Thermische Spulenverluste bei der elektromagnetischen Blechumformung

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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.