ECOROLL und das IFW der Leibniz Universität Hannover haben einen neuen, deutlich kompakteren Prototyp eines sensorischen mechanischen Festwalzwerkzeugs entwickelt. Mechanische Festwalzwerkzeuge lassen sich ohne Hydraulikaggregate einfach in bestehende Prozessketten integrieren, waren bislang aber wegen großer Federelemente oft zu voluminös – insbesondere für automatische Werkzeugmagazine.
Festwalzen erhöht die Lebensdauer dynamisch belasteter Bauteile, indem eine Walzrolle mit definierter Kraft die Oberfläche plastisch verformt. Dadurch werden die Oberfläche geglättet, der Werkstoff kaltverfestigt und Druckeigenspannungen eingebracht, was Mikrorisswachstum bremst und Ermüdungsbrüche verhindert. Entscheidend ist dabei eine korrekt eingestellte Walzkraft: Zu niedrig bringt zu wenig Effekt, zu hoch kann die Oberfläche schädigen.
Im Projekt CONTROL wurde dafür eine Walzkraftregelung entwickelt, die eine Kraftmessung im Prozess per Sensorik voraussetzt. Das bisherige Sens-Werkzeug (Basis EG45) war durch Blattfedern und Sensorik jedoch groß und nicht magazintauglich. Der neue SIF-Prototyp reduziert den Bauraum, indem der Werkzeugkörper als einteiliges Bauteil mit strukturintegrierten, blattfederartigen Federelementen ausgeführt ist und die Messelektronik integriert. Die Nachgiebigkeit ist geringer (ca. 0,5 mm bei 4.000 N statt 1,5 mm), was ohne Regelung zu größeren Kraftabweichungen führt – mit Walzkraftregelung werden die Abweichungen jedoch auf ein ähnliches Niveau wie beim bisherigen Sens-Werkzeug reduziert.
Ergebnis: Der Bauraum wurde deutlich verkleinert (u. a. geringere Höhe), sodass das Werkzeug künftig auch in Maschinen mit automatischem Werkzeugwechsler und Magazin eingesetzt werden kann. Das erleichtert die automatisierte Integration des Festwalzens bei gleichzeitig stabiler Prozessqualität durch Sensorik und Regelung.
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Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sich durch die im Forschungsvorhaben KontRoll ausgearbeitete Walzkraftregelung neue Potentiale für die Werkzeugentwicklung ergeben. So ist es möglich kompaktere Werkzeuge zu entwerfen, die in das Werkzeugmagazin integriert und automatisiert genutzt werden können. Aufgrund der verbauten Sensorik und Regelung erzielen die Werkzeuge zudem eine gleichbleibende Prozessqualität.
Autoren: Prof. Berend Denkena, Henning Buhl, Jan Berlin, IFW – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Leibniz Universität Hannover Oliver Maiß, Florian Uhlich, Ecoroll AG Werkzeugtechnik, Celle
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