Neuartiges Sensormodul sichert effiziente Produktion

Schicht um Schicht – die Fertigungsschritte der Dünnschichtsensorik / Bildquelle: Fraunhofer IST

Flexibilität, Individualität und Effizienz gehören zu den stärksten Treibern in der industriellen Produktion. Beim Umformen von Massenprodukten, wie beispielsweise dem Tiefziehen von Automobilbauteilen aber auch bei anspruchsvoller Prototypenfertigung sind es vor allem Fehler wie Risse oder Falten, die die Produktionsgeschwindigkeit bremsen und die Ausschussrate in die Höhe treiben. Fraunhofer-Forscher haben ein multifunktionales Dünnschichtsystem entwickelt, das direkt am Ort des Geschehens in den Hauptbelastungszonen sitzt und den Prozess sensibel und hochdynamisch überwacht. Verschiedene Sensormodule wurden auf der Hannover Messe 2013 vorgestellt.

Dort, wo die größten Belastungen in Umformprozessen herrschen, ist kaum Spielraum für Extras. Hier geht es um Präzision. Sensorik, die den Prozess überwacht, sitzt daher oft weit entfernt vom kritischen Bereich der Umformwerkzeuge. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST entwickeln multifunktionale Sensormodule individuell für die jeweilige Anlage, bauen sie spielfrei in die Hauptbelastungszonen ein und ermöglichen damit die langzeitstabile Erfassung von relevanten Prozessparametern.

Herzstück des sensorischen Dünnschichtsystems ist die am Fraunhofer IST entwickelte DiaForce^®-Schicht – eine amorphe Kohlenwasserstoffschicht. Sie vereint tribologische Beständigkeit mit piezoresistivem Verhalten. Dadurch kann sie direkt in den Hauptbelastungszonen Kräfte messen ohne zu verschleißen. Erst mit ihr können die Forscher online unter anderem die Blecheinzugsbewegungen im Tiefziehprozess überwachen und exakte Informationen in direktem Kontakt mit dem Blech generieren.

Das Anwendungsspektrum ist sehr breit: Neben Tiefziehanlagen sind auch Stanzanlagen ein wichtiger Einsatzbereich. Hier misst das Modul die Schnittkräfte in direktem Kontakt mit dem Schneidstempel. Größtmögliche Flexibilität bietet die Dünnschichtsensorik integriert in Unterlegscheiben. In dieser Form kann die Sensorik nahezu in jede Anlagengeometrie ohne großen Aufwand eingebaut werden und gewährleistet eine langzeitstabile Erfassung und Überwachung der Produktion.

www.ist.fraunhofer.de