Multisensorische Werkzeuge für die Kaltmassivumformung

Umformstempel mit DLC-beschichtet (links bzw. oben) und unbeschichtet.
© IFU Stuttgart
Umformstempel mit DLC-beschichtet (links bzw. oben) und unbeschichtet.
Das 9. und 12. Ziel für nachhaltige Entwicklung der UN: Industrie, Innovation und Infrastruktur und verantwortungsvoller Konsum und Produktion.

Herausforderung 

Die Integration von Sensoren in Umformwerkzeugen stellt sich durch hohe Prozesskräfte, kurze Zykluszeiten und verschmutzte Umgebung als schwierig dar, sodass Prozessdaten oftmals nur eingeschränkt über Stößelkraft und -weg erfasst werden. Für den Einsatz von Dünnschichtsensorik direkt auf der Werkzeugoberfläche müssen daher tribologisch angepasste Schichtsysteme entwickelt und getestet werden.

Lösung 

Die Lösung stellt die Entwicklung eines tribologisch beständigen multifunktionalen Sensorsystems, direkt abgeschieden auf Umformwerkzeugoberflächen zur Echtzeitanalyse von Prozessgrößen während des Pressvorgangs dar. Mit der am Fraunhofer IST entwickelten Dünnschichtsensorik sollen entlang von Stempelschaft und Fließbund die Temperaturverteilung gemessen werden. Zudem sollen axiale Kräfte und eine Verschleißerkennung in das Sensordesign integriert werden. Die sensorischen Stempel werden mit einer Embedded-Multisensor-Elektronik gekoppelt und beim Napf-Rückwärtsfließpressen getestet.

Mehrwert 

Zum Projektende sollen multisensorische Umformwerkzeugkomponenten zur Verfügung stehen, welche die Überwachung von Kaltmassivumformprozessen ermöglichen und die vorbeugende Instandhaltung von Werkzeugen unterstützen. Zudem wird das Prozessverständnis mithilfe der Messdaten über den Verschleiß in den Hauptbelastungszonen, der Umformkraft und der Temperaturverteilung am Rande der Umformzone vertieft.

Einblick ins Projekt

Schematischer Aufbau des multisensorischen Stempels.
© IFU Stuttgart, Grafik: Andre Weiß
Schematischer Aufbau des multisensorischen Stempels.
Sensorstrukturen für die Temperaturmessung und die Verschleißdetektion auf Umformstempel.
© Fraunhofer IST / IFU Stuttgart
Sensorstrukturen für die Temperaturmessung und die Verschleißdetektion auf Umformstempel.

Förderhinweis

Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (IGF Vorhaben Nummer 21520 N).

Logo des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz
© BMWK
(vormals Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, BMWi)

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