Gezielte Einbringung von Eigenspannungen durch geeignete Umformprozesse zur Erzeugung bistabiler, metallischer, vollständig geschlossener Rohrprofile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374688658

Übergeordnetes Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Herstellung bistabiler, metallischer, vollständig geschlossener Rohrprofile. Bistabilität bedeutet dabei, dass neben der Rohrgeometrie eine weitere stabile Transportgeometrie existiert und ein Wechsel zwischen den beiden Geometrien durch rein elastische Dehnungen möglich ist. Der Effekt der Bistabilität beruht bei metallischen Werkstoffen auf Eigenspannungen im Material, die gezielt durch inhomogene Umformprozesse eingebracht werden können. In der ersten Förderphase des hier adressierten SPP 2013 ist ein bistabiles Rohrprofil mit einer zusätzlichen Transportgeometrie erfolgreich durch die Kombination zweier Biegeprozesse hergestellt worden. Zur Auslegung der Biegeprozesse sind sowohl ein FE-Modell als auch ein semi-analytisches Modell entwickelt worden. Mit beiden Modellen sind Aussagen über die Bistabilität sowie zur Profilgeometrie in Abhängigkeit der gewählten Biegeradien möglich. Das semi-analytische Modell erlaubt ferner, aufgrund seiner geringen Rechenzeit, die detaillierte Auslegung von Prozesskarten zur Herstellung bistabiler Rohrprofile.Basierend auf der modellgestützten Prozessauslegung ist ein Konzept zur kontinuierlichen Herstellung großflächiger bistabiler Rohrprofile in der zweiten Förderphase abgeleitet worden. Der Ansatz kombiniert einen inkrementellen Biegeprozess zur Einbringung der Einrollspannung, welche die Transportgeometrie ermöglicht, und einen Walzprofilierprozess zur Einstellung der Querbiegespannung, welche das Rohrprofil einstellt. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten beiden Förderphasen werden in der dritten Förderphase die folgenden Teilziele adressiert, die sich im Arbeitsprogramm entsprechend widerspiegeln: (1) Optimierung und Erweiterung der Prozesskette aus inkrementellem Gesenkbiegen und Walzprofilieren zur Herstellung langer bistabiler Rohre, (2) Erstellung von Prognosemodellen für den Betrieb der Bauteile, (3) Nachweis der Eigenspannungsstabilität und der Bauteileigenschaften unter gegebenen AnwendungsrandbedingungenAm Ende der dritten Förderperiode steht somit eine industrialisierbare kontinuierliche Prozesskette zur Fertigung großflächiger bistabiler Bauteile zur Verfügung. Mithilfe der Prognosemodelle können Einsatzszenarien bewertet und durch Experimente die Eigenspannungs- und Eigenschaftsstabilität der neuen Produkte bemessen werden. Neue bistabile Produkte sind somit durch die Einbringung von Eigenspannungen vollumfänglich bewertbar und herstellbar.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2013: Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Marco Teller