Sensorik Multisensorische Dünnschichtsysteme für die Industrie 4.0

Blechstreifenziehwerkzeug mit vollständigem Dünnschichtsensorsystem
Blechstreifenziehwerkzeug mit vollständigem Dünnschichtsensorsystem

Für die Optimierung von Fertigungsprozessen ist es wichtig, Messdaten auch dort zu generieren, wo Messsysteme nur schwer zu integrieren sind, beispielsweise in direktem Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug. Forscher des Fraunhofer IST entwickeln dafür multisensorische Dünnschichtsensoren.

Anhand des Beispiels des Blechumformens wird klar, welche Bedeutung die Neuentwicklung für die intelligente und effiziente Fertigung der Zukunft hat. Beim Biegen, Ziehen, Walzen und Drücken der Bleche entstehen enorme Kräfte, und es herrschen stark schwankende Temperaturen – beide Faktoren können in der Produktion zu Fehlstellen an den Blechen führen. Um dies zu verhindern und darüber hinaus den Fertigungsprozess effizienter zu gestalten, hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST Sensorsysteme entwickelt, die während des Umformprozesses die auftretenden Kräfte und Temperaturen direkt am Werkstück messen.

Erstmals ortsaufgelöste Messungen

Die neuen sensorischen Schichtsysteme sind multisensorisch, das heißt, sie beinhalten sowohl piezoresistive als auch thermoresistive Sensorstrukturen, die in Verschleißschutzschichten eingebettet sind. Dadurch wird es erstmals möglich, gleichzeitig Belastungen und Temperaturen ortsaufgelöst zu messen. Mit diesen Messergebnissen können Produktionsprozesse optimiert werden, so dass z.B. Risse und Faltenbildung beim Blechtiefziehen minimiert oder Kunststoffspritzgussprozesse auch im Hinblick auf die Taktzeiten verbessert werden können.

Fertigungsprozesse verstehen

Gerade im Zeitalter von Industrie 4.0 gewinnt diese Weiterentwicklung integrierter Sensorik enorm an Bedeutung. Das vorherrschende Thema in der Produktionslandschaft Europas, insbesondere in Deutschland, ist eine qualitative, quantitative, flexible und gleichzeitig ressourceneffiziente Produktion. Grundlage für diese Entwicklung ist ein sehr gutes Verständnis für die Fertigungsprozesse basierend auf menschlicher Erfahrung und Messergebnissen. »Hier setzen wir mit unseren Dünnschichtsensoren an, die wichtige Daten für entsprechende Simulationen liefern«, so Dr. Saskia Biehl, Leiterin der Gruppe »Mikro- und Sensortechnologie« am Fraunhofer IST.

Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IST die neuen multisensorischen Schichtsysteme auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz Adaptronik in Halle 2, Stand C22.