Adaptiver Umformprozess zur Herstellung und simultanen Kalibrierung von metallischen Strukturen mit bauteilintegrierten Kraft- und Drehmomentsensoren

Sensorintegrierte Bauteile erfassen Kräfte und Drehmomente, die in einer Maschine oder generell in einem lasttragenden System wirken. Dadurch können Anlagen sicherer betrieben, Wartungsbedarfe besser geplant und die dahinterliegenden Prozesse besser verstanden und kontrolliert werden. Die bisher aus der Messtechnik bekannten Sensorkonzepte weisen aufgrund der vornehmlich von außen aufgebrachten Sensoren prinzipbedingt eine nur geringe Robustheit auf.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Umformprozess ausgelegt, der eine effiziente Herstellung von robusten, sensorintegrierten Rohrstrukturen erlaubt. Zur Prozessauslegung des vorgestellten Rundknetprozesses wird zu Beginn ein numerisches FE-Modell vorgestellt. Die erzeugten Strukturen zeichnen sich durch eine glatte Außenkontur und konstante Wandstärke aus, sodass die Bauteilfestigkeit der Strukturen nicht vermindert wird. Im Inneren der sensorischen und weiterverarbeitbaren Rohrhalbzeuge befinden sich in-situ vorgespannte Kraft- und Drehmomentsensoren, sowie eine drahtlose Messelektronik. Die Erfassung der wirkenden Belastungen noch während der Herstellung ermöglicht zusätzlich, Maßnahmen zur Sicherstellung der sensorischen Bauteileigenschaften umzusetzen.
Dazu zählt die geregelte Einstellung des Messbereichs durch einen prädiktiven Regler, die Prozessüberwachung durch den Sensor selbst, sowie die Kalibrierung des Bauteils während seines Herstellungsprozesses. Durch diese Maßnahmen können nachgelagerte Prozessschritte, wie z. B. das Kalibrieren auf einer externen Kalibrieranlage, eingespart werden.
Die im Rahmen der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse liefern somit einen Beitrag für die Auslegung von Prozessketten sensorintegrierter Strukturen unter dem neuen Aspekt der Sicherstellung der sensorischen Bauteileigenschaften.