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EFB-Forschungsbericht Nr. 368

Optimierte Auslegung und Überwachung von Stößelführungen mit Wälzlagern mit einem neuartigen Kraftmesssystem

efb368

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, M.Sc. Sergej Teichrib, Dipl.-Ing. Valerian Salfeld, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

78 Seiten (sw, 51 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-410-0

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 55,93

Zusammenfassung

Die Arbeitsgenauigkeit einer Umformmaschine und die erreichbare Bauteilqualität werden maßgeblich von der Stößelführung beeinflusst, da diese die aus dem Prozess resultierenden Horizontalkräfte und Momente aufnehmen muss. Um eine hohe Führungspräzision zu erreichen, werden daher zunehmend vorgespannte und spielfreie Wälzlager eingesetzt. Aufgrund der stoßartigen Belastungen während des Umformprozesses können die Standzeiten von Wälzführungen für diesen Anwendungsfall nur ungenau vorhergesagt werden.

Im Hinblick auf eine belastungsgerechte Auslegung von Wälzlagerführungen für Umformmaschinen bereits während der Entwicklungs- und Konstruktionsphase, wurden in diesem Forschungsprojekt die Horizontalbelastungen an der Stößelführung einer Exzenterpresse untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl simulationsgestützt, mittels der Mehrkörpersimulation (MKS) an einem Modell der Versuchspresse, als auch experimentell mit einer hierfür gefertigten Kraftsensorik. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit den messtechnisch erfassten Größen wie den Verlagerungen und der Kräfte zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.

Das ebenfalls im Rahmen des Projektes programmierte Überwachungsprogramm, mit welchem die entwickelte Sensorik ausgelesen wird, erlaubt eine betriebsbegleitende Aufzeichnung und Visualisierung der Belastungszustände an den Führungen. Überkritische Beanspruchungen werden somit unmittelbar angezeigt. Durch die Implementierung der Lebensdauerformeln für Profilschienenführungen ist zudem eine Abschätzung der ausstehenden Standzeit der Führungselemente möglich, sodass Instandhaltungs- und Wartungsintervalle planbar gestaltet werden können.

Weiterhin wurde eine piezoresistive Kraftsensorik, basierend auf einer amorphen Kohlenwasserstoffschicht, mittels des PVD (Physical Vapor Deposition) - Verfahrens dünnschichtig auf die Oberfläche eines Kugelführungswagens aufgebracht. Mit der aufgedampften Sensorik wird eine auf die Anschraubfläche wirkende Normalkraft erfasst, indem indirekt der kraftabhängige elektrische Widerstand der Sensorschicht erfasst wird. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Optimierte Auslegung und Überwachung von Stößelführungen mit Wälzlagern mit einem neuartigen Kraftmesssystem“ wurde unter der Fördernummer AiF 16448N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 368 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis
1. Zusammenfassung
2. Einleitung und Problemstellung
3. Stand der Technik
3.1 Führungsarten des Pressenstößels
3.1.1 Gleitführungen
3.1.2 Wälzführungen
3.1.3 Profilschienenführungen
3.2 Untersuchungen von Pressenführungen
3.3 Auslegung von Wälzführungen unter pressentypischer Belastung
4. Forschungsziel und Lösungsweg
5. Modellierung der Versuchspresse
5.1 CAD Modellierung der Presse
5.2 Mehrkörpermodellierung
5.2.1 Starres MKS Modell
5.2.1 Hybrides MKS Modell
5.3 Validierung des Simulationsmodells
5.3.1 Experimentelle und virtuelle Vertikalbelastung
5.3.2 Validierung mittels statischer Horizontalbelastung
5.3.3 Validierung an einem realen Umformprozess
6. Entwicklung einer Kraftmesstechnik
6.1 Messprinzip
6.1.1 Qualifizierung eines Sensorwerkstoffes
6.2 Fertigung der Dünnschichtsensoren
6.3 Auslegung der Auswerteelektronik
6.3.1 Schaltungsentwurf
6.3.2 Erstellung der Auswerteelektronik
6.3 Programmierung eines Überwachungsprogramms
6.4 Untersuchung der Dünnschichtsensoren
7. Ermittlung der Kraftverteilung am Führungswagen
7.1 Versuchsaufbau
7.2 Messergebnisse
7.3 Fazit
8. Untersuchungen zur direkten Integration einer Kraftmesstechnik in PSF
8.1 Piezoresistive Dünnschichtsensorik auf Führungswagen
8.2 Herstellung einer direkt aufgedampften Sensorik
8.3 Experimentelle Untersuchungen
8.3.1 Erstellung einer Messkette
8.3.2 Versuchsaufbau
8.3.3 Ergebnisse
8.4 Fazit
9. Ergebnisse und Ausblick
10. Symbolverzeichnis
11. Literaturverzeichnis