Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer inlinefähigen In-situ-Prozessüberwachung der Temperatur- und Schmierstoffverteilung für die Kaltmassivumformung. Die inline Prozessüberwachung erfolgt durch die Integration von UV- und thermochromatischen Indikatoren in den Schmierstoff, wodurch die Schichtdicke und die Temperatur direkt an der Schnittstelle zwischen Werkstück und Werkzeug erfasst werden können. Mit Hilfe der Prozessanalytik können die Schmierstoff- und Temperaturverteilung ortsaufgelöst ermittelt und an vor- und nachgelagerte Prozesse übermittelt werden (siehe Abbildung 1).

Motivation

Prozesse der Kaltmassivumformung gelten als hocheffiziente Fertigungsverfahren im Hinblick auf die Materialausnutzung und Produktivität. Für eine fehlerfreie und zuverlässige Produktion in der Kaltmassivumformung sind komplexe Schmierstoffsysteme notwendig. Oftmals kommen etablierte Systeme, bestehend aus Zinkphosphat und Seife, zum Einsatz. Diese sind jedoch bei ihrer Aufbringung und Reinigung energetisch und ökologisch ungünstig. Einschicht-Schmierstoffsysteme hingegen bieten die Möglichkeit, eine umweltschonende und energetisch günstige Fertigung zu gewährleisten, sofern die Applikation der Schmierstoffe auf den jeweiligen Prozess angepasst ist. Relevante Größen sind einerseits die Einsatztemperaturen der Schmierstoffe, die an die auftretenden Prozesstemperaturen angepasst werden müssen. Andererseits hängen die benötigten Schmierstoffmengen von den Belastungen und Oberflächenvergrößerungen während der Umformung ab. Zur optimalen und ressourcenschonenden Auslegung der Einschicht-Schmierstoffsysteme ist eine Prozessüberwachung der relevanten Größen unerlässlich. Konventionell findet eine Prozessüberwachung, sofern vorhanden, bisher nur in Form von Kraft- und Wegsensoren statt. Durch diese konventionellen Sensoren wird das Prozessgeschehen aus relativ großer Distanz erfasst und ermöglicht keine detaillierte Beurteilung des tribologischen Systems.

Lösungsweg

Zu Beginn des Projektes erfolgt die Auswahl und Integration der Indikatoren in den Schmierstoff, sowie die Erstellung von Indikator-Normierungsdatensätze für die späteren Messungen. Dazu muss das Verhalten der Indikatoren in Abhängigkeit der Schichtdicke und Temperatur kalibriert werden. Für die Kalibrierung werden Prüfstände und Prüfmethoden konzipiert und implementiert. Parallel erfolgt der Aufbau einer Prozessanalytik und der Integration dieser in einen Musterprozess. Die Prozessanalytik besteht aus einer Messzelle, in der die Bauteiloberflächen optisch erfasst werden und der darauffolgenden softwareseitigen Aufbereitung und Bereitstellung der Messergebnisse. Um den Einfluss der integrierten Indikatoren auf die Leistungsfähigkeit der Schmierstoffe zu untersuchen, werden Tribometeruntersuchungen durchgeführt. Die zu verwendenden Parameter der Tribometer werden aus dem Musterprozess selbst und aus der Simulation des Musterprozesses abgeleitet. Zum Abschluss erfolgt die Erprobung der Messtechnik im industriellen Umfeld.

Danksagung

Das Verbundvorhaben InPUT – Inline Prozessüberwachung von Umformprozessen mittels Tribologischer Systeme (Förderkennzeichen: 03EN2038A) wird von Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung, aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestag, gefördert. Das PtU dankt dem Projektträger, dem Forschungszentrum Jülich GmbH und den Projektpartnern der SCHONDELMAIER GmbH Presswerk, der CARL BECHEM GMBH und der ISRA VISION AG.

Gefördert durch

Projektträger

Projektpartner