Hochdynamische Sitzventile für den Hot-Gas-Bulge-Test als Hochdruckgasanwendung

Von:

Gunnar Matthiesen

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Moderne Umformprozesse ermöglichen eine ressourceneffiziente Gestaltung von Blechbauteilen durch die gezielte Anpassung ihrer Eigenschaften an den jeweiligen Einsatzfall. Ein zentraler Prozess ist das direkte Presshärten, bei dem Stahlbleche durch kombinierte Wärmebehandlung und Umformung in einem Schritt herausragende Festigkeitseigenschaften erhalten. Für die simulative Auslegung dieses Prozesses ist die Ermittlung werkstoffspezifischer Parameter unter realitätsnahen Bedingungen erforderlich. Hierzu wurde der Hot-Gas-Bulge-Test entwickelt. Das bestehende Antriebssystem dieses Prüfstands begrenzt jedoch den untersuchbaren Parameterbereich. Diese Arbeit befasst sich daher mit antriebsseitigen Maßnahmen zur Erweiterung des mit dem Hot-Gas-Bulge-Test abbildbaren Parameterraums. Da der vorhandene Prüfaufbau weitgehend beibehalten werden soll, zeigt die Analyse der Randbedingungen, dass ein pneumatischer Antrieb in Form einer Widerstandssteuerung mit Konstant-Druck-System am besten geeignet ist, die Antriebsdynamik zu erhöhen. Mangels geeigneter Ventile werden sowohl Optimierungen am bestehenden System mit zentraler Schaltventilbatterie als auch der Entwurf eines Proportionalventils untersucht. Die Auslegung und Bewertung der Maßnahmen erfolgen simulativ auf Basis eines Modells des Bulge-Tests sowie modellierter Ventile mit Magnetaktoren. Die hierfür erforderlichen Magnetfeldparameter werden experimentell mittels eines eigens entwickelten Prüfaufbaus bestimmt. Das entworfene Proportionalventil mit Nadelsitz und Hubmagnet erfüllt die Anforderungen zur Erweiterung des Parameterbereichs. Zur Steigerung der Dynamik werden eine stromabhängige Spulenansteuerung, Hubbegrenzung, erhöhte Federvorspannung und angepasste Durchflüsse als geeignete Maßnahmen identifiziert.