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      Numerische Modellierung eines industriellen Giessverfahrens von Bimetall-Le...

      Numerische Modellierung eines industriellen Giessverfahrens von Bimetall-Legierungen

      Experimentelle Ermittlung von Prozessparametern und Kühlleistung, sowie inverse Modellierung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Lösen der Wärmediffusionsgleichung.

      Thermokamerauntersuchungen des Abkühlprozesses

      Anbringung von Thermoelementen bei 1000 °C

      Ausgangslage

      Kugler Bi Metal SA stellt bi-metallische Gleitlager aus Bronzelegierungen und Stahl her. Dabei wird die Rohgeometrie (Stahl) mit einer Bronzelegierung ein- oder mehrseitig beschichtet und nachbearbeitet. Somit entstehen aus der Kombination von gehärtetem Stahl und den Gleiteigenschaften der Bronzelegierungen optimale Lager für viele Einsatzmöglichkeiten, wie Transport, Aviatik und Hydraulik. Beim Giessverfahren und der anschliessenden Abkühlung ist eine homogene Erstarrungsfront im Bauteil anzustreben, um Risse und Mikroporositäten in der Bronzelegierung zu vermeiden.

      Ziele

      Im Innovationsprojekt, unterstützt von Innosuisse, wird durch Charakterisierung und Optimierung des bestehenden Abkühlprozesses von bi-metallischen Gleitlagern deren Qualität erhöht und Betriebskosten reduziert.

      Aus experimentellen Untersuchungen der Prozessparameter des Abkühlprozesses werden die Anfangs- und Randbedingungen für eine thermo-mechanische Simulation definiert. Diese Simulation begründet die Grundlage zur Entwicklung einer Comsol-App, welche es Anwendern in der Giesserei ermöglicht die entsprechende Bauteilgeometrie hochzuladen und anhand der App die optimalen Prozessparameter und Abkühlbedingungen einzustellen.

      Ergebnisse

      Mittels Thermokameraaufnahmen (linkes Bild) und Thermoelementen wurde der Abkühlprozess sowie die Erstarrung der Bronzelegierung charakterisiert. Anhand der experimentell ermittelten Abkühlkurven konnte durch inverse Modellierung der Wärmediffusionsgleichung, der Wärmeübergangskoeffizient (α) berechnet werden. Daraus wurde eine α-Map erstellt (Mitte), welche wiederum als Randbedingung für die thermo-mechanische Simulation implementiert wurde. In einem iterativen Prozess zwischen Experiment und Simulation konnte die Simulation verifiziert werden. Des Weiteren wird die Simulation dazu genutzt, für bestimmte Abkühlcharakteristika Defekte und Mikroporositäten im Bauteil zu lokalisieren, welche anschliessend experimentell hergestellt und durch unser Partnerinstitut, dem Institut für Produkt- und Produktionsengineering FHNW, mittels Materialanalysen untersucht werden.

      Projekt-Information

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      Auftraggeber

      Kugler Bimetal SA

      Ausführung

      Institut für Thermo- und Fluidengineering FHNW, Institut für Produkt und Produktionsentwicklung FHNW, HEPIA (Haute École du Paysage, d’Ingénieure et d’Architecture)

      Förderung

      Innosuisse

      Dauer

      2 Jahre

      Projektteam

      Norbert Hofmann, Philip Schoass, Merima Hotic, David Jost

      Die FHNW

      Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
      Institut für Thermo- und Fluid-Engineering
      Norbert Hofmann

      Prof. Dr. Norbert Hofmann

      Dozent für thermo-mechanische und Giess-Simulation

      Telefonnummer

      +41 56 202 73 98 (undefined)

      E-Mail

      norbert.hofmann@fhnw.ch

      Adresse

      Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW Hochschule für Technik und Umwelt Klosterzelgstrasse 2 CH-5210 Windisch

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