Kraftsensitive Führungssysteme auf Basis direktabgeschiedener bauteilindividueller Sensorik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mikrosysteme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428561441

Kräfte stellen eine wichtige Informationsquelle für die Prozess- und Zustandsüberwachung in Werkzeugmaschinen dar. Bisherige Ansätze zur Kraftmessung konnten sich allerdings nicht in der Fertigung durchsetzen, da sie mit einem hohen Integrationsaufwand und Kosten verbunden sind. Insbesondere mittelständische Maschinenhersteller können diesen Entwicklungsaufwand nicht leisten. Findet eine Kraftmessung in verbreiteten Maschinenkomponenten, wie Profilschienenführungen statt, ist eine Kraftmessung ohne aufwendige Anpassung der Maschinenstruktur allerdings möglich. Auch eine Ausstattung bestehender Produktionsanlagen ist damit erstmals denkbar. Bislang haben die geringen Dehnungen und hohen Störsignalanteile (z.B. Wälzkörperumlauf, Umkehreffekte) die Kraftmessung bei Profilschienenführungen allerdings verhindert. Ziel dieses Vorhabens ist es, gemeinsam mit den Anwendungspartnern Bosch Rexroth AG und Fooke GmbH, die Sensortechnologie und eine intelligente Signalverarbeitung zu erarbeiten, die eine in Führungswagen von Profilschienenführungen integrierte Kraftmessung ermöglicht. Grundlage bildet die im SFB 653 am Institut für Mikroproduktionstechnik (IMPT) erforschte und patentierte Fertigungstechnologie zur Direktabscheidung von Dehnmessstreifen. Diese bietet eine höhere Messgenauigkeit und Sensitivität durch den Wegfall von Klebstoff- und Trägerzwischenschichten. Die Sensorik mit den ebenfalls direktabgeschiedenen Zuleitungen ist dünner als konventionelle DMS und das Sensorlayout bauteilindividuell anpassbar. Im Projekt wird die Technologie mit Bosch Rexroth dahingehend erweitert und erforscht, dass die für Führungswagen erforderlichen komplexen Sensorlayouts wirtschaftlich und in Prozessketten integriert gefertigt werden können. Dazu gehören Methoden zum Abgleich mehrerer Brückenschaltungen simultan und während des Abscheideprozesses. Außerdem werden zugehörige Abgleichsequenzen und Technologien zur anlagenintegrierten Charakterisierung erforscht (IMPT). Aufbauend auf Forschungsarbeiten des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) wird eine Methode zur automatisierten, simulationsbasierten Erzeugung des bauteilindividuellen Sensorlayouts erforscht und an Bosch Rexroth transferiert. Zur Berechnung der Prozess- und Zwangskräfte aus den Sensorsignalen der Führungswagen werden mit Bosch Rexroth und Fooke Methoden zur modellbasierten Sensorfusion und Signalverarbeitung erarbeitet. Eine Anwendung von integrierten Kraftmesssystemen erfordert auch Methoden zur praxistauglichen Kalibrierung. Diese werden mit Fooke unter Ausnutzung von Systemredundanzen erarbeitet. Hierzu werden Prototypen der sensorischen Führungswagen in ein Portalbearbeitungszentrum integriert. Abschließend erfolgt somit eine Validierung der Potentiale und Grenzen kraftsensorischer Profilschienenführungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Bosch Rexroth AG; Werk Schweinfurt; FOOKE GmbH