Kraft an Stufenpressen wird örtlich aufgelöst gemessen

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

G+K Umformtechnik GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Leibniz Universität Inst. für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM)

Funktionsanalyse unter Laborbedingungen

Nach der Kalibrierung der Messkette wurden die Funktionsweise der neu entwickelten Kraftsensoren sowie der dazugehörigen Auswerteelektronik verifiziert. Bei diesem Test wurde das Hauptaugenmerk auf die Messung der örtlichen Verteilung der Gesamtkraft gelegt. Im Ausgangszustand für diesen Versuch wurde der segmentierte Kraftsensor zunächst zentrisch mit einer Last von 10 kN beaufschlagt und die Maximalwerte der einzelnen Sensorsegmente aufgezeichnet. Anschließend wurde der segmentierte Kraftsensor exzentrisch zur Sensorachse belastet. Ausgehend von der zentrischen Belastung, wurde in sechs aufeinander folgenden Messungen die Exzentrizität jeweils um 1 mm erhöht. In Bild 4 sind der Versuchsaufbau sowie die prozentuale Kraftverteilung bei unterschiedlichen Exzentrizitäten dargestellt. Die Ergebnisse zeigen einen kausalen Zusammenhang zwischen der Exzentrizität der Krafteinleitung und der gemessenen Verteilung der Gesamtkraft. Wie zu erwarten war, ist die gemessene Kraft bei zentrischer Krafteinleitung auf alle acht Segmente in etwa gleich verteilt. Bei zunehmender Exzentrizität ist eine örtliche Verschiebung der gemessen maximalen Segmentkraft in gleicher Richtung zu erkennen.

Um die aufgebaute Messkette unter realen Bedingungen zu testen und die Tauglichkeit der örtlich aufgelöst messenden Umformkraft-Sensorik zur Detektion von Prozessfehlern zu analysieren, wurden verschiedene Versuche mithilfe des mehrstufigen Versuchswerkzeugs durchgeführt (Bild 5). Insbesondere wurde ermittelt, welche Prozessfehler zu signifikanten Signaländerungen führen und in wie weit sowohl qualitative als auch quantitative Rückschlüsse von Signalen und Signalverläufen auf die individuellen Fehler möglich sind.

Sensitivitätsanalyse mit fünfstufigem Versuchswerkzeug

Neben der Variation des unteren Totpunktes, Veränderungen der Ziehölbenetzung sowie einer reproduzierbaren Werkzeugverunreinigung wurde in diesen Versuchsreihen die Exzentrizität zwischen dem Stempel und der Matrize mittels der im Versuchswerkzeug integrierten Verstelleinrichtung variiert. Dies dient der Nachbildung von Versatzfehlern, wie sie zum Beispiel beim Einrichten des Werkzeugs auftreten können.

Wie in Bild 6 zu sehen ist, steigt mit einer horizontalen Verschiebung der Matrize auf eine Exzentrizität von 0,2 mm auch der Einfluss auf die gemessene Verteilung der Gesamtkraft. Besonders bei diesem Prozessfehler zeigt sich ein Vorteil der bislang angewandten Kraftsensorik für die Prozessüberwachung. Wohingegen der Gesamtkraftverlauf lediglich eine parallele Verschiebung der gemessenen Gesamtkraft zur Referenzkurve aufweist, ist bei der Betrachtung der qualitativen Segmentkraftverläufe eine Abgrenzung zu anderen Fehlerarten möglich. Ebenso konnte ein fehlerhafter Rondenausschnitt, der vorwiegend bei Zickzack-Vorschüben auftritt, eindeutig mithilfe der örtlich aufgelöst messenden Umformkraft-Sensorik identifiziert werden.

Das wirtschaftliche Potenzial, das sich aus der Entwicklung des neuartigen Kraftsensors ableitet, ist weitreichend. Künftig könnte dieses System in verschiedenen Bereichen Anwendung finden und zu einer höheren Prozesssicherheit beitragen. Die zusätzlichen Informationen, die sich mit diesem System aus der Kraftüberwachung gewinnen lassen, können Beschädigungen und Störungen an Werkzeug und Maschine aufspüren und mittels automatisierten Abschaltens der Maschine Folgeschäden vermeiden. Geringerer Material- und Personalaufwand, niedrige Ausfallzeiten sowie verringerte Instandhaltungskosten zählen zu den Faktoren, von denen Produktionsunternehmen profitieren könnten.

* Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens leitet das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (ifum) an der Leibniz-Universität Hannover in 30823 Garbsen, Y. Li und T. Nitschke sind dort als wissenschaftliche Mitarbeiter tätig, Tel. (05 11) 7 62-1 80 44,

* nitschke@ifum.uni-hannover.de

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