Eis auf metallischen Oberflächen schränkt in vielen Anwendungen die Funktion ein oder führt zu zum Teil sicherheitsrelevanten Ausfällen. In vielen Anwendungen ist ein Entfernen des Eises von der metallischen Oberfläche erforderlich. Mechanische Enteisungen mit Schabern oder Kratzern erfordern einen hohen Antriebsenergieaufwand und unterliegen Verschleiß. Thermische oder thermodynamische Enteisungen lösen das Eis durch eine Phasenumwandlung zu Wasser. Der Energieaufwand oder die Menge des Lösungsmittels hängen von der aufzuschmelzenden Schichtdicke des Eises ab. Wird das Metall mit einer hohen Wärmestromdichte erwärmt, bildet sich eine dünne Wasserschmelzschicht zwischen dem Eis und dem Metall, wodurch das Eis leicht von der Oberfläche gelöst werden kann.
Der Einsatz hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder zur induktiven Erwärmung des Metalls erzeugt eine frequenzabhängige dünne Erwärmungsschicht. Die als Skin Effekt bekannte Methode wird zur energieoptimierten Enteisung in dieser Arbeit untersucht.
Ein mögliches Anwendungsgebiet der induktiven Eisablösung ist der Einsatz in Ice Slurry Anlagen zur Erzeugung des Eisbreies. In den sekundären Kältesystemen werden überwiegende schabende Methoden zur Eisbreierzeugung eingesetzt. Der Energieaufwand zur Eisbreierzeugung stellt derzeit das größte Hemmnis für Eisbreianlagen dar. Die induktive Eisablösung kann den Energieeintrag für vergleichbare schabende Elemente um bis zu 89 % reduzieren.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die Presshärtetechnologie gewann in den letzten Jahren in der Automobilindustrie aufgrund steigender Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Leichtbau zunehmend an Bedeutung. Hierfür kommen meist Mangan-Bor-Stähle zum Einsatz, die im Lieferzustand gut umformbar sowie anschließend durchhärtbar sind. Durch die mit hohen Abkühlraten einhergehende Umwandlung des austenitischen Gefüges in Martensit lassen sich je nach Werkstoff Bauteile mit Festigkeiten von bis zu 2000 MPa herstellen. Zudem weisen beanspruchungsgerechte sowie steifigkeitsoptimierte Leichtbaustrukturen zunehmend eine profilintensive Bauweise auf, sodass für die Verarbeitung dieses Werkstoffes effiziente Verarbeitungstechnologien bereitgestellt werden müssen. Die vorliegende Arbeit soll das Anwendungspotenzial des Walzprofilierens mit integrierter Wärmebehandlung aufzeigen und Hemmnisse bezüglich des industrielle Einsatzes abbauen.
In Anlehnung an den indirekten Presshärteprozess wird zunächst eine Vorformung durch Kaltprofilieren und anschließend eine Wärmebehandlung parallel zur Bauteilkalibrierung realisiert, sodass maßhaltige Bauteile mit hoher Festigkeit sowie lokal definierten mechanischen Eigenschaften herstellbar sind. Als Technologieträger dient ein Hutprofil, dessen Form einem Längsträger nachempfunden ist. Um die Vor- und Nachteile der Technologie aufzuzeigen, wird die Wirkung verschiedener Einflussparameter mittels experimenteller und simulativer Methoden systematisch untersucht und dokumentiert.
Aktualisiert: 2023-01-19
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In dieser Arbeit wird der hochfrequente induktive Schweißprozess von plattierten Rohren mit Hilfe numerischer Modellierung untersucht. Neben dem Einsatz der klassischen Einfrequenzerwärmung findet die Anwendung der simultanen Zweifrequenz statt. Es werden Lösungen für den induktiven Schweißprozess mit verschiedenen Materialkombinationen bei unterschiedlichen Wandstärken vorgestellt.
Für das Einfrequenz-Schweißverfahren wird die Stromfrequenz-Geschwindigkeits-Fügekurve für jede Werkstoffkombination bestimmt. Die Stabilität der gefundenen Arbeitspunkte wird mit einem vorgestellten Ansatz berechnet.
Für die zweifrequente Erwärmung werden für jede Werkstoffkombination die erforderlichen Leistungsanteile berechnet. Es werden einige Vor- und Nachteile der Anwendung der simultanen Zweifrequenz auf die Erwärmung präsentiert.
Anhand eines vorgestellten Ansatzes können die Lösungen unter den energetischen Kriterien des Nutzungsgrades miteinander verglichen werden.
Aktualisiert: 2022-01-19
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In den letzten Jahren ist eine stetige Steigerung der Bedeutung von Profilen als Konstruktionselement zu verzeichnen. Vor allem Hohlprofile werden aufgrund deren großen Anpassungsfähigkeit bezüglich Flächenträgheitsmomente im Automobilbau oder in der Baubranche eingesetzt. Dabei stellt das Walzprofilieren das dominierende Fertigungsverfahren zur Herstellung von Hohlprofilen dar. Das praktisch unveränderte technologische Wirkprinzip des Fertigungsverfahrens erfährt durch die Integration einer flexiblen, lokal begrenzten Erwärmungseinrichtung und einer nachgelagerten Abkühlstrecke eine Weiterentwicklung, indem maßgeschneiderte profilförmige Bauteile mit einer über den Profilquerschnitt homogenen Festigkeitssteigerung bzw. mit gradierten Eigenschaften in Längs- und Querrichtung realisiert werden können.
Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Auswirkung der induktiven Erwärmung beim Austenitisieren eines walzprofilierten Erzeugnisses vor dem Abschrecken auf seine mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur. Die Ausführungen umfassen eine Darlegung des Einflusses der schnellen induktiven Erwärmung auf die Gefügeentwicklung, die Einleitung der Entfestigungsprozesse sowie auf erzeugte Eigenspannungen. Anhand der erzielten Ergebnisse wird eine Empfehlung zur Auslegung des Prozessfensters gegeben.
Aktualisiert: 2022-09-01
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In dieser Arbeit wird der hochfrequente induktive Schweißprozess von plattierten Rohren mit Hilfe numerischer Modellierung untersucht. Neben dem Einsatz der klassischen Einfrequenzerwärmung findet die Anwendung der simultanen Zweifrequenz statt. Es werden Lösungen für den induktiven Schweißprozess mit verschiedenen Materialkombinationen bei unterschiedlichen Wandstärken vorgestellt.
Für das Einfrequenz-Schweißverfahren wird die Stromfrequenz-Geschwindigkeits-Fügekurve für jede Werkstoffkombination bestimmt. Die Stabilität der gefundenen Arbeitspunkte wird mit einem vorgestellten Ansatz berechnet.
Für die zweifrequente Erwärmung werden für jede Werkstoffkombination die erforderlichen Leistungsanteile berechnet. Es werden einige Vor- und Nachteile der Anwendung der simultanen Zweifrequenz auf die Erwärmung präsentiert.
Anhand eines vorgestellten Ansatzes können die Lösungen unter den energetischen Kriterien des Nutzungsgrades miteinander verglichen werden.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Diese Arbeit befasst sich mit der schnellen und homogenen Erwärmung von Metall-Kunststoff-Verbundbauteilen. Als Grundlage werden zunächst mögliche Erwärmungsverfahren für solche Verbundbauteile untersucht und untereinander verglichen. Im Bereich der direkten Erwärmungsverfahren werden die induktive und die dielektrische Erwärmung betrachtet. Aus dem Bereich der indirekten Verfahren kommen noch die konvektive Erwärmung und die Kontakterwärmung hinzu. Aufbauend auf den Ergebnissen wird ein neuartiger Hybrid-Erwärmungsprozess vorgestellt. Dieser besteht aus der Kopplung der induktiven und der dielektrischen Erwärmung. Für den neuen hybriden Prozess wird zunächst ein Simulationsmodell entwickelt. Anschließend wird der Prozess durch numerische Simulation anhand eines beispielhaften Musterbauteils ausgelegt. Die simulierten Ergebnisse werden zum Schluss mit den Ergebnissen, die anhand eines realen Versuchsaufbau ermittelt wurden, verifiziert.
Aktualisiert: 2020-02-28
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Diese Arbeit befasst sich mit der schnellen und homogenen Erwärmung von Metall-Kunststoff-Verbundbauteilen. Als Grundlage werden zunächst mögliche Erwärmungsverfahren für solche Verbundbauteile untersucht und untereinander verglichen. Im Bereich der direkten Erwärmungsverfahren werden die induktive und die dielektrische Erwärmung betrachtet. Aus dem Bereich der indirekten Verfahren kommen noch die konvektive Erwärmung und die Kontakterwärmung hinzu. Aufbauend auf den Ergebnissen wird ein neuartiger Hybrid-Erwärmungsprozess vorgestellt. Dieser besteht aus der Kopplung der induktiven und der dielektrischen Erwärmung. Für den neuen hybriden Prozess wird zunächst ein Simulationsmodell entwickelt. Anschließend wird der Prozess durch numerische Simulation anhand eines beispielhaften Musterbauteils ausgelegt. Die simulierten Ergebnisse werden zum Schluss mit den Ergebnissen, die anhand eines realen Versuchsaufbau ermittelt wurden, verifiziert.
Aktualisiert: 2020-08-20
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Aktualisiert: 2022-10-22
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Eis auf metallischen Oberflächen schränkt in vielen Anwendungen die Funktion ein oder führt zu zum Teil sicherheitsrelevanten Ausfällen. In vielen Anwendungen ist ein Entfernen des Eises von der metallischen Oberfläche erforderlich. Mechanische Enteisungen mit Schabern oder Kratzern erfordern einen hohen Antriebsenergieaufwand und unterliegen Verschleiß. Thermische oder thermodynamische Enteisungen lösen das Eis durch eine Phasenumwandlung zu Wasser. Der Energieaufwand oder die Menge des Lösungsmittels hängen von der aufzuschmelzenden Schichtdicke des Eises ab. Wird das Metall mit einer hohen Wärmestromdichte erwärmt, bildet sich eine dünne Wasserschmelzschicht zwischen dem Eis und dem Metall, wodurch das Eis leicht von der Oberfläche gelöst werden kann.
Der Einsatz hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder zur induktiven Erwärmung des Metalls erzeugt eine frequenzabhängige dünne Erwärmungsschicht. Die als Skin Effekt bekannte Methode wird zur energieoptimierten Enteisung in dieser Arbeit untersucht.
Ein mögliches Anwendungsgebiet der induktiven Eisablösung ist der Einsatz in Ice Slurry Anlagen zur Erzeugung des Eisbreies. In den sekundären Kältesystemen werden überwiegende schabende Methoden zur Eisbreierzeugung eingesetzt. Der Energieaufwand zur Eisbreierzeugung stellt derzeit das größte Hemmnis für Eisbreianlagen dar. Die induktive Eisablösung kann den Energieeintrag für vergleichbare schabende Elemente um bis zu 89 % reduzieren.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Die Anpassung der Implantatsteifigkeit während des Heilungsprozesses stellt ein vielversprechendes Konzept zur positiven Beeinflussung der Knochenheilung dar. Unter Berücksichtigung von biologischen Heilungsmechanismen und der speziellen Eigenschaften von Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen wurden im Rahmen dieser Arbeit adaptive, steifigkeitsvariable Implantate entwickelt und geprüft. Die Fertigung der Implantate erfolgte durch laserbasierte Schneid- und Schweißverfahren, die detailliert untersucht wurden. Im Hinblick auf die Beeinflussung der Knochenheilung wurde nachgewiesen, dass sich mit den entwickelten Implantaten sowohl eine Erhöhung (inverse Dynamisierung) als auch eine Verringerung der Biegesteifigkeit (Dynamisierung) realisieren lässt. Experimentelle Studien konnten die Funktionstauglichkeit einer berührungslosen Auslösung der Steifigkeitsänderung mittels kurzzeitiger induktiver Erwärmung der Implantate in vivo zeigen. Das entwickelte Implantatkonzept eröffnet die Möglichkeit einer nachträglichen Anpassung der mechanischen Implantateigenschaften ohne zweiten operativen Eingriff.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und numerische Optimierung eines mehrstufigen induktiven Erwärmungskonzepts für das ressourceneffiziente Schmieden von komplexen Bauteilen, anhand des Beispiels einer zweizylindrigen Kurbelwelle.
Ein Schwerpunkt der Arbeit konzentriert sich auf die Durchführung eines induktiven Erwärmungsprozess zur Re-Homogenisierung der Prozesstemperatur innerhalb der teilgeschmiedeten Kurbelwellen nach Beendigung der gratfreien Vorumformungsschritte. Die Kompensation der inhomogenen Temperaturverteilung bildet die Voraussetzung, um in einem anschließenden multidirektional auszuführenden Umformschritt die Belastungen für das Umformwerkzeug zu minimieren.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse des prozesstechnischen Potenzials einer induktiven Unterstützung zum Schweißen dickwandiger Bauteile mit Wandstärken zwischen 10 mm und 23 mm. Den Schwerpunkt der Untersuchung stellt die Auslegung einer quer zum Vorschub ausgerichteten Induktionsanordnung dar, die in einer Verfahrenskombination mit einem vorlaufenden Laserkontaktierungsprozess und einem anschließenden Laser-MSG-Hybridprozess einen effizienten Erwärmungsvorgang und ein für den Schweißprozess angepasstes sowie homogenes Temperaturprofil gewährleistet.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Stahlseilfördergurte werden auf Gurtförderern zum Transport von Schüttgütern eingesetzt. Zur Verbindung dieser Fördergurte wird das Verfahren der Heißvulkanisation bei Nutzung mobiler Vulkanisierpressen angewendet. In dieser Arbeit wird ein neues Heizverfahren, mithilfe dessen die Gesamtdauer des Vulkanisationsvorgangs erheblich verkürzt werden kann, experimentell und theoretisch untersucht. Dieses Heizverfahren ist prinzipiell auch für die Herstellung von Stahlseilfördergurten geeignet.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aufbauend auf der Beschreibung des notwendigen Entwicklungsprozesses wurde ein Demonstratorwerkzeug mit vollständig integrierter induktiver Beheizung erstellt. Mit diesem Werkzeug konnte der Effekt einer integrierten induktiven Heizung nachgewiesen werden. Dazu wurde ein Simulationssystem aufgebaut, mit dem die induktive Erwärmung mit hoher Genauigkeit nachgebildet werden kann. Insgesamt wurden somit die Grundlagen zur Berechung und Entwicklung von integrierten induktiven Werkzeugheizsystemen erweitert.
Aktualisiert: 2019-10-15
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In dieser Arbeit wird der Stand der Technik der variothermen Prozessführung im Kunststoffsprtzuguss analysiert. Das Prinzip der induktiven Erwärmung wird beschrieben und verschiedene Konzepte zur induktiven Erwärmung von Spritzgießwerkzeugen werden dargestellt. Anhand eines Demonstratorwerkzeugs zur Herstellung von Mikrostrukturbauteilen im Labormaßstab wird eine Werkzeugvariante untersucht und die experimentellen Ergebnisse verglichen.
Aktualisiert: 2019-10-15
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Ziel dieser Dissertation war die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen mit vollständig integrierter und mit externer induktiver Temperierung. Ausgehend von den Grundlagen werden die unterschiedlichen Arten der induktiven Temperierung dargestellt und ihre Besonderheiten bei der Prozessüberwachung und Sicherheit betrachtet. Die ausgewählten Werkzeuge wurden simulationsgestützt ausgelegt und aufgebaut um die Ergebnisse validieren zu können.
Aktualisiert: 2019-10-15
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