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September 2016
Matthias Brenneis
Methoden zur umformenden Herstellung sensorischer Tragstrukturen mit in situ vorgespannten Sensoren
Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden zur Entwicklung und Herstellung axialsymmetrischer Tragstrukturen mit umformtechnisch gefügten Kraftsensoren aufgestellt und validiert. Durch eine übertragbare Vorgehensweise entstehen standardisierbare Tragstrukturen, welche neben ihrer bestimmungsgemäßen Aufgabe, Lasten ohne mechanische Beeinträchtigung zu tragen, die Traglasten sicher detektieren.
Derartige sensorische Tragstrukturen zeichnen sich durch die strukturkonforme Integration von Sensoren aus. Bei der Herstellung wird ein Sensorkörper oder monolithisches Funktionsmaterial parallel zu einer rotationssymmetrischen Tragstruktur konzentrisch im Kraftfluss eingebracht.
Nach Klärung der wirkenden Mechanismen bei der form und kraftschlüssigen Integration, wird die Erweiterung bestehender Verfahrensgrenzen in Form von Materialwahl und geometrischer Ausprägung der Tragstruktur vorgenommen. Durch die Miniaturisierung und ein hochintegriertes Konzept für die Sensorik können Sensorkomponenten selbst in das Innere stark bauraumbeschränkter Bereiche eingebracht werden. Mit diesen Grundlagen ist es möglich, die Sensoren auch in höherfeste und dickwandige Tragstrukturen einzubetten.
Am Beispiel der sensorischen Welle zeigt ein Applikationstest, dass der Achsversatz einer rotierenden Drehmomentenübertragung mithilfe der sensorischen Welle erfasst werden kann. Anhand von sensorische Verbindungselementen im Rahmen einer Applikation als Prozesssensorik für einen Fertigungsprozess aus dem Bereich Massivumformung kann darüber hinaus gezeigt werden: Vorhandene Standardverbindungselemente sind einfach gegen sensorische Verbindungselemente austauschbar.
Durch die gemeinsame Gestaltung von Sensorkomponente, Tragstruktur und dem Fügeprozess entsteht eine Synthese sensorischer und mechanischer Eigenschaften. Somit eröffnen sensorische Tragstrukturen die Möglichkeit, Standardkomponenten von Maschinen, Anlagen und Bauwerken wirtschaftlich um eine Zustandsüberwachung zu ergänzen. Weiterhin ermöglicht der robuste Aufbau mit der empfindlichen Sensorik im Inneren der Tragstruktur den Einsatz dieser neuartigen Sensorik auch in einer rauen Umgebung.
Derartige sensorische Tragstrukturen zeichnen sich durch die strukturkonforme Integration von Sensoren aus. Bei der Herstellung wird ein Sensorkörper oder monolithisches Funktionsmaterial parallel zu einer rotationssymmetrischen Tragstruktur konzentrisch im Kraftfluss eingebracht.
Nach Klärung der wirkenden Mechanismen bei der form und kraftschlüssigen Integration, wird die Erweiterung bestehender Verfahrensgrenzen in Form von Materialwahl und geometrischer Ausprägung der Tragstruktur vorgenommen. Durch die Miniaturisierung und ein hochintegriertes Konzept für die Sensorik können Sensorkomponenten selbst in das Innere stark bauraumbeschränkter Bereiche eingebracht werden. Mit diesen Grundlagen ist es möglich, die Sensoren auch in höherfeste und dickwandige Tragstrukturen einzubetten.
Am Beispiel der sensorischen Welle zeigt ein Applikationstest, dass der Achsversatz einer rotierenden Drehmomentenübertragung mithilfe der sensorischen Welle erfasst werden kann. Anhand von sensorische Verbindungselementen im Rahmen einer Applikation als Prozesssensorik für einen Fertigungsprozess aus dem Bereich Massivumformung kann darüber hinaus gezeigt werden: Vorhandene Standardverbindungselemente sind einfach gegen sensorische Verbindungselemente austauschbar.
Durch die gemeinsame Gestaltung von Sensorkomponente, Tragstruktur und dem Fügeprozess entsteht eine Synthese sensorischer und mechanischer Eigenschaften. Somit eröffnen sensorische Tragstrukturen die Möglichkeit, Standardkomponenten von Maschinen, Anlagen und Bauwerken wirtschaftlich um eine Zustandsüberwachung zu ergänzen. Weiterhin ermöglicht der robuste Aufbau mit der empfindlichen Sensorik im Inneren der Tragstruktur den Einsatz dieser neuartigen Sensorik auch in einer rauen Umgebung.
Schlagwörter: Massivumformung; Sensorintegration; Zustandsüberwachung
Berichte aus Produktion und Umformtechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, Darmstadt
Band 103
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Shaker Verlag GmbH
Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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