der Zukunft der Optik ein. Konventionelle Fertigungsverfahren zur Herstellung von Quarzglas-Optiken, bspw. Schleifen und Polieren, stoßen zunehmend an Effizienz- und Komplexitätsgrenzen hinsichtlich einer Skalierbarkeit der Fertigung respektive der Herstellung komplexer Geometrien. Das Präzisionsblankpressen von Quarzglas zu präzisen Optiken kann diese Grenzen überwinden, steht jedoch selbst vor Herausforderungen, die eine industrielle Verbreitung des Verfahrens verwehren. Dazu zählt vorrangig der Verschleiß der Formwerkzeuge, welcher durch die extremen Prozessbedingungen wie Temperaturen von bis zu 1400 °C und hohen Umformspannungen, hervorgerufen wird. Ein Werkzeugwerkstoff, welcher dem Anforderungsprofil gerecht wird, ist Glaskohlenstoff. Wissenschaftliche Arbeiten der jüngeren Vergangenheit leisteten Pionierarbeit in der Qualifizierung und Untersuchung des Verschleißverhaltens von Glaskohlenstoff während der Quarzglasumformung. Die vorliegende Arbeit schließt an diese Vorarbeiten an und erweitert bestehende Erkenntnisse. Dabei steht die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Präzisionsblankpressens von Quarzglas im Fokus der Arbeit. Angefangen von Bearbeitungsversuchen und -analysen von Glaskohlenstoff zum Einsatz als Umformwerkzeug, über die Umformung und die Beobachtung des Schädigungsfortschritts, bis hin zur tiefgehenden messtechnischen Qualifikation der Defekte. Das Wissen über die Interaktion des Werkzeugs und des Glaswerkstoffs vor dem Hintergrund der Schädigung kann signifikant ausgebaut und in Form von fünf Schädigungsinterpretationen kategorisiert werden. Darüber hinaus wird ein statistisches Simulationsmodell aufgebaut, welches erstmals eine quantitativ hinreichend genaue Modellierung der Defekte ermöglicht. Aufbauend auf der Beschreibung was im Prozess passiert, werden vier Abhilfemaßnahmen präsentiert, wie die Schädigung während der Quarzglasumformung reduziert werden kann. Mit den erzielten Fortschritten werden wichtige Voraussetzungen geschaffen, um die Umformung von Quarzglas in die industrielle Wertschöpfung zu überführen.

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Autor Grunwald, Tim
Gewicht 0.261 kg
Erscheinungsdatum 17.06.2021
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Die Optik ist eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Sie ermöglicht eine Vielzahl von Produkten in den verschiedensten Endverbraucherbranchen – von nachhaltiger Energietechnik, über digitale sowie reale Medizin und Sicherheit, bis hin zu intelligenten Verkehrs- und Kommunikationssystemen. Quarzglas als hochbelastbarer Werkstoff zur Laserstrahlformung oder zur optischen Kommunikation nimmt eine unersetzliche Rolle in der Zukunft der Optik ein. Konventionelle Fertigungsverfahren zur Herstellung von Quarzglas-Optiken, bspw. Schleifen und Polieren, stoßen zunehmend an Effizienz- und Komplexitätsgrenzen hinsichtlich einer Skalierbarkeit der Fertigung respektive der Herstellung komplexer Geometrien. Das Präzisionsblankpressen von Quarzglas zu präzisen Optiken kann diese Grenzen überwinden, steht jedoch selbst vor Herausforderungen, die eine industrielle Verbreitung des Verfahrens verwehren. Dazu zählt vorrangig der Verschleiß der Formwerkzeuge, welcher durch die extremen Prozessbedingungen wie Temperaturen von bis zu 1400 °C und hohen Umformspannungen, hervorgerufen wird. Ein Werkzeugwerkstoff, welcher dem Anforderungsprofil gerecht wird, ist Glaskohlenstoff. Wissenschaftliche Arbeiten der jüngeren Vergangenheit leisteten Pionierarbeit in der Qualifizierung und Untersuchung des Verschleißverhaltens von Glaskohlenstoff während der Quarzglasumformung. Die vorliegende Arbeit schließt an diese Vorarbeiten an und erweitert bestehende Erkenntnisse. Dabei steht die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Präzisionsblankpressens von Quarzglas im Fokus der Arbeit. Angefangen von Bearbeitungsversuchen und -analysen von Glaskohlenstoff zum Einsatz als Umformwerkzeug, über die Umformung und die Beobachtung des Schädigungsfortschritts, bis hin zur tiefgehenden messtechnischen Qualifikation der Defekte. Das Wissen über die Interaktion des Werkzeugs und des Glaswerkstoffs vor dem Hintergrund der Schädigung kann signifikant ausgebaut und in Form von fünf Schädigungsinterpretationen kategorisiert werden. Darüber hinaus wird ein statistisches Simulationsmodell aufgebaut, welches erstmals eine quantitativ hinreichend genaue Modellierung der Defekte ermöglicht. Aufbauend auf der Beschreibung was im Prozess passiert, werden vier Abhilfemaßnahmen präsentiert, wie die Schädigung während der Quarzglasumformung reduziert werden kann. Mit den erzielten Fortschritten werden wichtige Voraussetzungen geschaffen, um die Umformung von Quarzglas in die industrielle Wertschöpfung zu überführen.

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Institut für Industriekommunikation und Fachmedien (IIF) GmbH an der RWTH Aachen

Steinbachstr. 25
52074 Aachen
Deutschland