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EFB-Forschungsbericht Nr. 315

Körperschalldiagnose beim vorlochfreien Umformfügen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Raik Grützner, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz - Prof. Dr. habil. Norbert Meyendorf, Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP Dresden

56 Seiten (sw, 42 teils Abb., 2 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-351-6

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Die Untersuchungen zur Körperschalldiagnose beim vorlochfreiem Umformen haben gezeigt, dass mit Hilfe akustischer Verfahren, der Fügeprozess charakterisiert und Fehler an der Matrize bzw. in der Verbindung festgestellt werden können. Zunächst wurde der Fügeprozess aufgeklärt und der dabei auftretende Körperschall den einzelnen Fügephasen zugeordnet. Es wurden geeignete Körperschallsensoren und ein industrietaugliches Auswertesystem mit verschiedenen Schnittstellen und entsprechender Steuersoftware entwickelt. Zahlreiche Verbesserungen in der Messkette wurden realisiert, um die Störanfälligkeit zu verringen. Damit einhergehend wurden optimale Sensorpositionen für bestehende Systeme ausgewählt und Vorschläge für die konstruktive Integration der Sensoren unterbreitet. Versuchsbegleitend wurden FEM-Simulationen zur Analyse der untersuchten Fehlerarten durchgeführt.

Besonderes Augenmerk bei den Untersuchungen wurde auf die Ermittlung der Körperschallereignisse unter realitätsnahen Bedingungen gelegt. Dabei entstand ein Versuchsfeld bestehend aus einem Industrieroboter mit Fügezange und automatischer Nietzuführung und dem feldtauglichen Überwachungssystem.

In den durchgeführten Messkampagnen wurden die Einflüsse auf den Körperschall beschrieben und eine Datenbasis für die Auswertealgorithmen geschaffen. Es wurde stichprobenartig neben dem Halbhohlstanznieten auch das Clinchen untersucht. Mittels Wavelet-Transformation wurde ein Vergleich zwischen den beiden Verfahren dargestellt und Zusammenhänge aufgezeigt. Weiterhin wurden die Grenzen der konventionellen Prozessüberwachung (Kraft-Weg-Verlauf) zur Erkennung von Verbindungsfehler aufgezeigt.

Trotz großer statistischer Schwankung in den gewonnen Schallereignissen gelang eine Fehlerklassifikation, die eine Aussage über den Zustand der Matrize ermöglicht. Es wurden typische Matrizenfehler, wie Abflachung des Matrizendorns oder Umfangsfehler durch Bildung von Merkmalen in mehreren definierten Zeitfenstern festgestellt. Die zusätzlich prozessbedingt aufgetretenen Fügefehler, wie radiale Nietrisse, wurden mit zerstörungsfreien Prüfmethoden, wie Röntgen, Computertomografie und Ultraschallmikroskopie verifiziert.

Ferner wurde eine Machbarkeitsuntersuchung für aktive Ultraschallverfahren (Signaturanalyse) zur Schadensermittlung durchgeführt. Hierbei wurde durch FEM-Simulation die Fehlerwechselwirkung in einer verschlissenen Matrize vorausgesagt und messtechnisch nachgewiesen.

Das Forschungsvorhaben „Körperschalldiagnose beim vorlochfreien Umformfügen“ wurde unter der Fördernummer AiF 15574BR von der EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 315 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Stanznieten mit Halbhohlstanzniet
2.2 Prozessüberwachung
2.3 Akustische Prozessüberwachung
3 Zielsetzung
4 Projektergebnisse
4.1 Prozessuntersuchung zum Halbhohlstanznieten
4.2 Zusammenhang zwischen Körperschall und Prozessphasen
4.3 Prozessabhängige Einflussgrößen auf den Körperschall
4.4 Hardwareentwicklung für Körperschalldiagnose
4.4.1 Sensorik
4.4.2 Auswertetechnik
4.4.3 Firmware für Auswertetechnik
4.4.4 PC-Software für Auswertetechnik
4.5 Stichprobenuntersuchungen zum Clinchen
4.6 Vergleich von Stanznieten und Clinchen durch Wavelet-Transformation
4.7 Aufbau und Versuchsprogramm zum Stanznieten unter Serienbedingungen
4.8 Ergebnisse der Körperschallanalyse unter industrienahen Bedingungen
4.9 Zerstörungsfreie Prüfung von Fügefehlern
4.10 Signaturanalyse
5 Zusammenfassung
6 Literatur