Das Rotationszugbiegen (RZB) ist ein Profilbiegeverfahren, welches vor allem in der Industrie zum Biegen von Metallrohren eingesetzt wird. Derzeit werden beim RZB-Verfahren geometriespezifische Biegewerkzeuge verwendet. Konventionell setzt sich ein solcher Werkzeugsatz aus den Einzelwerkzeugen Gegenhalter, Biegeform, Klemmbacken, Faltenglätter, Spannzange und Dorn zusammen. Diese Werkzeuge haben vereinfachte Geometrien mit einer halbkreisförmigen Werkzeugkavität, die nur einem spezifischen Rohrdurchmesser entspricht. Dies macht das RZB-Verfahren unflexibel, da mit einem bestimmten Satz von Biegewerkzeugen keine unterschiedlichen Rohrdurchmesser verwendet werden können. Neben der Prozessflexibilität erfordern moderne Produktionssysteme heutzutage, dass die Werkzeuge kostengünstig und leicht sind. Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, moderne Fertigungstechniken, d. h. additive Fertigung und digitale Zwillinge des RZB-Prozesses, zu nutzen, um Biegewerkzeuge zu entwickeln, die sowohl kostengünstig und leicht sind als auch dem RZB-Prozess Prozessflexibilität verleihen. Ein digitaler Zwilling des RZB-Prozesses wird entwickelt, dessen Genauigkeit durch den Vergleich aus FE-Simulationsergebnissen und praktisch durchgeführten Experimenten verifiziert wird. Die Designfaktoren, die das Werkzeug entscheidend beeinflussen, werden durch Prototyping innerhalb des digitalen Zwillings identifiziert. Diese Methode umfasst die systematische Entwicklung und Prüfung von 3D-gedruckten Polymerwerkzeugen im RZB-Prozess. Zusätzlich wird an einer herkömmlichen Werkzeuggeometrie die Methode der Topologieoptimierung durchgeführt, um den minimalen Materialbedarf innerhalb des Werkzeugs zu ermitteln. Die Ergebnisse aus dem digitalen Zwillings-Prototyping und der Topologieoptimierung laufen schlussendlich in der Entwicklung eines Hybridwerkzeugs zusammen. Ein Hybridwerkzeug besteht aus zwei verschiedenen Materialien, in diesem Falle Polymer und Metall, die auf der Grundlage der Anforderungen, die sich aus der Prozessparametrisierung und der Topologieoptimierung ergeben, zielgerichtet entsprechend der Ashby-Materialtabellen ausgewählt werden. Ein Modell des Hybridwerkzeugs wird entsprechend der Eigenschaften der ausgewählten Materialien und den identifizierten Werkzeugkonstruktionsfaktoren entwickelt. Das Modell wird in den digitalen Zwilling des RZB-Prozesses importiert und das Werkzeugverhalten wird durch Prozesssimulationen mit verschiedenen Rohrdurchmessern untersucht. Nach der Ermittlung der Prozessdurchführbarkeit durch den digitalen Zwilling wird das aus Polymer und Metall bestehende Hybridwerkzeug real gefertigt und im RZB-Prozess experimentell getestet. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das hier vorgestellte Hybridwerkzeug Biegevorgänge mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern durchführen kann und gleichzeitig eine erhebliche Materialeinsparung innerhalb des Werkzeugs ermöglicht. Hierfür wird ein Vergleich zwischen den neuartigen 3D-gedruckten Hybridwerkzeugen und herkömmlichen Stahlwerkzeugen durchgeführt. Es wird eine Rechenvorschrift vorgestellt, welche die Effizienz von Biegewerkzeugen anhand des Werkzeug-Effizienz-Index (TEi) bestimmt. Für praktische Anwendungen wird die Geometrie von 3D-gedruckten Hybridwerkzeugen durch das Seitenverhältnis und entsprechende Skalierungsfaktoren standardisiert.

Die breite Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien hat die Kosten deutlich gesenkt und die weltweite Zellproduktion stark erhöht. Dies unterstützt nationale und internationale Ziele der Dekarbonisierung und Elektrifizierung, besonders im Verkehrssektor, bringt jedoch erhebliche Herausforderungen mit sich. Traktionsbatterien aus beschädigten oder ausgemusterten Elek- trofahrzeugen erfordern effiziente Ansätze, um ihre Eignung für Second-Life-Anwendungen zu prüfen, ihre Recyclingfähigkeit einzuschätzen und Risiken zu erkennen. Für eine wirtschaftliche Handhabung in Second-Life-Szenarien sind schnelle Diagnose und Entscheidungen wichtig. Bisherige Forschung konzentrierte sich vor allem auf die Vorhersage von Alterung oder Defekten in gut bekannten Zellen. Universelle Ansätze zur Analyse von Zellen mit unbekannter Chemie, Ladezustand und Alterungszustand sind hingegen kaum erforscht, obwohl sie das Potenzial haben, Wiederverwendung und Recycling deutlich zu steigern. Diese Arbeit untersucht verschiedene Ansätze zur schnellen Diagnose von Lithium-Ionen-Batterien und deren Kombination zur Bewertung der Second-Life- und Recycling-Fähigkeit. Untersucht wird die datenbasierte Identifikation von Zellchemien, insbesondere die Unterscheidung von Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisen-Phosphat anhand partieller Leerlaufspannungskurven. Zur Verbesserung der Generalisierbarkeit auf unterschiedliche Lade- und Alterungszustände wurden synthetische Daten erzeugt. Der Kompromiss zwischen Messgeschwindigkeit und Klassifikationsgenauigkeit wird bewertet, wobei der Einfluss der Messschritte sowie der geladenen oder entladenen Kapazität analysiert wird. Die Abschätzung des Alterungszustands ist ein zentraler Aspekt der Nutzbarkeitsbewertung. Messkampagnen zur Induktion spezifischer Defekt- und Alterungsmechanismen, wie Lithiumplating und Wachstum der Solid Electrolyte Interphase, wurden zusammen mit Referenzmessungen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie durchgeführt. Die Daten wurden mit öffentlich verfügbaren Impedanzdaten verschiedener Zellen kombiniert, um die schnelle Bestimmung des Alterungszustands unbekannter Lithium-Ionen-Batterien mittels neuronaler Netze zu prüfen. Als relevantester Frequenzbereich wurde 1 kHz bis 100mHz identifiziert; es zeigte sich, dass Multisinus-Impedanzmessungen von nur vier Sekunden ausreichen, um den Alterungszustand mit einem mittleren absoluten Fehler von 1,6% vorherzusagen. Zuletzt wird eine neue Methode zur Bewertung der Nutzbarkeit von End-of-Life-Zellen vorgestellt, die die Kombination verschiedener Diagnoseverfahren und -werkzeuge ermöglicht.