Maschinelles Oberflächenhämmern: Neues Wissen durch Sensoren

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© Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen/www.eventfotograf in JRF e. V.

Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Dortmund will mit der accurapuls GmbH, einem Maschinenbauer, digitale Wege finden, das Technologiewissen erfahrener Mitarbeiter für das elektromechanische maschinelle Oberflächenhämmern zu nutzen. Denn wenn die präzise digitale Datenerfassung mit dem Erfahrungsschatz der Mitarbeiter gekoppelt wird, kann die Produktion hochanspruchsvoller Oberflächen noch besser und effizienter werden.

Elegant gleitet der Hammerkopf über das metallische Werkstück, während der Stößel mit hoher Frequenz auf die Oberfläche trifft: Durch das maschinelle Oberflächenhämmern werden die Oberflächen und Randzonen metallischer Bauteile geglättet, verfestigt oder definiert strukturiert. Mit dieser sogenannten Hammertechnologie werden zum Beispiel Oberflächen von Tiefziehwerkzeugen bearbeitet, die dann in der Automobilproduktion eingesetzt werden.

Ein Hammersystem besteht aus einer Steuereinheit sowie einem Hammerkopf mit Stößel. An der Steuereinheit lässt sich einstellen, mit welcher Frequenz der Hammer ausgelenkt und wieviel Leistung eingebracht wird. Doch Frequenz und Leistung sind nicht die einzigen physikalischen Größen, die eine Rolle spielen. Auch die Hammerkraft, die auf die Oberfläche aufgebracht wird, hat einen Einfluss darauf, wie der Werkstoff reagiert und wie das Ergebnis aussieht. Über die Steuereinheit lässt sich die Kraft jedoch nicht einstellen. Hier müssen sich die Mitarbeiter der Firma accurapuls, die seit über 20 Jahren das maschinelle Oberflächenhämmern optimieren, auf ihre Erfahrungswerte verlassen.

Sensoren machen den Unterschied

Das soll jetzt mit der Hilfe von Sensoren geändert werden: Im Transferprojekt "Vernetztes maschinelles Oberflächenhämmern" arbeiten Mitarbeiter des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Dortmund und Mitarbeiter von accurapuls an einem elektromechanischen Hammersystem, das durch Sensoren die eingebrachte Hammerkraft und den vom Stößel zurückgelegten Weg digital erfasst. Sie übermitteln die Daten kabellos an eine cloudbasierte Plattform, wo sie gesammelt und ausgewertet werden. So hat die accurapuls GmbH Zugang zu einer neuen Auswertungsgröße, mit der sich der Fertigungsprozess präziser gestalten lässt. Ergebnis der fünfmonatigen Projektlaufzeit ist ein Umsetzungskonzept zur Frage, wie mittelständische Unternehmen ihre bestehenden Hammerysteme wirtschaftlich mit Sensoren ausstatten und von den Vorteilen für ihre Produktion profitieren können.

Die Beteiligten versprechen sich von den Daten auch, künftig genauere Simulationen des Hämmervorgangs erstellen zu können sowie die Produktivität beim Hämmern weiter zu steigern. Die Simulationen werden eingesetzt, um Vorhersagen über das Werkstoffverhalten und das Ergebnis eines Hammervorgangs treffen zu können. Diese sind für mittelständische Unternehmen wie accurapuls bei der Bearbeitung neuer Werkstoffe, zu denen noch keine Erfahrungswerte vorliegen, wichtig. So können präzise Vorhersagen getroffen und den Anwendern dieser Technologie die teure und zeitraubende "Versuch und Irrtum"- Methode zur Erlangung des prozessspezifischen Wissens erspart werden. Für die anwendenden Unternehmen ist das Einbringen der Vernetzung in das maschinelle Oberflächenhämmern zudem ein Schritt in Richtung digitale Produktion, die durch die Echtzeitauswertung von Produktionsdaten neben einem Wissengewinn auch eine Effizienzsteigerung verspricht.

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