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Sensorisches Festwalzwerkzeug für die Prozessüberwachung

Sensorisches Festwalzwerkzeug für die Prozessüberwachung

© IFW
Das kraftsensitive Festwalzwerkzeug mit sensorischem Werkzeughalter

Für hochbelastete Bauteile ist das mechanische Festwalzen ein effizientes Verfahren, um die Lebensdauer zu steigern. Weil Möglichkeiten der Prozessüberwachung fehlen, besteht bisher jedoch ein erhebliches Defizit bei der Automatisierung des Prozesses. In einem Kooperationsprojekt zwischen der MCU GmbH & Co. KG und dem IFW konnte mit Unterstützung durch die ECOROLL AG ein neuartiges sensorisches Werkzeug entwickelt werden, mit welchem nun erstmalig die Walzkräfte zweiachsig im Prozess überwacht werden können. Damit ist die Grundlage für eine Prozessüberwachung und -regelung geschaffen.

Die lebensdauersteigernde Wirkung des mechanischen Festwalzens wird durch das Einglätten der Werkstückoberfläche, eine Kaltverfestigung der Randzone sowie insbesondere dem Einbringen von Druckeigenspannungen erreicht. Die eingebrachten Druckeigenspannungen lassen sich in größerer Tiefe nur zerstörend messen. Um die Bauteilqualität dennoch bewerten zu können, ist die Überwachung des Prozesses entscheidend. Als besonders sensitive Größe stellt sich dabei die Festwalznormalkraft dar. Zur Bestimmung dieser wurde ein neuartiges sensorisches Festwalzwerkzeug entwickelt, das mehrachsige Kraftdaten im Prozess aufnimmt. Basierend darauf wird im Projekt ProMeFe (Prozessüberwachtes und geregeltes mechanisches Festwalzen (ProMeFe) – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen – Leibniz Universität Hannover (uni-hannover.de)) ein Prozessüberwachungssystem entwickelt, das die Prozesskräfte mit maschineninternen Daten verknüpft und damit die Prozessüberwachung und -regelung des Festwalzprozesses ermöglicht.

In Referenzversuchen am IFW wurden nun die sensorischen Eigenschaften des neuen Werkzeugs bestimmt. Dabei wurde die mehrachsige Walzkraftmessung des sensorischen Festwalzwerkzeugs mit der eines Mehrkoordinatendynamometers verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass das Festwalzwerkzeug eine Kraftauflösung von ± 20 N erreicht. Bezogen auf den vorgesehenen Anwendungsbereich von bis zu 4 kN bedeutet dies eine Abweichung von maximal 0,5 %. „Das Ergebnis übertrifft die ursprünglich für die Prozessüberwachung zum Ziel gesetzte Kraftauflösung von 100 N deutlich. Das Werkzeug kann somit ideal für die Prozessüberwachung und -regelung eingesetzt werden“, berichtet Projektbearbeiter Jan Berlin.

Aktuell werden in Versuchen im realen Festwalzprozess die sensorischen Eigenschaften weiter untersucht. Ziel ist es, die Sensitivität des Werkzeugs für typische Prozessfehler beim Festwalzen zu ermitteln, um darauf aufbauend die Prozessüberwachung realisieren zu können.

Kontakt:

Für weitere Informationen steht Ihnen Jan Berlin, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 511 - 18095 oder per E-Mail berlin@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.