Experimentelle Analyse des Verschleißzustandes von Werkzeugmaschinen sowie deren konstruktive Optimierung

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An fertigungstechnischen Produktionsmaschinen treten Fehler durch Abnutzung der Maschinenkomponenten auf. Diese Fehler beeinträchtigen die Qualität und können die Fertigungseinrichtung selbst gefährden. Ausfallorientierte und vorbeugende Instandhaltungsstrategien, wie sie in der Vergangenheit oft eingesetzt wurden, verlieren zunehmend an Bedeutung; die zustandsabhängige Wartung setzt sich immer mehr durch. Das hier beantragt Projekt befasst sich mit der Zustandsüberwachung von Werkzeugmaschinen. Es werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt, den Zustand der Maschine mit Sensoren zu überwachen (z.B. Körperschallmessung, Schwingungsmessung, Temperaturmessung, Messung mit Dehnungsmessstreifen und Messung der Wellenschwingung). Im Anschluss werden verschiedene Verfahren vorgestellt, wie schadensrelevante Merkmale aus dem Messsignal zu extrahieren sind (Frequenzspektrum, Hüllkurvenverfahren, Stoßimpulsmessung, usw.). In diesem Teilprojekt sollen zunächst die benötigten Diagnosedaten des Maschinenzustands ermittelt werden. Dazu muss der Verschleißzustand der wichtigsten Komponenten von Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen experimentell analysiert werden. Ziel des hier beantragten Vorhabens ist daher die Identifizierung und die Quantifizierung von Verschleiß und Defekten bzw. möglichen Ausfallursachen am Beispiel von Maschinen- und Fertigungskomponenten. Es wird untersucht, welche zu den in der Maschine vorhandenen zusätzlichen Sensoren für welchen Grad der Diagnose notwendig sind. In der zweiten Förderperiode erfolgt die konstruktive Optimierung von Maschinenkomponenten. Mit Hilfe der im ersten Förderzeitraum ermittelten Ergebnisse werden grundlegende Bauteile (z.B. Dichtungen) bezüglich ihres Verschleißverhaltens optimiert. Weiterhin wird ermittelt, wie Komponenten konstruktiv so optimiert werden können, dass sie einer bestimmten Belastungsart (Dauerlast, Spitzenlast) länger standhalten können. Es wird untersucht, wie Komponenten konstruktiv verändert bzw. optimiert werden müssen, um Zusatzsensoren aufnehmen zu können. Zum Ende des Projekts erfolgt der Vergleich zu entsprechenden konventionellen Baugruppen im Hinblick auf notwendige Verifikationen der entwickelten Überwachungsmethoden und konstruktiven Optimierungen.