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Tribologische Kontrolle bei der Blechumformung

| Autor/ Redakteur: Thomas Huth-Fehre / Dietmar Kuhn

Durch die steigende Komplexität der Geometrien beim Umformen von Blechen in einem Schritt sowie durch die ständige Verkürzung der Taktzeiten sind die Anforderungen an die Tribologie in den letzten Jahren enorm gestiegen. Das bedeutet im Umkehrschluss, das richtige Schmiermittel in der richtigen Dosierung auf das Material aufzubringen. Dazu bedarf es aber einer sicheren Kontrolle.

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Mithilfe der Infrarotspektroskopie lassen sich Schmierstoffauflagen in Sekundenschnelle berührungslos und daher auch zerstörungsfrei vermessen.
Mithilfe der Infrarotspektroskopie lassen sich Schmierstoffauflagen in Sekundenschnelle berührungslos und daher auch zerstörungsfrei vermessen.
( Bild: Infralytic )

Pressen laufen schneller, die Geometrien werden komplexer und die Werkstoffe haben sich verändert. Jeder Umformer weiß, dass nur das Zusammenspiel aller Parameter zu einem ordentlichen und wirtschaftlichen Umformergebnis führt. Dabei spielt auch die Tribologie eine entscheidende Rolle. Und es nicht damit getan, dass: wer gut und viel schmiert, auch besser fährt. Wichtiger ist, dass das ideale Schmiermittel in der richtigen Dosis auf das Werkstück beziehungsweise auf das Blech aufgebracht wird – das wäre in der Praxis allerdings permanent zu prüfen.

Denn mit der steigenden Umformleistung der Schmierstoffe sind auch deren Preise gestiegen und die modernen Handlingwerkzeuge tolerieren keine klebrigen Platinen. Dazu kommen sich ständig verschärfende Umweltauflagen, die in der Regel das Arbeiten mit Überschuss zunehmend teurer werden lassen. Darüber hinaus können sich Schmierstoffüberschüsse auf dem Blech sammeln und dementsprechend die Form beeinflussen (beispielsweise Beulen drücken).

Auch die Toleranzbereiche für Schmierstoffauflagen haben sich im Laufe der Zeit deutlich verkleinert und ihre Einhaltung kann ohne entsprechende Kontrollmessungen kaum noch gewährleistet werden. Mithilfe der Infrarotspektroskopie lassen sich heute Schmierstoffauflagen in Sekundenbruchteilen berührungslos und zerstörungsfrei vermessen.

Licht als Quelle für die messtechnischen Ergebnisse

Das von einer speziellen, auf Effizienz und Langlebigkeit optimierten Lichtquelle ausgesandte Licht durchstrahlt dabei den Schmierstofffilm und wird an der Metall-oberfläche diffus reflektiert. Der in Richtung des Spektrometers zurückreflektierte Teil durchquert die Schmierstoffschicht ein zweites Mal und wird im Spektrometer nach Sortierung in verschiedene Wellenlängen quantifiziert. Die Signale der verschiedenen Wellenlängenkanäle werden dann so miteinander kombiniert, dass das oberflächenspezifische Reflexionsvermögen des Blechs (Helligkeit, Rauheit) rechnerisch von den Absorptionseigenschaften des Öls separiert wird (Bild: Messprinzip). Danach wird über das logarithmische Lambert-Beer-Gesetz die Absorptionsstärke in eine Roh-Schichtdicke umgerechnet. Lediglich die Winkelabhängigkeiten der Oberflächenreflektion werden so nicht erfasst und müssen in einem darauf folgenden Kalibrationsschritt kompensiert werden.

Ein Ensemble repräsentativer Proben für die zu vermessende Oberflächenart wird zugeschnitten, gereinigt, präzise gewogen und dann mit unterschiedlichen Schichtdicken beölt, wobei die Homogenität der Schichtdicke der Hauptfaktor für die Genauigkeit der Kalibration ist. Die Homogenität sollte mit dem Sensor überprüft werden, indem viele Stellen der Oberfläche vermessen und verglichen werden, was am genauesten mit einem automatisierten Scantisch zu erzielen ist (Bild: Kontrollmessung).

Der Mittelwert dieser Roh-Schichtdickenwerte bildet den x-Wert eines Kalibrationspunktes im entstehenden Regressionsdatensatz. Die Gewichtsdifferenz zwischen beschichteter und unbeschichteter Probe wird als zugehöriger Y-Wert in den Datensatz eingetragen. Eine anschließende Regressionsrechnung liefert die im Gerät zu hinterlegenden Kalibrationskonstanten. Die gesamte komplexe Prozedur kann man sich auch vom Kalibrationsassistenten der mitgelieferten Software erleichtern lassen.

Spezielle Proben sorgen für eine schnelle Messung

Durch die Bauteilstreuungen der zahlreichen Komponenten des Sensors entstehen messbare Unterschiede im angezeigten Rohwert, wenn mehrere Messgeräte die gleiche Probe vermessen. Daher mussten in der Vergangenheit IR-spektroskopische Schichtdickensensoren individuell kalibriert werden. Um den Aufwand für diese individuellen Kalibrationen vertretbar zu halten, wurde für einige Oberflächenarten je ein Satz von unterschiedlich dick dauerbeschichteten Proben angefertigt und vermessen. Jedes Gerät wird nun an diesen Sekundärstandards vermessen.

Die Regression über diesen oberflächenspezifischen Datensatz Sollwert/Messwert liefert eine Aussage über die mittlere Abweichung der für das individuelle Gerät idealen Kalibration von der Norm des Gerätepools. Mittelt man diese Abweichungen der Einzelkalibrationen über alle Oberflächenarten, ergibt sich ein gutes Maß für die Gesamtqualität eines Gerätes, die in der Statistik zusammengefasst wird.

Durch kontinuierliche Verbesserungen der Produktionstechnik konnte die Streuung ständig verkleinert werden, allerdings erst die Einführung weiterer interner Kompensationsmechanismen (EasyCal) senkte die Serienstreuung so weit, dass die Geräte des neuen Modells NG2 nicht mehr individuell kalibriert werden müssen. Dies bedeutet, dass Kalibrationskonstanten, die mit einem beliebigen NG2-Gerät ermittelt wurden, direkt in andere NG2-Sensoren übertragen werden können. Ein einziger Kalibrationsprozess reicht somit aus, um bei einem neuen Material die Schmierstoffauflage in der gesamten Lieferkette vom Blechhersteller über Zwischenbearbeiter bis zum Endkunden einfach kontrollieren zu können.

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