Führungskomponenten frühzeitig erkannt als auch unnötige Maschinenstillstände durch eine intelligente Instandhaltungsplanung vermieden werden. Für die industrielle Herstellung sensorischer Komponenten eignen sich besonders individuell anpassbare, direktabgeschiedene Dehnungsmessstreifen (DMS). Grund hierfür ist die einfache Applikation, ein geringer Platzbedarf und eine hohe Sensitivtät dieser DMS. Im Projekt werden auf Basis von sensorischen Führungswagen Methoden und Technologien zur Konzeptionierung und zum Einsatz sensorischer Komponenten auf Basis direktabgeschiedener Sensorik für den Einsatz unter industriellen Randbedingungen erforscht.
Linearführungssysteme sind wichtige Bestandteile einer Werkzeugmaschine. Aufgabe der Linearführungssysteme ist die Umsetzung einer hochgenauen Verfahrbewegung der Maschinenachse in der freigegebenen Achsrichtung sowie das Sperren aller übrigen Freiheitsgrade. Häufig werden Rollenschienenführungen verwendet, bei denen Rollen das Bindeglied zwischen den Führungsschienen und den Führungswagens bilden. Um eine Verformung der Werkzeugmaschinenkomponenten in den gesperrten Achsrichtungen zu verhindern, sind die Komponenten der Führungssysteme mechanisch sehr steif ausgeführt. Bei einer Belastung der Führungskomponenten in den gesperrten Richtungen, z. B. durch innere Zwangkräfte, treten somit zunächst nur geringe Dehnungen in den Kompoenten auf. Unerwünschte Zustände in Linearführungssystemen, wie eine fehlerhafter Schmierung, Montagefehlern oder Ermüdungsschäden können allerdings im Zeitverlauf zu steigenden elastischen Verformungen der Führungskomponenten führen. Diese können ein vorzeitiges Versagen des Führungssystems und damit einen hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand zur Folge haben. Mithilfe von DMS können die Kompoentenverformungen bereits frühzeitig erfasst werden, um eine Bewertung des Zustands der Linearführungssysteme im Betrieb umzusetzen.
Die hohe Steifigfkeit der Führungskomponenten erschwert alllerdings den Einsatz von konventionellen DMS für die Umsetzung der Zustandsüberwachung. Grund hierfür ist die geringe Sensorsensitivität und die geringen Dehnungen der Führungskomponenten. Zudem ist eine kraftflussgerechte Positionierung dieser DMS bei geringer Bauraumverfügbarkeit und eingeschränkter Zugänglichkeit sehr aufwendig. Um die Probleme von konventionellen DMS zu überwinden, können neuartige, direktabgeschiedene DMS eingesetzt werden. Hierbei werden sehr dünne DMS-Strukturen mittels Sputterverfahren additiv auf der zu überwachenden Führungskomponenten, z. B. den Führungswagen, maschinell aufgetragen. Dadurch wird eine kraftflussgerechte Applikation hoch-sensitiver metallischer DMS ermöglicht. Darüber hinaus ist die Applizierung dieser DMS durch Einsatz einer Beschichtungsanlage einfach und reproduzierbar durchführbar und somit für den industriellen Einsatz geeignet.
Um die Stärken dieses Verfahrens voll auszunutzen, wird im ersten Schritt eine möglichst exakte Abbildung der Dehnungsverhältnisse am Führungswagen mithilfe einer mechanischen Simulation erstellt. Auf Basis dieser wird die kraftflussgerechte Positionierung der direktabgeschiedenen DMS auf den Führungswagen abgeleitet. Anschließend wird die Kraftmessung an den sensorischen Führungswagen zunächst in einem Prüfstand und anschließend in einer realen Portalfräsmaschine mit mehreren sensorisch ausgestatten Führungswagen untersucht.
Für die Prozessüberwachung und die bedarfsgerechte Instandhaltung des Führungswagens sollen im Projekt zwei wesentliche Erkenntnisse gewonnen werden: Zum einen soll eine Methode erarbeitet werden, die eine einfache Auslegung, Fertigung und Anwendung direktabgeschiedener DMS für Werkzeugmmaschinenkomponeten erlaubt. Zum andern soll aufgezeigt werden, dass durch die Anwendung von Beschichtungsanlagen die Herstellung sensitiver, sensorischer Komponenten im industriell Maßstab ermöglicht werden kann.
