Methoden zur Auslegung von Umformteilen mit aufgedruckten Sensoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279559208

Das geplante Forschungsvorhaben zielt auf das plastische Umformen gedruckter Dehnungsmessstreifen für die Gestaltung von innovativen Produkten ab. Blechhalbzeuge sind zu diesem Zweck vor dem Umformprozess mit Dehnungsmessstreifen zu bedrucken und anschließend umzuformen. Die Umformteile mit aufgedruckten Dehnungsmessstreifen sollen nach dem Umformprozess elastische Dehnungen messen können. Die Untersuchungen finden am Beispiel des Rollprofilierens statt, da dieses hochwirtschaftliche Verfahren auf weite Sicht ein hohes Potential für die Nutzung kostengünstiger, gedruckter Sensorik aufzeigt. Bisher sind in der Literatur keine Strategien vorhanden, wie die durch den Umformprozess bedingte Veränderung der Leitfähigkeit der gedruckten Dehnungsmessstreifen antizipiert werden kann. Ferner sind keine Ansätze bekannt, die eine Temperaturkompensation der gedruckten Dehnungsmessstreifen nach der Umformung erlauben und deren geometrische Verzerrung berücksichtigen. Diese Lücken werden durch das beantragte Vorhaben geschlossen. Geplant ist die Entwicklung von Methoden und Richtlinien zur Auslegung von Umformteilen mit aufgedruckten Sensoren. Im Rahmen dieser Methodik sollen Gesetzmäßigkeiten ermittelt werden, welche die Auslegung von Umformprozessen für Blechwerkstoffe mit aufgedruckten Sensoren ermöglichen. Der k-Faktor, welcher die Empfindlichkeit von Dehnungsmessstreifen angibt und für die Auswertung der Sensorsignale genutzt wird, hängt von geometrischen (bspw. Querschnittsfläche) und materialspezifischen Größen (bspw. Leitfähigkeit) ab. Der Umformprozess und die Umgebungsbedingungen beeinflussen diese Größen. Im Speziellen soll der Einfluss der folgenden, aus umformtechnischer Perspektive relevanten, Parameter auf den k-Faktor der auf Bleche bedruckten Dehnungsmessstreifen untersucht und ein analytischer Zusammenhang abgeleitet werden: Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit des Bleches, Oberflächenvorbehandlung, Umformgrad, Umformgeschwindigkeit und Spannungszustand. Dazu werden Siebdruckfarben hinsichtlich der Reproduzierbarkeit des Druckbildes, der Dehnbarkeit sowie der Haft- und Kratzfestigkeit evaluiert. Ferner wird eine Prüfvorrichtung konzipiert, in welcher mit Dehnungsmessstreifen bedruckte Proben bei kleinen Dehnungen charakterisiert werden. Zudem finden Charakterisierungen bei ein- und mehrachsiger plastischer Umformung statt, mit dem Ziel, die Änderung des k-Faktors in Abhängigkeit der oben genannten Parameter zu bestimmen. Ausgehend von den durchgeführten Untersuchungen werden ein analytischer Zusammenhang sowie Richtlinien zur Auslegung von Umformteilen mit gedruckter Sensorik abgeleitet. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Demonstratorbauteil ausgelegt, welches durch das Umformverfahren Rollprofilieren herzustellen ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen