Resumen (Castellano) El aumento del consumo de energía global junto con las preocupaciones ambientales ha generado mucho interés por las fuentes de energía alternativas y limpias, como la energía solar fotovoltaica. Los investigadores en la comunidad fotovoltaica han estado buscando formas de reducir costos mientras mantienen o aumentan las eficiencias. Una mejor comprensión de los materiales implicados es esencial para el rápido desarrollo de nuevas tecnologías. Las películas delgadas I-III-VI2 ofrecen sistemas prometedores para lograr células solares de alta eficiencia a un costo menor. De hecho, al adaptar la composición de los compuestos, es posible cambiar la banda prohibida del material para captar la luz solar de manera más eficiente. Esta tesis se centra en la preparación y caracterización del material de la capa absorbente, especialmente las películas delgadas nanocristalinas y la consideración de las características estructurales y eléctricas de dicha capa principal absorbente de células. La tesis examina cómo las diferentes técnicas de preparación y uso del material podrían afectar las propiedades del películas delgadas sintetizadas. Películas delgadas CuInSe2 y CuInS2 se depositaron sobre sustratos de vidrio ITO usando la técnica de electrodeposición en solución acuosa. Las películas electrodepositadas se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis de rayos X de energía dispersiva (EDS). Se investigaron los efectos de recocido sobre los precursores electrodepositados. La estructura de calcopirita de CuInSe2/CuInS2 mostró una mejora de la cristalinidad después del tratamiento posterior de selenización/sulfurización en atmósfera Se/S, respectivamente. Los estudios de XRD y SEM revelaron una mejora de la calidad cristalina de las películas de CIS después de los tratamientos térmicos. Las propiedades ópticas de las películas delgadas recocidas CuInSe2-Se y CuInSe2-S se han estudiado para determinar el efecto del proceso de recocido en diferentes ambientes de selenio y azufre. Además, modificamos el CuInxCryGa1-x-ySe2 de cobre indio, donde x = 0.4, y = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) la capa de superestrato por el proceso de recubrimiento por centrifugado. CuInxCryGa1-xySe2 donde x = 0.4, y = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanopartículas han sido sintetizadas en primer lugar usando un método hidrotermal químico húmedo que se basa en un proceso térmico sin vacío sin ningún proceso de selenización adicional. Introduciendo diferentes fuentes de metal en un autoclave con etilenamina como solvente, se obtuvieron nanopartículas de CIGS a diferentes temperaturas en un rango de 190-230 °C. Los resultados de la difracción de rayos X (XRD) confirmaron la formación de una estructura de calcopirita CuInxCryGa1-x-ySe2 tetragonal. Finalmente, se estudió el efecto de la temperatura de recocido en los materiales tipo Kesterita (como el Cu2ZnSnS4) que son materiales de muy bajo costo y que no dañan el medio ambiente. Estudiamos el crecimiento de las películas delgadas cuaternarias Cu2ZnSnS4 (CZTS) de kesterita mediante un depósito electroquímico de un solo paso seguido de un recocido a baja temperatura. La influencia de diferentes atmósferas de recocido a tiempos de recocido constantes (t = 45 min) y parámetros de control de preparación fijos; es decir, concentración de la solución de materiales de partida (sales de metales precursores), tiempo de deposición y potencial de electrodeposición. Se estudiaron las propiedades estructurales, de composición, morfológicas y ópticas, así como las propiedades fotoelectroquímicas. / Abstract Increasing global energy consumption together with environmental concerns has led to much interest in alternative, cleaner sources of energy such as solar photovoltaic. Researchers in the solar cell community have been looking for ways to reduce costs while maintaining or increasing already high efficiencies. A fundamental understanding of the materials under consideration is essential to rapid development of new technologies. The I-III-VI2 thin films offer promising systems for achieving high efficiency solar cells at lower costs. In fact, by tailoring the chemistry of the compounds it is possible to change the bandgap of the material in order to collect sunlight more efficiently. First of all, this thesis focuses on absorber layer material preparation and characterization, especially nanocrystalline thin films and consideration of both structural and electrical characteristics of such main cell absorber layer.The thesis examines how different preparation techniques and material usage could affect the properties of the synthesized thin films (absorber layer). In this study CuInSe2 and CuInS2 thin films were deposited onto ITO glass substrate using the electrodeposition technique in aqueous solution. The electrodeposited films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDS). The annealing effects on the electrodeposited precursors were investigated. The chalcopyrite structure of CuInSe2/CuInS2 showed an enhancement of crystallinity after subsequent selenization/sulfurization treatment in Se/S atmosphere, respectively. XRD and SEM studies revealed a dramatic improvement of the crystalline quality of CIS films after annealing treatments. The optical properties of annealed CuInSe2-Se and CuInSe2-S thin films have been studied in order to determine the effect of annealing process in different selenium and sulfur atmosphere. In the second step we modified copper indium CuInxCryGa1-x-ySe2 where x=0.4, y= (0.0, 0.1, 0.2, 0.3)superstrate layer by spin coating process. CuInxCryGa1-x-ySe2 where x=0.4, y= (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanoparticles have been synthesized firstly using a wet chemical hydrothermal method that is based on a non-vacuum thermal process without any additional selenization process. Introducing different metal sources in an autoclave with ethylenediamine as solvent, CIGS nanoparticles were obtained at different temperatures range 190-230°C. The X-ray diffraction (XRD) results confirmed the formation of a tetragonal CuInxCryGa1-x-ySe2 chalcopyrite structure. Finally, we turned again to the study of the annealing temperature effect onKesterite materials but this time in those of very low-cost materials and environmentally friendly Cu2ZnSnS4. We studied the growth of quaternary Cu2ZnSnS4 (CZTS) kesterite thin films by a single step electrochemical deposition followed by annealing at low temperature. The influence of different annealing atmospheres at constant annealing times (t = 45 min) and fixed preparation controlling parameters; i.e., starting materials (precursor metal salts) solution concentration, time of deposition and electrodeposition potential. Structural, compositional, morphological, and optical properties, as well as photoelectrochemical properties were studied. / Resum (Valencià) L'augment del consum d'energia global juntament amb les preocupacions ambientals ha generat molt d'interès per les fonts d'energia alternatives i netes, com ara l'energia solar fotovoltaica. Els investigadors de la comunitat fotovoltaica han estat buscant formes de reduir costos mentre mantenen o augmenten les eficiències. Una millor comprensió dels materials implicats és essencial per al ràpid desenvolupament de noves tecnologies. Les pel·lícules primes I-III-VI2 ofereixen sistemes prometedors per aconseguir cèl·lules solars d'alta eficiència a un cost menor. De fet, en adaptar la composició dels compostos, és possible canviar la banda prohibida del material per captar la llum solar de manera més eficient. Aquesta tesi se centra en la preparació i caracterització del material de la capa absorbent, especialment les pel·lícules primes nanocristal·lines i la consideració de les característiques estructurals i elèctriques d'aquesta capa principal absorbent de cèl·lules. La tesi examina com les diferents tècniques de preparació i ús del material podrien afectar les propietats del pel·lícules primes sintetitzades. Pel·lícules primes CuInSe2 i CuInS2 es van dipositar sobre substrats de vidre ITO usant la tècnica d'electrodeposició en solució aquosa. Les pel·lícules electrodepositadas es van caracteritzar per difracció de raigs X (XRD), microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i anàlisi de raigs X d'energia dispersiva (EDS). Es van investigar els efectes de recuit sobre els precursors electrodepositados. L'estructura de calcopirita de CuInSe2/CuInS2 va mostrar una millora de la cristal·linitat després del tractament posterior de selenització/sulfurització en atmosfera de Se o S, respectivament. Els estudis de XRD i SEM van revelar una millora de la qualitat cristal·lina de les pel·lícules de CIS després dels tractaments tèrmics. Les propietats òptiques de les pel·lícules primes recuites CuInSe2-Es i CuInSe2-S s'han estudiat per determinar l'efecte del procés de recuit en diferents ambients de seleni i sofre. A més, modifiquem el CuInxCryGa1-x-ySe2 de coure indi, on x = 0.4, i = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) la capa d'superstrat pel procés de recobriment per centrifugat. CuInxCryGa1-x-ySe2 on x = 0.4, i = (0.0, 0.1, 0.2, 0.3) nanopartícules han estat sintetitzades en primer lloc fent servir un mètode hidrotermal químic humit que es basa en un procés tèrmic sense buit sense cap procés de selenización addicional. Introduint diferents fonts de metall en un autoclau amb etilenamina com solvent, es van obtenir nanopartícules de CIGS a diferents temperatures en un rang de 190- 230 °C. Els resultats de la difracció de raigs X (XRD) van confirmar la formació d'una estructura de calcopirita CuInxCryGa1-x-ySe2 tetragonal. Finalment, es va estudiar l'efecte de la temperatura de recuit en els materials tipus kesterita (com el Cu2ZnSnS4) que són materials de molt baix cost i que no danyen el medi ambient. Vam estudiar el creixement de les pel·lícules primes quaternàries Cu2ZnSnS4 (CZTS) de kesterita mitjançant un dipòsit electroquímic d'un sol pas seguit d'un recuit a baixa temperatura. La influència de diferents atmosferes de recuit a temps de recuit constants (t = 45 min) i paràmetres de control de preparació fixos; és a dir, concentració de la solució de materials de partida (sals de metalls precursors), temps de deposició i potencial d'electrodeposició. Es van estudiar les propietats estructurals, de composició, morfològiques i òptiques, així com les propietats fotoelectroquímiques / Kamal Abdelhamied Saber, S. (2018). Synthesis and characterization of some nano-selenides and their applications in solar cells [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107389 / TESIS

The content of this thesis is the proposal of modernization of brake site in engine testing cell of Institute of Automotive Engineering. The main part focuses on the design of individual components for attaching the motorcycle engine Husaberg FE 570. Finally, work is the preparation of the measuring head to determine and optimize the performance parameters of the test engine.

This diploma thesis deals with the technology of high pressure die casting and especially influences having effect on their final quality. The aim of this thesis is to design the measures to convert casting of the cylinder for chainsaw into the serial production. The thesis contains a description of the production of castings by technology of high pressure die casting, theoretical analysis of the factors with effects on their final quality and practical description of the conversion casting of cylinder for chainsaw into the serial production. The problem of converting to serial production has been solved by several samplings and final test series. Part of each sampling is analysis of defects and design of measures leading to elimination or at least minimization of such defects. On the basis of the production process has been successfully optimized and casting of the cylinder for chainsaw was successfully converted into the serial production. The results of this work also allowed for a smooth conversion into the serial production of another type of cylinder, manufactured by company MOTOR JIKOV.

Thesis deals with flexural-lateral buckling of asymmetric cross sections, especially assessment according to ČSN EN 1993-1-1. Models are based on bar, shell and solid finite element method. Assessment of software Scia Engineer and RFEM are analysed in bar model. Plate and volume model uses shell and solid elements and initial imperfections. Computing is geometrically nonlinear. Correspondence of bar and plate model is studied. Optimal amplitude is suggested. Simple beam loaded with continuous line loading is taken as an example.

Cette étude présente le développement d'une méthode expérimentale et numérique de caractérisation du comportement d'un matériau composite à renforts tissés, depuis l'échelle microscopique jusqu'au niveau macroscopique, en augmentant progressivement la complexité des géométries et des cas de chargement. Un nouveau modèle matériau numérique a été développé sous la forme d'un UMAT pour le logiciel éléments finis LS-DYNA. Ce modèle est capable de prédire un comportement linéaire ou non-linéaire, la déformation plastique, la rupture et l'endommagement progressif du matériau après rupture, tout en respectant les différentes restrictions imposées par le domaine industriel. Une formulation non-locale a été implémentée afin d'éviter les phénomènes indésirables de localisation de l'endommagement et d'offrir l'indépendance du modèle à la finesse du maillage. La première étape du processus de validation est la simulation des essais quasi-statiques sur des échantillons, ce qui permet de définir les paramètres numériques fondamentaux correspondant aux propriétés mécaniques et au comportement macroscopique du matériau étudié. Ensuite, les simulations d'impact assurent l'étude des modèles de dégradation. Une bonne corrélation a été obtenue pour les différents cas de chargement. / This study presents the development of an experimental and numerical material characterization method relying on the investigation of the material behavior of woven composites, from the microscopic scale up to the macroscopic level by increasing progressively the complexity of the geometries and load cases. Taking into account the different limitations imposed by the industrial and engineering fields, a new numerical mesh-insensitive material model has been developed as a UMAT for the explicit finite elements solver LS-DYNA. This model accounts for nonlinearity, plasticity, failure and post-failure damage in order to predict the macroscopic behavior and the damage tolerance of woven laminated composites. It includes also a smeared formulation to avoid undesirable localization phenomena. The first step of the validation process relies on the simulation of quasi-static coupon tests, which allows to set the fundamental numerical parameters corresponding to the effective material properties and to the macroscopic behavior observed experimentally. Then, the post-failure material degradation models have been investigated using the simulations of impact tests on elementary plates and on representative parts. A satisfying agreement has been obtained for the different load cases.

Avec l’avènement des NEMS, MEMS, films minces et autres revêtements, la caractérisation des propriétés mécaniques à uneéchelle locale est primordiale. A cet effet, l’essai d’indentation instrumentée permet l’acquisition continue de la réponse (courbeforce – profondeur de pénétration) d’un matériau à la pénétration d’un indenteur de géométrie donnée. Le post-traitement d’unetelle courbe permet la détermination de propriétés telles que le module d’indentation ou la dureté. Cette analyse est basée surla théorie du contact élastique, qui suppose une géométrie axisymétrique parfaite de la pointe d’indentation, un comportementpurement élastique du matériau, et la non-prise en compte des déplacements radiaux dans la zone de contact. En pratique, ceshypothèses sont souvent mises en défaut : les indenteurs sont généralement des pyramides à 3 pans (Berkovich, Cube Corner)ou 4 pans (Vickers, Knoop) présentant un émoussement de la pointe, et le comportement mécanique des matériaux est souventcomplexe. La correction de la relation de Sneddon, utilisée dans la méthode d’Oliver et Pharr pour l’analyse des essais denanoindentation, est donc nécessaire. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la détermination de ce facteurde correction, qui n’est pas une valeur universelle ni unique comme le préconisent certains auteurs. Il dépend notamment de lapression exercée par la pointe d’indentation et du matériau sollicité. Cette étude s’est faite sur la base de la détermination de laloi de comportement d’un des matériaux standards utilisés pour la calibration de l’essai de nanoindentation, la silice fondue.Ce matériau présente un comportement mécanique spécifique : sa déformation anélastique s’effectue par un mécanisme dedensification. Dans un premier temps, les paramètres de cette loi de comportement sont identifiés par une approche inversecombinant la simulation numérique 3D de l’essai d’indentation à l’optimisation de la fonction objectif au moyen d’unalgorithme génétique. Le facteur de correction est ensuite déterminé pour deux géométries de pointes et à différentes valeursdu rapport adimensionnel "profondeur de pénétration/rayon de pointe". La méthodologie proposée a été appliquée à ladétermination du module d’indentation d’un acier inox. / With the advent of NEMS, MEMS, thin films and other coatings, the characterization of local mechanical properties is achallenge. For this purpose, the instrumented indentation test allows for the continuous acquisition of the response (loadpenetration depth) of the material using an indenter of given geometry. The post-processing of such a curve allows thedetermination of the indentation modulus or the hardness of that material. This analysis relies on the elastic contact theory,which assumes an axisymmetric and perfect indenter, a purely elastic behaviour, and no radial displacements in the contactarea. In practice, those assumptions are defeated: indenters shapes are rather three-sided (Berkovich, Cube Corner) or foursided (Vickers, Knoop) pyramids, with blunted tips. Furthermore, mechanical behaviour is rather complex. The introductionof a correction factor in the Sneddon’s relationship, on which is based the Oliver and Pharr method for the analysis ofnanoindentation data is then necessary. Whithin the scope of this work, we aimed at determining this correction factor, whichhas not a unique nor a universal value, as recommended by some authors. It depends on the pressure distribution beneath theindenter and on the tested material. This study is based on the identification of the constitutive law of one of the referencespecimen used for calibration of the nanoindentation test, namely fused silica. The latter exhibits a specific mechanicalbehaviour, its anelastic deformation being achieved by a densification mechanism. In a first step we have determined the modelparameters by an inverse approach combining the 3D numerical simulation of the indentation test with the optimization of theobjective function using a genetic algorithm. The correction factor is then determined for two tip geometries and at severalpenetration depth over tip radius adimensional ratios. The proposed methodology was applied to the determination of theindentation modulus of an inox steel.

The photocatalytic wastewater treatment facility presented in this thesis is a promising economic green technology that can degrade wastewater’s organic and ammonia pollutants, which produce environmentally sensitive products like CO2, H2O, Nitrates, etc. that can be captured and used in many biological and engineering ways. Previous advances used for this research was determining the importance of cleaning the photocatalytic nanocrystals, Fe-TiO2, as one of the revolutionary improvements that expose and maximizes the active surface of the photocatalytic nanocrystals to the pollutants enabling the strong oxidants produced by the absorption of a photon, excitation of an electron and positive hole to produce oxidants on the surface of the nanocrystals. The oxidants indiscriminately produce CO2 and H2O from living and non-living organic matter to obtain near ~100% clean water. This research focused on taking the next steps in the development of a wastewater cleaning facility tested in our laboratory. An important step involved coating Fe-TiO2 crystals onto flexible, strong, fiber-glass cloth using a sol-gel processing method. Success was found in this research by applying the coated fiberglass cloth into a photoreactor aimed to clean a large amount of water rather than the laboratory scale. / Graduate

Quasikristallines Al-Cu-Fe (i-Phase) wurde ueber den Weg der amorphen (a-) Phase in Form duenner Schichten hergestellt und ein Vergleich elektronischer Transporteigenschaften der isotropen a-Phase in verschiedenen Anlassstufen mit der schliesslich entstehenden fast isotropen i-Phase durchgefuehrt (Leitfaehigkeit, Magnetoleitfaehigkeit, Hall-Effekt und Thermokraft). Die Auswirkungen einer Hume-Rothery-Stabilisierung auf den elektronischen Transport standen dabei im Vordergrund. Es wurden in der i-Phase auch die Auswirkungen einer systematischen Aenderung des Fe-Gehalts untersucht. Die a-Phase und die i-Phase sind in vielen wichtigen Trends miteinander verwandt, z.B. ist die inverse Matthiesen-Regel sowohl in der a- als auch in der i-Phase gueltig. Thermokraft und Hall-Effekt, die sehr empfindlich auf Aenderungen der Bandstruktur sind, zeigen drastischere Aenderungen beim Uebergang amorph-quasikristallin. Die Aenderungen der Eigenschaften in der i-Phase als Funktion der Temperatur und des Fe-Gehalts koennen in einem Zweibandmodell quantitativ erfasst werden. Mit dem Konzept der Spektralleitfaehigkeit, in das im Prinzip das Zweibandmodell uebergeht, koennen die Eigenschaften sowohl der i-Phase als auch der a-Phase quantitativ beschrieben werden. In der a-Phase fuehrt dieses Konzept auf eine sich von der frisch praeparierten a-Phase durch Tempern bis hin zur i-Phase kontinuierlich aendernde Spektralleitfaehigkeit, die schon unmittelbar nach dem Aufdampfen durch ein breites und ein, diesem ueberlagertes, schmales Minimum beschrieben werden kann. Beim Tempern wird das schmale Minimum immer tiefer. Im Ortsraum wird insgesamt ein Szenario vorgeschlagen, das von sphaerischer Ordnung ausgeht, zu der schon in der frisch praeparierten a-Phase eine Winkel- und Abstandsordnung hinzukommt. Diese verstaerkt sich beim Tempern bis hin zur perfekt geordneten Struktur in der i-Phase. Das Verschwinden magnetischer Effekte und die damit verbundenen Aenderungen der Tieftemperatur-Leitfaehigkeit beim Tempern deuten ebenfalls auf eine sich bereits in der a-Phase vollziehende kontinuierliche Aenderung der lokalen Umgebung der Fe-Atome, deren Anordnung hauptsaechlich die elektronischen Transporteigenschaften bestimmt.

Die Analyse des Standes der Technik zu Simulationsmethoden im Werkzeugentwicklungsprozess zeigt die breiten Bestrebungen ganzheitliche Modelle zur Abbildung der Maschinen- und Werkzeugeigenschaften in der Prozesssimulation zu schaffen um die Werkzeuginbetriebnahme in Zukunft in die virtuelle Welt überführen zu können. Dabei werden die Einflüsse wie die Stößelkippung unter Last, die Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten, die Verformung des Ziehkissens und die elastische Nachgiebigkeit der Werkzeuge separat betrachtet. Es konnte kein Simulationsmodell identifiziert werden, welche alle relevanten Eigenschaften der Werkzeuge und der Maschinen zu einem Gesamtmodell vereint. Zudem fehlten Modellierungsansätze für wesentliche Teilaspekte einer ganzheitlichen Abbildung der Wechselwirkungen von Maschine, Werkzeug und Prozess. Insbesondere ist dabei die systematische Untersuchung zur Abbildung des Pinolentragbildes sowohl örtlich als auch über dem Pressenhub und der versteifende Einfluss der Werkzeugführung zu nennen. Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein ganzheitliches FE-Prozessmodell mit den wesentlichen elastischen Eigenschaften der Maschine und der Werkzeuge erstellt werden. Wichtig ist dabei insbesondere die systematische Abbildung relevanter mechanischer Ziehkissenstrukturen als Ersatzmodell und die Integration der tatsächlichen Ziehkissenkraft im Prozessmodell. Bekannte Modellierungsansätze wie z.B. die Abbildung der Kippsteifigkeit des Stößelsystems und die Berücksichtigung der Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten wurden weiterentwickelt und in das Gesamtmodell implementiert. Für jedes Ersatzmodell wurde eine Strategie zur Modellerstellung und zur zweckmäßigen Parametrierung mit dem Ziel eines minimalen Zeit- und Kostenaufwandes vorgeschlagen. Die elastische Modellierung der Werkzeuge wurde mit einer systematischen Vorgehensweise hinterlegt und zeigt bei konsequenter Anwendung signifikant reduzierte Berechnungszeiten. Die Berücksichtigung der Ziehstäbe erfolgt in dieser Arbeit aufgrund der Einschränkungen des verwendeten FE-Solvers als Strukturmodell. Zusätzlich wurde ein Modellierungsansatz vorgestellt, welcher die analytische Berücksichtigung der Ziehstäbe auf elastischen Werkzeugstrukturen ermöglicht. Damit steht jetzt ein Prozessmodell mit den relevanten Maschinen- und Werkzeugeigenschaften zur Verfügung, welches durch eine einfache Parametrierung auf die jeweilige Prozess-Maschinen-Konfiguration angepasst werden kann. Dies ermöglicht eine deutlich genauere Abbildung des Pinolentragbildes, der daraus resultierenden Niederhalterdruckverteilung und damit des Materialeinzuges in die Matrize. Dieses erweiterte Prozessmodell ist damit in der Lage eine virtuelle Inbetriebnahme der Werkzeuge zu unterstützen und in Zukunft eine weitere Verkürzung des Inbetriebnahmeprozesses zu ermöglichen.:I. Inhaltsverzeichnis I II. Formelzeichen und Abkürzungen V II.1. Formelzeichen V II.2. Abkürzungen VI 1 Einführung 2 2 Stand der Technik 4 2.1 Modellierung des Blechwerkstoffes 6 2.1.1 Strukturelle und funktionale Abbildung 6 2.1.2 Ermittlung der Parameterwerte 9 2.2 Reibungsverhältnisse in der Kontaktfuge 10 2.2.1 Strukturelle und funktionale Abbildung 11 2.2.2 Ermittlung der Parameterwerte 11 2.3 Karosserieziehwerkzeuge 12 2.3.1 Prinzip und Bedeutung für den Umformprozess 12 2.3.2 Wechselwirkungen im Gesamtsystem Presse-Werkzeug-Prozess 15 2.3.3 Strukturelle und funktionale Abbildung in der FE-Prozesssimulation 16 2.3.4 Ermittlung der Parameterwerte 18 2.4 Pressen der Blechumformung 18 2.4.1 Prinzip und Bedeutung für den Umformprozess 18 2.4.2 Wechselwirkungen im Gesamtsystem Presse-Werkzeug-Prozess 22 2.4.3 Strukturelle und funktionale Abbildung der Maschine in der Prozesssimulation 26 2.4.4 Ermittlung von Pressenparameter 30 2.5 Werkzeugentwicklung und -inbetriebnahme 33 2.5.1 Werkzeuginbetriebnahme 34 2.5.2 Simulationsmethoden zur Unterstützung der Werkzeugeinarbeitung 35 2.6 Defizite in der FE-Prozesssimulation des Karosserieziehprozesses 36 3 Zielstellung, Abgrenzung und Vorgehensweise 38 4 Modellerweiterung Werkzeug 40 4.1 Simulationsumgebung 40 4.2 Virtuelles Testwerkzeug 40 4.3 Elastische Werkzeugstruktur 43 4.4 Werkzeuganbindung an umliegende Strukturen 48 4.4.1 Matrize und Stempel 48 4.4.2 Niederhalter 48 4.4.3 Abbildung der Ziehstäbe auf elastisch modellierten Werkzeugen 50 4.5 Die Werkzeugführung 54 4.5.1 Analytische Berechnung der Wirkung der Werkzeugführung 54 4.5.2 Messtechnische Berücksichtigung 56 4.5.3 Bewertung der Modellierungsansätze 56 4.6 Zwischenfazit zur Modellerweiterung der Werkzeuge 58 5 Modellerweiterung Maschine 60 5.1 Messung der Stößel- und Tischdurchbiegung 60 5.2 Ersatzmodellierung und Parametrierung 61 5.3 Überlagerung von Stößelkippung und -durchbiegung 64 5.4 Berücksichtigung der Tischdurchbiegung 67 5.5 Modellstrukturen zur Berücksichtigung der ZK-Mechanik 67 5.6 Kippelastischer Modellierungsansatz 70 5.6.1 1-Punktziehkissen mit Führung 70 5.6.2 2- und 4-Punktziehkissen 72 5.6.3 Ziehkissen mit mehr als 4 Druckpunkten 73 5.7 Elastische Abbildung des Druckkastens 74 5.7.1 Strukturmodell des Druckkastens 74 5.7.2 Ersatzmodell des Druckkastens 76 5.8 Modellstrukturen zur Berücksichtigung der Krafterzeugung 78 5.8.1 Ziehkissenkraft als wegabhängige Größe 79 5.8.2 Ziehkissen-Istkraft als Verhaltensmodell 80 5.8.3 Integration eines reduzierten Anlagenmodells 80 5.9 Ableitung einer Standardparametrierung 84 5.10 Zwischenfazit zu Modellerweiterungen Presse 85 6 Anwendung der Modellerweiterungen auf Versuchsumgebung 88 6.1 Versuchsumgebung 88 6.1.1 Versuchsmaschine 88 6.1.2 Blechwerkstoffe 89 6.1.3 Versuchswerkzeug 91 6.1.4 Messwerterfassung 92 6.2 Modellierung des Blechwerkstoffes 95 6.3 Reibungsverhältnis zwischen Blech und Werkzeug 96 6.4 Modellerweiterungen Werkzeug 98 6.4.1 Modellerstellung 98 6.4.2 Einflussanalyse der elastischen Werkzeugeigenschaften 99 6.5 Modellerweiterung Maschine 100 6.5.1 Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Stößelsystems 100 6.5.2 Berücksichtigung der Ziehkissenmechanik 105 6.5.3 Validierung der erweiterten FE-Prozessmodelle 109 6.6 Modellbewertung anhand Grenzformänderungsdiagramme 112 6.7 Modellierung der Regelabweichungen der Ziehkissenzylinderkräfte 113 6.8 Anwendung der Standardparametrierung 116 7 Anwendungsbeispiele für die Werkzeugentwicklung 118 7.1 Werkzeugkonstruktion am Beispiel der Fertigungstoleranzen 118 7.2 Werkzeuginbetriebnahme 120 7.2.1 Ermittlung der Zylindersollkräfte auf Mehrpunktziehkissen 121 7.2.2 Virtuelles Tuschieren der Werkzeughälften 123 8 Zusammenfassung 126 9 Literatur 128 III. Anhang 136

Die Dynamik von axialen Magnetlagern ist im besonderen Maße von den eingesetzten Materialien abhängig. Axiale Flussverläufe machen eine Blechung von Stator und Rotor unwirksam und hohe induzierte Spannungen rufen im Magnetkreis wirbelstrombedingte Gegenfelder hervor. Zusätzliche kompensierende Magnetisierungsströme lassen den messbaren Strom der Steuerspule dem kraftbildenden Hauptfluss vorauseilen. Durch Einsatz von Pulververbundwerkstoffen lässt sich dieser Effekt reduzieren. Aus mechanischen Gründen wird die rotierende Axiallager-Scheibe in konventionellen Anwendungen dennoch aus Stahl gefertigt. In dieser Diplomarbeit werden alternative Materialien und Ausführungsformen untersucht und die auftretenden Unterschiede im dynamischen Verhalten mit der Eisenkreiszeitkonstante quantifiziert. Neben dem zu Grunde liegenden analytischen Modell soll eine fortgeschrittene Systembeschreibung vorgestellt werden, die das atypische Übertragungsverhalten der Regelstrecke berücksichtigt. Dieses setzt sich aus Differenziergliedern gebrochen-rationaler Ordnung zusammen und bildet ein sogenanntes „Fractional-Order-System“. Die Modelle werden mittels FEM-Simulationen und Experimenten am eigens konstruierten Versuchslager verifiziert. / The dynamics of axial magnetic bearings are characterized by an above-average dependency on the used materials. Axially directed fields render laminated stators and rotors ineffective. High induced voltages inside the magnetic core evoke eddy currents and opposing fields, which are compensated by an additional magnetizing current. Therefore a significant delay between the measurable coil current and the force-related magnetic flux is observed. The use of soft magnetic composites can minimize this effect, though the bearing disk usually is manufactured from conventional steel for mechanical reasons in a wide range of applications. In this diploma thesis alternative materials and embodiments are considered and the occurring differences regarding the dynamic behavior will be quantified by means of the magnetic circuit time constant. Beside its underlying analytical model, an advanced system description is introduced to include the atypical transfer function of the closed loop control system, characterized by so-called Fractional-Order-Derivatives. All models will be verified by FE-analysis and experiments on a newly constructed magnetic bearing.