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EFB-Forschungsbericht Nr. 309

Flächenintegrierende Kraftmessung an Stufenpressen

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Verfasser:
Prof.-Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr.-Ing. Richard Krimm, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz Universität Hannover - Prof. Dr.-Ing. Eduard Reithmeier, M.Sc. Dipl.-Ing. (BA) Achim Pahlke, Institut für Mess- und Regelungstechnik (IMR) der Leibniz Universität Hannover

69 Seiten (sw, 51 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-345-5

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Bei der Fertigung von umformtechnisch hergestellten Produkten spielt die Prozessüberwachung eine immer wichtigere Rolle. Durch die Kenntnis der Höhe der Umformkraft können Fehler im Produktionsablauf aufgedeckt werden. Außerdem kann der Anwender der Umformpresse die Rüstzeit insbesondere bei mehrstufigen Pressen deutlich verkürzen, wenn die bei der Herstellung von Gutteilen aufgetretenen Kräfte reproduzierbar eingestellt werden können.

Die bisher eingesetzten Systeme zur Prozessüberwachung können die hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit nur begrenzt erfüllen. Die häufig angewandte Kraftmessung im Nebenschluss erlaubt keine genaue Angabe der absoluten Umformkraft, da die Kraftwerte durch eine mögliche exzentrische Krafteinleitung sowie durch Fertigungsfehler der im Kraftfluss befindlichen Teile verfälscht werden.

Das Ziel dieses Projektes war es daher, ein flexibles und kostengünstiges Messsystem zu entwickeln, das genauer als bisher eingesetzte Systeme arbeitet. Dieses Messsystem kann im Krafthauptfluss integriert werden und auf nahezu alle Stufenpressen angepasst werden. Des Weiteren kann das Messsystem die Umformkraft ortsaufgelöst erfassen.

Für diesen Zweck wurden mehrere Messprinzipien miteinander verglichen. Dabei stellten sich sowohl das Messprinzip auf Basis von Dehnmessstreifen (DMS), als auch die Messung mit Hilfe von piezoelektrischen Materialien als geeignet heraus. Auf Basis dieser beiden Prinzipien wurden zwei unterschiedliche Messketten entwickelt, gebaut und getestet.

Die beiden Messsysteme wurden hinsichtlich der auftretenden Messfehler und der Langzeitstabilität erprobt. Letztendlich wurde die DMS- Version in einem 10-wöchigen Praxisversuch unter industriellen Bedingungen getestet.

Das Forschungsvorhaben „Flächenintegrierende Kraftmessung an Stufenpressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 15341N1 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. 309 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Zusammenfassung
2 Einleitung
3 Problemstellung
4 Zielsetzung
5 Stand der Technik
6 Konzeption und Fertigung einer Messkette
6.1 Vergleich zweckmäßiger Messprinzipien
6.1.1 Metallische Dehnungsmessstreifen (DMS)
6.1.2 Halbleiter-DMS
6.1.3 Piezoelement
6.1.4 Kapazitive Messung
6.1.5 Dünnschicht DLC
6.1.6 Optische Messprinzipien
6.1.7 Zusammenfassung Messprinzipien
6.2 Entwurf und Fertigung der Federkörper
6.2.1 Entwicklung einer Federkörpergeometrie
6.2.2 Auswahl des Federkörperwerkstoffes
6.3 Applikation der Sensorelemente
6.4 Aufbau der Messhardware
6.4.1 Hardware zur Verwendung des DMS–basierten Sensors
6.4.2 Hardware zur Verwendung des Piezo–basierten Sensors
6.5 Programmierung der Messsoftware
6.6 Kalibrierung der Messkette
6.7 Kosten: Gegenüberstellung DMS vs. Piezo
7 Erprobung der Messkette
7.1 Prüfstand
7.2 Ortsauflösung
7.3 Vergleich DMS / Piezo / kommerzieller Kraftaufnehmer
7.4 Dauerschwingversuche
7.5 Praxistest
8 Zusammenfassung
9 Literaturverzeichnis