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Umformen Sensormodul warnt vor Fehlern beim Produzieren komplexer Bauteile

Autor / Redakteur: Saskia Biehl / Dietmar Kuhn

Gerade in der Umformtechnik, wo vielfach komplexe Bauteile in hohen Stückzahlen produziert werden, kommt es auf die Produktionssicherheit und -zuverlässigkeit an. Fehler müssen deshalb rechtzeitig erkannt werden, bevor der Schaden ins Unermessliche steigen kann. Ein neues Sensormodul bildet dafür die Lösung.

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Bild 1: Schicht um Schicht: die Fertigungsschritte der Dünnschichtsensorik. Daraus entsteht ein Sensormodul, das in der Umformtechnik eine effiziente Produktion sichert.
Bild 1: Schicht um Schicht: die Fertigungsschritte der Dünnschichtsensorik. Daraus entsteht ein Sensormodul, das in der Umformtechnik eine effiziente Produktion sichert.
(Bild: Fraunhofer-IST)

Flexibilität, Individualität und Effizienz gehören zu den stärksten Treibern in der industriellen Produktion. Beim Umformen von Massenprodukten, beispielsweise dem Tiefziehen von Automobilbauteilen, aber auch bei anspruchsvoller Prototypenfertigung sind es vor allem Fehler wie Risse oder Falten, die die Produktionsgeschwindigkeit bremsen und die Ausschussrate in die Höhe treiben.

Sensoren nah am kritischen Bereich

Dort, wo die größten Belastungen in Umformprozessen herrschen, ist kaum Spielraum für Extras. Hier geht es um Präzision. Sensorik, die den Prozess überwacht, sitzt daher oft weit entfernt vom kritischen Bereich der Umformwerkzeuge. Das war die Motivation für die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik (IST), speziell dafür multifunktionale Sensormodule individuell für die jeweiligen Anlagen zu entwickeln (Bild 1).

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Sie bauen sie spielfrei in die Hauptbelastungszonen ein und ermöglichen damit die langzeitstabile Erfassung von relevanten Prozessparametern. Herzstück des sensorischen Dünnschichtsystems ist die am Fraunhofer-IST entwickelte Dia-Force-Schicht, eine amorphe Kohlenwasserstoffschicht. Sie vereint tribologische Beständigkeit mit piezoresistivem Verhalten. Dadurch kann sie direkt in den Hauptbelastungszonen Kräfte messen, ohne zu verschleißen. Erst mit ihr können die Forscher online unter anderem die Blecheinzugsbewegungen im Tiefziehprozess überwachen und exakte Informationen in direktem Kontakt mit dem Blech generieren (Bild 2).

Dünnschichtsensorik ist sehr flexibel

Das Anwendungsspektrum ist sehr breit: Neben Tiefziehanlagen sind auch Stanzanlagen ein wichtiger Einsatzbereich. Dort misst das Modul die Schnittkräfte in direktem Kontakt mit dem Schneidstempel. Größtmögliche Flexibilität bietet die Dünnschichtsensorik integriert in Unterlegscheiben. In dieser Form kann die Sensorik nahezu in jede Anlagengeometrie ohne großen Aufwand eingebaut werden und gewährleistet eine langzeitstabile Erfassung und Überwachung der Produktion.

* Dr. Saskia Biehl ist wissenschaftliche Mitarbeiterin des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in 38108 Braunschweig.

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