Umformverhalten und Vierwalzenrundbiegen von Gitterblech

Das zu den Sandwichwerkstoffen gehörende Gitterblech besteht aus zwei Deckblechen und einer Zwischenlage aus Drahtgewebe, die durch Kondensator-lmpulsschweißen verbunden werden. Dieses Sandwichmaterial könnte zum Beispiel als aktives Kühlelement in Dampfturbineninnengehäusen eingesetzt werden. Mit einem durch das Gitterblech strömenden Kühlmedium kann ein Überschreiten der Belastungsgrenze des eingesetzten Werkstoffs verhindert werden. Somit ist es möglich, die Frischdampftemperaturen zu erhöhen und dadurch die Gesamtwirkungsgrade von Kombi-Kraftwerken zu steigern. Für den Einsatz in Dampfturbinen, müssen die ebenen Gitterbleche zu zylindrischen bzw. konischen Bauteilen umgeformt werden. In der vorliegenden Arbeit werden der Herstellungsprozess und das Umformverhalten von Gitterblechen mittels experimenteller und numerischer Methoden ermittelt, um die benötigten Erkenntnisse über die Herstellung eines von der Industrie akzeptierten Halbzeugs aus dem Gitterblech zu gewinnen. Das ausgewählte Umformverfahren ist das Vierwalzenrundbiegen, das zur Herstellung von Rohren und konischen Teilen in der Industrie umfangreich eingesetzt wird. Die experimentellen Untersuchungen beim Vierwalzenrundbiegen haben gezeigt, dass die Herstellung eines zylindrischen Rohrsegments bei vorgegebener Geometrie mittels einer verbesserten Fertigungsstrategie mit guter Toleranz in Bezug auf Rundheit und Durchmesser erreicht werden kann. Beim Rundbiegen wurde zunächst ein Versagen der Schweißpunkte beobachtet. Dies konnte durch Auffüllen der Hohlräume der Gitterbleche mit Wachs und einer geeigneten Wärmebehandlung auf wenige Prozent reduziert werden. Zusätzlich wurde ein Katalog mit Angaben zum Umformverhalten verschiedener einlagiger Gitterbleche in Abhängigkeit von den Rundbiegeparametern erstellt. Zum besseren Verständnis der Umformungsvorgänge wurde ein zeiteffizientes FE-Modell für das Rundbiegen von Gitterblechen entwickelt, in dem das Gitterblech aus einer Kombination von Schalenelementen und Balkenelementen modelliert wurde. Zur gen auen Abbildung der Schweißpunktverbindungen fanden zwei inverse Simulationen statt. Die inverse Simulation des Scherzugversuchs an einzelnen Schweißpunkten dient zur Ermittlung des elastisch-plastischen Verhaltens der Schweißpunkte. Durch die inverse Simulation des Scherzugversuchs an Gitterblechen wurde die statistische Verteilung der Schweißpunktversagenswerte aufgrund der Weibull-Theorie ermittelt. Das für das Rundbiegen erstellte FE-Modell zeigte eine gute Vorhersagbarkeit in Bezug auf den erreichten Radius sowie den Prozentsatz defekter Schweißpunkte.