Effektiv und ressourcenschonend: Zielgerichtetes Erwärmen und Fügen moderner Werkstoffkombinationen

Professur für Umformendes Formgeben und Fügen der TU Chemnitz erweitert ihre Anlagentechnik, um neue Forschungsfelder im Bereich komplexer Schweiß-, Wärmebehandlungs- und Umformaufgaben zu erschließen

An der Professur Umformendes Formgeben und Fügen der Technischen Universität Chemnitz wurde am 29. Juni 2018 ein neuer Induktionsgenerator in Betrieb genommen, mit dem beispielsweise Halbzeuge, die aus mehreren Schichten unterschiedlicher Werkstoffe bestehen, durch unterschiedliche Frequenzen zielgerichtet erwärmt werden können. Dies könnte insbesondere für die Herstellung von plattierten Rohren in der chemischen Industrie oder im Kraftwerksbereich von Bedeutung sein. Für diese Sektoren werden allein in Deutschland jährlich 62.000 Tonnen Rohre produziert.

Umweltfreundlichere Fertigung von Rohrleitungen

„Der passende Werkstoff beziehungsweise die passende Materialeigenschaft an der richtigen Position für eine optimale Funktionalität spielt sowohl beim Thema Energie- als auch Ressourceneffizienz eine wesentliche Rolle“, so der Leiter der Professur Umformendes Formgeben und Fügen, Prof. Dirk Landgrebe. Rohrleitungen beispielsweise, welche aggressive Medien fördern, müssen nicht zwangsläufig komplett aus kostenintensivem, korrosionsbeständigem Stahl bestehen. Oft genügt eine wenige Millimeter dicke Lage als Schutzschicht. Um diesen Materialverbund zielgerichtet zu erwärmen, nutzen die Chemnitzer Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen künftig die sogenannte Simultaneous Dual Frequency-Generatortechnologie. „Die neuen SDF-Generatoren gestatten die Erzeugung elektromagnetischer Felder in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen sowie deren Überlagerung, was eine enorme Variabilität bei der Lösung von verschiedenen Erwärmungsaufgaben bietet“, sagt Landgrebe. Die zielgerichtete Erwärmung von Multimaterialverbunden zur Herstellung plattierter Rohre sei so zum Beispiel leicht realisierbar, wodurch letztendlich eine umweltfreundlichere Fertigung von Rohrleitungen möglich ist.

Fächerübergreifende Kooperationen innerhalb der Universität

Die Professur Umformendes Formgeben und Fügen nutzt künftig den SDF-Generator mit einer Gesamtleistung von 225 kW in Lehre und Forschung. Der Hersteller, die EMAG eldec Induction GmbH, hat die Anlage speziell für die Anforderungen der Professur konfiguriert. Neben der neuen Anlagentechnik im Gesamtwert von fast einer viertel Million Euro ist fächerübergreifend mit der Abteilung Steuerungs- und Regelungstechnik der Professur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der TU Chemnitz auch ein thermomechanischer Simulator zur experimentellen Abbildung und Auslegung maßgeschneiderter Rohr- und Platinen-Schweißprozesse entstanden.  

Die neue Technologie bietet den Studierenden und Forschenden der TU Chemnitz die Basis für eine Vielzahl von Abschluss- oder Graduierungsarbeiten sowie Forschungsprojekten – neben dem Rohr- und Platinenschweißen in Bereichen wie der In-Line Wärmebehandlung, der inkrementellen Blechumformung, der induktiv unterstützen additiven Fertigung sowie dem induktiven Fügen von Mischverbindungen. Durch die Möglichkeit der Herstellung von prozessangepassten Induktionsspulen in der hauseigenen Induktor-Werkstatt besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Erwärmungslösungen professurübergreifend zu entwickeln.

Stichwort: Simultane Zweifrequenztechnologie für induktive Erwärmungsprozesse

Jedes elektrisch leitfähige Material kann durch elektromagnetische Induktion berührungslos erwärmt werden. Dabei entsteht die „Joule’sche“ Wärme sofort im zu bearbeitenden Werkstück und muss nicht durch Wärmeleitung übertragen werden. Hohe Leistungsdichten bei einem sehr guten Wirkungsgrad lassen kurze Erwärmungszeiten bei hoher Prozesssicherheit und Automatisierbarkeit zu. Die Eindringtiefe elektromagnetischer Felder hängt neben der elektrischen Leitfähigkeit und der Permeabilität vor allem von der Frequenz ab. Erst die gezielte Nutzung von Frequenzbereichen ermöglicht die Einstellung von spezifischen Temperaturverteilungen in zu erwärmenden Bauteilen. So eignen sich hochfrequente elektromagnetische Felder insbesondere für die Erwärmung dünner Bleche, von Kohlelfasern oder metallischen Drähten. Niedrige Frequenzen hingegen ermöglichen ein schnelles Durchwärmen massiver Bauteile.

Weitere Informationen erteilen Prof. Verena Kräusel, Telefon 0371 531-32195, E-Mail verena.kraeusel@mb.tu-chemnitz.de; Martin Kroll, Telefon 0371 531-36239, E-Mail martin.kroll@mb.tu-chemnitz.de.

Mario Steinebach
29.06.2018

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