Tiefziehen von Blechen mit integrierter Sensorik

Science

Die Nachfrage nach integralen Bauweisen steigt auch in der Blechumformung. Angesichts der Tendenz zur intelligenten Vernetzung von Produkten wird hier zudem immer mehr Sensorik benötigt. Am PtU der TU Darmstadt wird eine Prozesskette entwickelt, mit der sensorisch aufgewertete Blechbauteile herstellbar sind.

13. Oktober 2015

Als Ausgangshalbzeug für die Prozesskette dient eine ebene Blechronde, welche im ersten Schritt mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens mit der Sensorstruktur bedruckt wird. In dem nachfolgend gezeigten Beispiel handelt es sich um Dehnungsmessstreifen (DMS).

Im nächsten Schritt erhält das Bauteil durch wirkmedienbasierendes Tiefziehen seine dreidimensionale Form. Bei diesem Verfahren der Hochdruckblechumformung wird die Blechronde mittels Öldruck, der auf der bedruckten Seite auf das Blech wirkt, in eine Matrize gedrückt, die das Negativ der Endgeometrie abbildet. Zum Schutz der Sensorstruktur wird diese durch eine zuvor aufgeklebte Folie vom Wirkmedium getrennt.

Gute Übereinstimmung mit den Messwerten

Zur Überprüfung der Funktion wird das Bauteil in der Vorrichtung über einen geführten Bolzen mit einer manuell einstellbaren Kraft beaufschlagt. Der Verlauf der Kraft wird über einen Kraftmessring im Bolzen gemessen und aufgezeichnet (rote Kurve). Gleichzeitig wird die durch die Dehnung im Blech hervorgerufene Widerstandsänderung des gedruckten DMS detektiert (blaue Kurve). Die Ergebnisse zeigen, dass die am gedruckten DMS gemessene Widerstandsänderung den Kraftverlauf qualitativ sehr gut wiedergibt.

Die hohe Konformitätsgüte der beiden zeitlichen Signalverläufe zeigt das Potenzial dieser Technologie zur Integration von Sensorelementen in Blechbauteile. Beispielsweise ist ein Einsatz der strukturintegrierten DMS in Außenhautteilen denkbar. Durch diese könnten angreifende Lasten ermittelt oder Kollisionen und Verformungen der Außenhaut detektiert werden.

Praktischer Nutzen

Neben der Nutzung der Sensorik im Endprodukt ist ebenso deren Einsatz zur Überwachung von Umformprozessen denkbar. In der vorliegenden Prozesskette könnte so zum Beispiel über die Widerstandsänderung der gedruckten Sensoren die Dehnung im Blech während des wirkmedienbasierenden Tiefziehprozesses überwacht und somit auf die Formfüllung zurückgeschlossen werden.

Entscheidende Erfolgsfaktoren für den technologischen Ansatz sind eine für die Umformung geeignete Materialkombination für die Isolations- und Sensorschichten, ein an den Umformprozess angepasstes Druckbild sowie die Entwicklung geeigneter Werkzeuge für die versagensfreie Umformung. Mit diesen Fragen setzen sich aktuelle Untersuchungen am PtU auseinander.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015