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T2 - Sensorisches Spannsystem zur Überwachung des System- und Prozesszustands (beendet)

Die Entwicklung und Erforschung eines sensorischen Spannsystems für die industrielle Praxis ist Ziel des Transferprojektes T2. Hierzu werden prototypische Elemente für ein hydraulisches Spannsystem entwickelt, welche typischerweise in der Serienfertigung eingesetzt werden. In enger Zusammenarbeit mit den Firmen Römheld GmbH und ReiKam GmbH wird vor dem Hintergrund realer Anwendungsszenarien ein sensorisches
Spannsystem erarbeitet, prototypisch realisiert und analysiert. Über die sensorische Erfassung von Prozesszuständen hinaus wird der Zustand des Spannsystems selbst überwacht. Fehlerzustände wie Verschleiß, Überlast, und Fehlspannung werden durch das System eigenständig erkannt. Neben der Sensorintegration stellen eine hohe Systemrobustheit, die Energieund Datenübertragung auf rotierende Systeme und die Berücksichtigung
von Kostenaspekten besondere Anforderungen an das System.

Ein geeignetes Anwendungsszenario stellt eine Spannvorrichtung aus dem Portfolio der Firma ReiKam dar (Bild 1). Zur Fixierung des Bauteils im Arbeitsraum dienen drei hydraulische Schwenkspanner und ein hydraulischer Abstützer der Fa. Römheld, die jeweils sensorisch ausgestattet werden. Dazu sind Dehnungsmessstreifen und Temperatursensoren für die Integration in die Spannelemente ausgewählt worden. Die analogen Signalwege werden hierbei möglichst kurz gehalten, um Störeinflüsse auf die Signale zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird jedes sensorische Spannelement mit einer Messelektronik in unmittelbarer Nähe verbunden, die der Digitalisierung und Signalvorverarbeitung dient. Des Weiteren verfügt die Messelektronik über eine CANBus-Schnittstelle, sodass eine flexible Erweiterung des Spannsystems um weitere sensorische Spannelemente erfolgen kann.
 

Bild 1: Anwendungsszenario

Zur Versorgung des Systems mit elektrischer und hydraulischer Energie wird eine hybride Schnittstelle für rotierende Systeme entwickelt. Die elektrische Energieübertragung wird kontaktlos über eine induktive Kopplung realisiert. Die Integration der Induktionsspulen und der notwendigen elektrischen Schaltungen in eine hydraulische Drehdurchführung erfolgt in enger Kooperation mit dem Industriepartner Römheld, der langjährige Erfahrung mit der Herstellung hydraulischer Drehdurchführungen hat.

Basierend auf FEM-Analysen sind Spannelemente (Bild 2) mit Dehnungssensoren ausgestattet worden. Diese fühlenden Schwenkspanner sind in der Lage den hydraulischen Druck und extern angreifende Kräfte zu messen und die Kolbenposition im gespannten Zustand zu erfassen und ebnen damit den Weg in die digitalisierte Fertigung im Sinne der Industrie 4.0. Die Validierung des Gesamtsystems erfolgt mit mehreren sensorischen Spannelementen in praktischen Zerspanversuchen unter industrienahen Einsatzbedingungen.
 

Bild 2: FEM-basierte Sensorintegration am Schwenkspanner