Methoden zur Auslegung von Umformteilen mit aufgedruckten Sensoren

Das Ziel des Projekts ist die Fertigung von Umformteilen mit aufgedruckten Dehnungsmessstreifen, die nach der Umformung elastische Dehnungen messen können. Die Untersuchungen werden am Beispiel des Walzprofilierens stattfinden. Im Einzelnen soll der Einfluss der Parameter Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit des Bleches, Oberflächenvorbehandlung, Umformgrad, Umformgeschwindigkeit, Spannungszustand (ein- oder mehrachsig) auf das Verhalten des DMS untersucht werden. Mit dem Erreichen dieses Wissensstandes ist es möglich ein geeignetes Druckbild für gedruckte Dehnungsmessstreifen für verschiedene Umformverfahren und Anwendungen zu auszulegen.

Motivation

Die aktuelle Entwicklung in der produktionstechnischen Forschung beschäftigt sich vermehrt mit multifunktionalen Bauteilen. Eine Möglichkeit für das Fertigen eines solchen Bauteils ist die Integration von Elektronik in umformtechnisch hergestellte Bauteile. Ein dafür geeigneter Prozess ist das Drucken der Elektronik auf Bleche vor der Umformung mittels Siebdruckverfahren. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner Schnelligkeit und des geringen Materialbedarfs sehr wirtschaftlich. Zusätzlich können durch das Drucken vor dem Umformprozess elektronische Komponenten an Stellen eingebracht werden, die beim fertigen Bauteil nur noch schwer zugänglich sind, wie zum Beispiel die Innenseite eines Rohres. Die gedruckten Sensoren können beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen aufgebracht werden (Abbildung [1]).

Lösungsweg

Zu Beginn des Projekts wird der Siebdruckprozess ausgelegt und dessen Reproduzierbarkeit bestimmt, zusätzlich werden geeignete Farben anhand ihrer Dehnbarkeit und Haft- und Kratzfestigkeit identifiziert. Anschließend werden die gedruckten Dehnungsmessstreifen für kleine Dehnungen mit Hilfe eines Zugversuches und dem daraus resultierenden k-Faktor (Zusammenhang zwischen relativer Widerstandsänderung und Dehnung) charakterisiert. Darauf folgt die Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit im Bereich zwischen 20 und 80 °C. Die Abhängigkeit des k-Faktors von den oben bereits genannten Parametern Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit des Bleches, Oberflächenvorbehandlung, Umformgrad, Umformgeschwindigkeit, Spannungszustand (ein- oder mehrachsig) wird durch geeignete Versuche untersucht, beispielsweise durch das Durchführen eines Streckziehversuchs zur Bestimmung des Verhaltens des Dehnungsmesstreifen bei einem mehrachsige Spannungszustand. Die entwickelten Gesetzmäßigkeiten werden abschließend anhand eines walzprofilierten Demonstratorbauteils überprüft.

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Deutsche Forschungsgemeinschaft