Großbauteilbearbeitung

Potenziale von Verformungssensoren in der Großbauteilbearbeitung

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Günstige Sensoren ersetzen teure Klimatechnik

Dazu wird die Verformung der Maschine durch ein System integrierter Sensoren ständig überwacht. Mithilfe eines mathematischen Modells können daraufhin Positionierfehler der Maschine berechnet werden. Mit den bekannten Fehlern ist es nun möglich, die Positionierung der Maschine über die Steuerung zu korrigieren. Indem die Maschinenverformung kontinuierlich überwacht und vorausberechnet wird, kann die Maschine selbst völlig ohne Klimatisierung hochgenau arbeiten. Damit können Klimatisierungsmaßnahmen und somit Kosten eingespart werden.

Eine Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit des Konzepts ist eine hohe Messgenauigkeit der Sensorapplikationen. Dazu wurden durch das Fraunhofer-IPT umfangreiche Untersuchungen an Prüfständen durchgeführt. Die Funktionsfähigkeit und Messgenauigkeiten konnte unter unterschiedlichen Voraussetzungen bestätigt werden. So können durch die Temperaturstabilität der eingesetzten Sensoren zuverlässig thermisch bedingte Verformungen mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Zum anderen werden auch Verformungen durch mechanische Lasten, wie beispielsweise Gewichtskräfte, zuverlässig erfasst.

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Jedoch ist ein hochgenaues Messen der Verformung allein nicht ausreichend, um resultierende Fehler am Werkstück zu korrigieren. Um den Fehlereinfluss der Maschinenverformung auf die Bauteilgenauigkeit zu ermitteln, muss auch das mathematische Modell mit hoher Genauigkeit und fehlerfrei arbeiten. Dies konnte auf Prüfständen für unterschiedliche Belastungsfälle ebenfalls demonstriert werden. Die Versuchsergebnisse lassen den Schluss zu, dass bis 95 % der Fehler, welche durch die Verbiegung eines Maschinenständers am Werkstück entstehen, durch das System erfasst und berechnet werden können. Damit zeigt sich, dass der Einsatz des Systems in Großmaschinen gute Ergebnisse verspricht. So ist es denkbar, dass in allen Komponenten, die großen Verformungen ausgesetzt sind, Sensorsysteme installiert werden. Da sich das System zu geringen Kosten im Verhältnis zu den Gesamtkosten einer Großwerkzeugmaschine realisieren lässt, ist dies ein sinnvoller Ansatz.

Jedoch muss weiterhin sichergestellt werden, dass das System nicht nur unter Laborbedingungen, sondern auch im Praxiseinsatz funktioniert. Durch den Entwicklungspartner SHW Werkzeugmaschinen wurde dafür ein Messsystem installiert, mit dem sich die Ausdehnung eines 20 m langen Maschinenbetts direkt erfassen lässt. Damit wurden bereits wichtige Erkenntnisse über das Verhalten der Maschine unter unterschiedlichen Temperatureinflüssen gewonnen. Das System zeigt an, wie das Maschinenbett bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet. Dabei kann die Beobachtung der Verformung über Monate stabil durchgeführt werden. In weiteren Tests an diesem Maschinenbett wurde bestätigt, dass die Genauigkeit der Messungen mit der eines Laserinterferometers vergleichbar ist – wie es aussieht, zu einem Bruchteil der Kosten.

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