ProMeFe - Prozessüberwachtes und geregeltes mechanisches Festwalzen

Festwalzen steigert die Lebensdauer von dynamisch hochbelasteten Bauteilen. Die Lebensdauersteigerung wird dabei zu großen Teilen durch das Einbringen von Druckeigenspannungen in die Werkstückrandzone erreicht. Die eingebrachten Druckeigenspannungen lassen sich im Prozess nicht messen, hängen aber in hohem Maße von der beim Festwalzen wirkenden Walzkraft ab. Das Ziel ist somit, die Walzkraft präzise messen und einstellen zu können. Im ZIM-Kooperationsprojekt „ProMeFe“ wurde daher durch das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover sowie die MCU GmbH und Co. KG mit Unterstützung durch die ECOROLL AG Werkzeugtechnik eine Prozessüberwachung und Regelung des Festwalzprozesses entwickelt.

Zur Überwachung und Regelung des Festwalzprozesses werden digitale Prozessdaten benötigt. Bisher fehlten jedoch Walzwerkzeuge, die eine digitale Messung der für den Prozess entscheidenden zweiachsigen Walzkraft ermöglichen. Aus diesem Grund wurde zunächst ein neuartiges kraftsensitives mechanisches Festwalzwerkzeug entwickelt. Außerdem wurden Beschleunigungssensoren im Werkzeug integriert, um die sensorischen Eigenschaften des Werkzeugs zu erweitern.

Aufbauend auf diesem Werkzeug wurde anschließend eine Prozessüberwachung realisiert. Dafür wurden zunächst gezielt Fehler in den Prozess eingebracht und der Einfluss der Fehler auf die Sensorik des Werkzeugs wurde untersucht. Mit den Ergebnissen war es dann möglich, Merkmale aus den Signalen zu extrahieren, anhand derer die Fehler detektiert werden können.

Zuletzt wurde eine Regelung der Walzkraft entwickelt. Diese hat zum Ziel, geometrische Varianzen des Werkstücks, die zu einer Änderung der Walzkraft führen, auszugleichen. Um dies zu erreichen, passt die Regelung über einen Offset der Achsen der Werkzeugmaschine die Position des Werkzeugs an. Es konnte gezeigt werden, dass die entwickelte Regelung geeignet ist, um die Walzkraft während des Prozesses konstant zu halten.

Verantwortliches Institut: Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (Leibniz Universität Hannover), Jan Berlin

Weiterer Projektpartner: MCU GmbH

Förderung: ZIMM-KOOP, Aif mit Mitteln des BMWK