Das Innenhochdruck-Umformen (IHU), ein Verfahren der Metallformung zur Herstellung von anspruchsvollen Bauteilen mit komplexer Geometrie aus meist hohlzylindrischen Halbzeugen, wird in einigen Branchen seit mehreren Jahrzehnten mit großem Erfolg angewendet. Insbesondere die vielfältigen Applikationen aus dem Automotivbereich wie z.B. Elemente der Abgasanlage, Strukturbauteile oder auch Antriebselemente können hergestellt werden. Da die Trends der Rohr- und Blechumformung in Richtung Leichtbau, komplexer Bauteile mit geringen Ausbringungsmengen und hoher Genauigkeit gehen, ist perspektivisch mit der Erschließung weiterer Anwendungs-gebiete zu rechnen. Um das Verfahren effizienter zu gestalten, können zusätzliche Prozesse in das IHU-Verfahren integriert werden. Beispiele dafür sind das Lochen sowie das Kragenziehen und weitere Fügeprozesse. Typische Bauteile sind Leicht-baunockenwellen, bei denen die Nocken innerhalb des Umformprozesses auf die Rohre form- und kraftschlüssig gefügt werden. Ungeachtet einer beliebigen dreidimensionalen Formgebung und der hohen Flexibilität unterliegt das IHU-Verfahren gewissen Restriktionen. So werden im industriellen Umfeld generell nur Halbzeuge mit Wanddicken ab 1,5 mm bis maximal 3,5 mm umgeformt. Bei dünnwandigen, rohr-förmigen Bauteilen sind Wanddicken unter 1 mm üblich. Diese erfordern spezielle technologische Maßnahmen im Bereich des Werkzeugbaus insbesondere Anforderungen an Dichtsystem sowie Werkzeuggravur und unterliegen Prozessparametern mit entsprechend kleineren Prozessfenstern.

Hydroforming, a metal forming process for the production of sophisticated components with complex geometries from mostly tubular semi-finished products, has been successfully applied in some industries for several decades. Particularly, various applications from the automotive sector such as elements of the exhaust system, structural components or drive elements can be manufactured. As trends in tube and sheet metal forming move towards lightweight construction, complex components with low production volumes, and high precision, the prospective expansion into further application areas is anticipated. To enhance the efficiency of the process, additional processes can be integrated into the hydroforming process. Examples of this are punching, collar pulling and other joining processes. Typical components include lightweight camshafts in which the cams are form- and force-fitted onto the tubes within forming process. Despite arbitrary three-dimensional forming and the high degree of flexibility, the hydroforming process is subjected to certain restrictions. Generally, in an industrial environment, only semi-finished products with wall thicknesses from 1.5 mm to a maximum of 3.5 mm are formed. Wall thicknesses of less than 1 mm are common for thin-walled, tubular components. These require special technological measures in the area of toolmaking, particularly regarding sealing system and tool engraving, and are subjected to process parameters with correspondingly smaller process windows

Der in den Ingenieurwissenschaften zunehmend populäre Einsatz der Origami-Technik eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung von effizienten Tragkonstruktionen [1]–[5]. In Verbindung mit leistungsfähigen, zementbasierten Verbundwerkstoffen bietet die Origami-Technik einen innovativen Ansatz für Entwurf und Realisierung von leichten tragenden Strukturen nach dem Prinzip form follows force – dem Grundgedanken des SPP 1542. [Aus: Motivation und Zielsetzung] / The increasingly popular use of origami technology in the engineering sciences opens up new possibilities for the manufacture of efficient load-bearing structures [1]–[5]. In combination with high-performance, cement-based composite materials, origami technology of ers an innovative approach to the design and realisation of lightweight load-bearing structures based on the principle form follows force –the basic idea of SPP 1542. [Off: Motivation and objectives]

aus dem Inhalt: „Die im Teilprojekt Sobek (siehe S. 626 ff .) entwickelte gefrorene Sandschalung zur abfallfreien Herstellung von Betonbauteilen wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Konsortiums Carbon Concrete Composite – C3 für die Herstellung dünnwandiger und gekrümmter Sandwichelemente weiterentwickelt. Der vorliegende Kurzbericht fasst die Forschungsergebnisse des Projekts C3Sandwich zusammen. Eine ausführliche Beschreibung der Arbeiten wurde in [1] veröffentlicht....” / from teh content: „Within the framework of the BMBF-funded consortium Carbon Concrete Composite – C3, the research on sand formwork for the waste-free production of concrete components (TP Sobek, p. 626 seq.) was further advanced towards the production of thin-walled and curved sandwich elements. This report summarizes the research results of the project C3Sandwich. A detailed description of the work was published in [1]....”

Im Rahmen der Dissertation wurde eine Fertigungstechnologie entwickelt, die die Überleitung des Stahlniederdruckgießverfahrens (3CAST) in die Produktion und somit die Erzeugung des dünnwandigen Stahlgusses ermöglicht. Die konventionellen Stahlgusswerkstoffe sowie ihre Gießbarkeit und Wärmebehandlung wurden untersucht und an die Besonderheiten des neuen Verfahrens und dünnwandigen Stahlgusses angepasst. Auf der Basis von schon existierenden Gießtechnologien wurde eine Formträgertechnologie (FTTech) entwickelt, die unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte eine hohe Gussteilqualität und Wirtschaftlichkeit des Gießverfahrens sichert. Die gewonnen Ergebnisse wurden anhand eines Formträgerprototyps unter produktionsnahen Bedingungen erfolgreich erprobt. Somit ist eine Grundlage für den bei der Fa. Evosteel GmbH geplanten Aufbau der Fertigungstechnologie zur Serienproduktion von komplexen dünnwandigen Stahlgussteilen geschaffen.

Im Rahmen der Dissertation wurde eine Fertigungstechnologie entwickelt, die die Überleitung des Stahlniederdruckgießverfahrens (3CAST) in die Produktion und somit die Erzeugung des dünnwandigen Stahlgusses ermöglicht. Die konventionellen Stahlgusswerkstoffe sowie ihre Gießbarkeit und Wärmebehandlung wurden untersucht und an die Besonderheiten des neuen Verfahrens und dünnwandigen Stahlgusses angepasst. Auf der Basis von schon existierenden Gießtechnologien wurde eine Formträgertechnologie (FTTech) entwickelt, die unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte eine hohe Gussteilqualität und Wirtschaftlichkeit des Gießverfahrens sichert. Die gewonnen Ergebnisse wurden anhand eines Formträgerprototyps unter produktionsnahen Bedingungen erfolgreich erprobt. Somit ist eine Grundlage für den bei der Fa. Evosteel GmbH geplanten Aufbau der Fertigungstechnologie zur Serienproduktion von komplexen dünnwandigen Stahlgussteilen geschaffen.:1 Einleitung 2 Stand der Technik „Fertigung dünnwandiges Stahlgusses“ 2.1 Stahlgusswerkstoffe 2.2 Metallurgische Erzeugung 2.3 Gießtechnologie 2.3.1 Schwerkraftguss 2.3.2 Gegenschwerkraftguss 2.3.3 Druckguss 2.3.4 Schleuderguss 2.4 Formtechnologie 2.4.1 Dauerformen 2.4.2 Verlorene Formen 2.4.2.1 Tongebundene Formen 2.4.2.2 Technologie der kalthärtenden Formstoffe 2.4.2.3 Technologie der warmhärtenden Formstoffe 2.4.2.4 Feinguss 2.4.2.5 Vollformguss 2.4.2.6 Vakuumformverfahren 2.4.3 Stützschalenverfahren 2.5 Wärmebehandlung 2.6 Dünnwandiger Stahlguss 2.6.1 Erzeugung 2.6.2 Anwendungsgebiete 3 Aufgaben und Zielstellung der Arbeit 4 Werkstoffentwicklung 4.1 Werkstoffauswahl 4.2 Probenentwicklung 4.3 Untersuchung des Erstarrungs- bzw. Abkühlungsvorganges 4.3.1 Versuchsdurchführung 4.3.2 Ergebnisse der Untersuchung 4.3.3 Diskussion der Ergebnisse 4.4 Wärmebehandlung und Ermittlung mechanischer Eigenschaften 4.4.1 Versuchsdurchführung 4.4.2 Ergebnisse der Untersuchung 4.4.3 Diskussion der Ergebnisse 5 Entwicklung der Formtechnologie 5.1 Konzepterarbeitung 5.1.1 Kernpaket 5.1.2 Formträger 5.1.3 Konturnaher Formträger 5.1.4 Formträger mit Formhinterfüllung 5.2 Vorversuch 5.2.1 Versuchsdurchführung 5.2.2 Ergebnisse der Untersuchung 5.2.3 Diskussion der Ergebnisse 5.3 Entwicklung des Formträgerprototyps 5.3.1 Konstruktion des Formträgerprototyps 5.3.2 Erprobung des Formträgerprototyps 5.3.3 Ergebnisse der Untersuchung 5.3.4 Diskussion der Ergebnisse 5.4 Formstoffentwicklung 5.4.1 Untersuchungen zur Einsetzbarkeit verschiedener Formgrundstoffe 5.4.1.1 Untersuchte Formgrundstoffe 5.4.1.2 Eigenschaften der untersuchten Formgrundstoffe 5.4.1.3 Diskussion der Ergebnisse 5.4.1.4 Gießtechnologische Untersuchungen 5.4.1.5 Ergebnisse der gießtechnologischen Untersuchungen 5.4.1.6 Diskussion der Ergebnisse 5.4.2 Untersuchungen zur Einsetzbarkeit verschiedener Bindersysteme 5.4.2.1 Cold-box-Verfahren 5.4.2.2 Resol-CO2-Verfahren 5.4.2.3 Beach-Box-Verfahren 5.4.2.4 Diskussion der Ergebnisse 5.5 Entwicklung des Formstoffüberzuges 5.5.1 Laboruntersuchungen 5.5.2 Gießtechnologische Untersuchungen 5.5.3 Diskussion der Ergebnisse 5.6 Entwicklung des Formhinterfüllmateriales 5.6.1 Vorversuch mit Formträgerprototyp 5.6.2 Diskussion der Ergebnisse 5.6.3 Entwicklung des Formhinterfüllmateriales 5.6.4 Diskussion der Ergebnisse 6 Wirtschaftliche Betrachtung der entwickelten Technologie 7 Beiträge zur Verbesserung der Umweltbedingungen 8 Zusammenfassung

Schalentragwerke werden derzeit häufig aus Stahl oder Holz gebaut, dagegen findet Beton aus diversen Gründen selten Verwendung. Dies liegt unter anderem an der aufwändigen und daher kostenintensiven Schalungsherstellung [1], [2]. Werden Schalen mit einer Regelflächengeometrie entworfen, kann die Anwendung von Beton wieder wirtschaftlich sein. Regelflächen werden aus Geraden erzeugt und weisen dennoch eine doppelte Krümmung auf. Dadurch kann die Schalung aus geradlinigen Elementen (z. B. Holzbrettern) oder für eine höhere Präzision mit einer Heißdrahtschneidemaschine hergestellt werden. Somit lässt sich das effiziente Tragverhalten doppelt gekrümmter Schalen mit einer vergleichsweise einfachen Herstellung vereinen [3], [4]. [Aus: Einführung] / These days, shell structures are generally made of steel or wood, whereas concrete is rarely used. One reason for this is the complex and therefore cost-intensive production of formwork [1], [2]. However, with the use of ruled surface geometries, the use of concrete can once again become economical. Ruled surfaces are created from straight lines and still can have a double curvature. This allows the formwork to be made from straight elements (e.g. wooden boards) or for greater precision, with a hot wire cutting machine. Thus, the effcient load-bearing behaviour of doubly curved shells can be combined with a comparatively simple production process [3], [4]. [Off: Introduction]

Zielstellung des Forschungsprojektes war die Entwicklung eines montagefertigen Verbundsystems aus vorgefertigten Elementen, Verankerungen und Unterkonstruktion zur Umsetzung nachhaltiger Fassadenlösungen. Dabei wurde ein neuer mineralischer Materialverbund mit textiler Verstärkung eingesetzt, der die Fertigung extrem dünnwandiger 3D-geformter Elemente mit hoher Passgenauigkeit gestattet. Das somit eröffnete sehr große Leichtbaupotential geht mit einer starken Gewichtsreduktion einher und ermöglicht damit erhebliche Ressourcen- und Energieeinsparungen. ... / The aim of the research project was the development of an assembly working system consisting of careful elements, anchors and substructure for the development of leading facade solutions. Has become a new mineral composite material with a textile ef ect, which allows the production of extremely narrow-walled 3D high-performance elements with a high degree of accuracy. This means that there is a very great potential for lightweight construction, with a strong weight reduction and thus enables what it is to do. ...