Umformverhalten von großflächigen, dünnwandigen und sphärischen Strukturen im Flugzeugbau

Es besteht stetiger Trend, Flugzeugstrukturen aufgrund ökologischer und ökonomischer Gründe weiter bzw. neu zu entwickeln. Dabei bietet die neuartige Aluminiumlegierung AlMgSc aufgrund einiger sehr guten Eigenschaften großes Potential zum Einsatz im Flugzeugrumpf. Beispielsweise wirkt sich vorteilhaft aus, dass großflächige und dünnwandige Strukturen aus AlMgSc hervorragend kriechumgeformt werden können, wobei die Werkstücke bei erhöhter Temperatur und über einen längeren Zeitraum hinweg pneumatisch in eine Negativform gedrückt werden. Während das niederhalterlose Kriechumformen zylindrischer bzw. einfach gekrümmter Bleche problemlos möglich ist, neigen jedoch sphärische bzw. doppelt gekrümmte Strukturen zum Beulversagen während des Umformens. Die vorliegende Arbeit behandelt zunächst die Herstellbarkeit dünnwandiger und sphärisch gekrümmter Werkstücke durch das niederhalterlose pneumatische Umformen mit besonderem Fokus auf das Beulversagen. Dabei wird durch experimentelle, numerische und analytische Untersuchungen die Gefahr des Beulens, die sogenannte ""Beulkritikalität"", in Abhängigkeit geometrischer und werkstofftechnischer Größen ermittelt. Des Weiteren wird beschrieben, wie beulkritische Bleche durch die geeignete Nutzung von Niederhaltern versagensfrei umgeformt werden können. Darüber hinaus erfolgt eine Evaluierung zur Anwendung von Heizmatten als energieeffiziente Möglichkeit der ofenlosen Blecherwärmung beim Kriechumformen anhand von mehreren Versuchen. Abschließend wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse an zwei luftfahrtbezogenen Anwendungsbeispielen gezeigt.