Um einen effizienten und wirtschaftlichen Ressourceneinsatz zu gewährleisten, sollte in der Fertigungstechnik für jede Anwendung der ideale Werkstoff ausgewählt werden. Da die meisten technischen Strukturen aus mehr als einer Komponente bestehen, stellt sich die Herausforderung, ungleiche Materialien durch geeignete Fügetechnologien zu verbinden. Kollisionsschweißverfahren wie das Magnetpulsschweißen (MPW) können eine Alternative zu herkömmlichen Schmelzschweißverfahren sein. Beim MPW entstehen Schweißnähte durch eine Hochgeschwindigkeitskollision ohne übermäßige Erwärmung der Fügepartner.
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse des MPW von Rohren mittels elektromagnetischer Kompression aus umformtechnischer Sicht. Dies umfasst eine Untersuchung der sequenziellen Prozessstufen "freie Kompression" und "Kollision". Bei der freien elektromagnetischen Kompression von Aluminiumrohren können Falten entstehen, die sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf den MPW-Prozess haben können.
Die Kollisionsbedingungen eines dünnwandigen Aluminium-Flyerteils mit einem Stahlzylinder sind durch die radialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten und den Kollisionswinkel gekennzeichnet. Unterschiede zwischen verschiedenen MPW-Aufbauten werden aufgedeckt und auf Unterschiede in den Schwingkreisen verschiedener Pulsgeneratoren zurückgeführt. Abschließend wird der Einfluss von dünnwandigen inneren Fügepartnern untersucht. Unerwünschte Verformungen können durch optische Messungen erkannt oder analytisch berechnet werden. Eine Reduzierung dieser Deformationen wird durch wiederverwendbare Einsätze aus Kunststoff erreicht, die die Herstellung von leichten Multimaterialverbindungen ermöglichen.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Die Etablierung elektromagnetischer Umformverfahren im industriellen Umfeld erfordert eine hohe und berechenbare Werkzeugstandzeit. Diese wird insbesondere im Dauerbetrieb nicht nur durch mechanische, sondern auch durch thermische Belastungen beeinflusst. Ursächlich für die Spulenerwärmung sind die Stromwärmeverluste in der Werkzeugspule. Mit einem Anteil von bis zu 50 % stellt diese Komponente den dominanten Verlustmechanismus in der Energiewandlungskette dar. Aufgrund dieser Bedeutung für die Spulenbelastung und die Prozesseffizienz stehen die Verluste in der Werkzeugspule im Fokus dieser Arbeit. Das Ziel umfasst die physikalische Beschreibung der Spulenverluste und die Entwicklung technologischer Ansätze zur Verlustreduzierung.
Durch die analytischen Berechnungsmodelle für die Stromwärmeverluste in der Werkzeugspule wird der Einfluss von Geometrie-, Werkstoff- und Prozessparametern aufgezeigt. Die wesentliche Erweiterung zum gegenwärtigen Stand der Kenntnisse ergibt sich aus der Berücksichtigung zeitabhängiger Effekte. Hierzu zählen neben dem transienten Entladestrom auch die fortschreitende Erwärmung der Spule während der Entladung sowie die veränderliche Spaltweite zwischen Spule und Werkstück infolge der Umformung.
Der Einsatz hybrider Druckleiter und die Entwicklung eines rekuperationsfähigen Pulsgeneratorkonzeptes erfolgen mit dem Ziel reduzierter Spulenverluste. Durch den hybriden Leiteraufbau aus Stahl und Kupfer soll die Stromdichteverteilung im Leiterquerschnitt beeinflusst werden. Die Entwicklung eines neuartigen Pulsgeneratorkonzeptes zielt hingegen auf die Beeinflussung des zeitlichen Entladestromverlaufes ab. Durch einen modifizierten Schwingkreisaufbau soll die Entladung auf eine einzelne Stromhalbwelle reduziert werden.
Aktualisiert: 2020-01-15
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