Online-Überwachung von Schmiedeprozessen mittels akustischer Emissionsanalyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 56522233

In der Maschinen- und Automobilindustrie werden geschmiedete Stahlbauteile mit komplexen Geometrien häufig in Serienfertigung hergestellt. Da die Umformprozesse meist automatisiert erfolgen, ist es zunehmend notwendig, die entstandenen Werkzeug- sowie Produktschäden automatisch zu überwachen und so früh wie möglich zu erfassen. Akustische Emission (AE) ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, das die bei der strukturellen Veränderung von Material freigesetzten akustischen Wellen mittels Sensoren aufzeichnet. Im Rahmen der akustischen Emissionsanalyse werden die aufgenommenen Signale analysiert und bewertet, um eine Schlussfolgerung über den Prozess- und/oder Produktzustand zu ziehen. In Forschungsarbeiten konnte bereits die Anwendbarkeit der AE bei der Charakterisierung der durch Deformation, Rissbildung und Phasentransformation verursachten Fehler nachgewiesen werden. Jedoch gibt es keine wissenschaftlichen Untersuchungen, die sich mit der Online-Überwachung von Schmiedeprozessen bzw. mit der Ermittlung von Defekten und Fehlern an Schmiedewerkzeugen und -teilen mit Hilfe der AE in einem Frequenzbereich > 20 kHz (Ultraschallbereich) befassen. Bestimmte Schmiedewerkzeug- und Schmiedeteildefekte lassen sich erst ab dem mittleren Ultraschallbereich (> 100 kHz) mit Hilfe von akustischen Sensoren detektieren. Inhalt des beantragten Forschungsvorhabens ist es daher, grundlegende Untersuchungen zur Online-Überwachung von Schmiedewerkzeugen und -werkstücken mittels der AE ab dem mittleren Ultraschallbereich > 100 kHz durchzuführen. Im Rahmen des Projekts soll ein System für das Erkennen von Schädigungen und Fehlerarten (z. B. Rissbildung, Maß- und Formabweichungen, Verschleißfortschritt) während des Schmiedeprozesses entwickelt werden. Hierbei bieten neue technologische Fortschritte in der AE-Sensorik, der Signalanalysesysteme und der Rechnerhardware vielfältige Möglichkeiten zur Durchführung detaillierter, grundlegender Untersuchungen mittels akustischer Emissionen und deren Signalverarbeitung, die vor einigen Jahren für den Online-Einsatz nicht denkbar waren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen