Kraft- und Dehnungssensoren für unterschieldiche Press-Technologien

Das Clinchen ist ein besonderes Fügeverfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Materialien wie beispielsweise Bleche oder Profile aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium. Das Hauptmerkmal dieser Fügetechnik besteht darin, dass die formschlüssigen Fügeelemente (Fügeverbindungen) aus dem Werkstoff der zu verbindenden Bleche geformt werden. Dabei werden keine weiteren Hilfsfügeteile oder Zusatzwerkstoffe benötigt.

Da die Clinchverbindungen aus den Werkstoffen der zu verbindenden Fügeteile entstehen, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den mechanischen Kenngrößen der Fügeteilwerkstoffe sowie den Fügeteildicken und den erreichbaren Haltekräften. Außerdem korrelieren die Haltekräfte mit dem Clinchpunktdurchmesser und der realisierten Bodendicke.

Für die Qualitätskontrolle des Clinchprozesses verwendet das Unternehmen Eckold GmbH & Co. KG eine rechnergestützte Online-Prozessüberwachung. Die Prozessüberwachung basiert auf dem sogenannten Hüll-Kurven-Prinzip. Dabei wird das reale Formelement von einem idealisierten Formelement umhüllt. Dazu wird der idealen Hüllkurve entsprechend eine Messkurve erstellt mit den gemessenen Signalen. Die Software überprüft, ob die Hüllbedingungen bzw. die definierten Abweichungen von der Hüllkurve eingehalten wurden. Durch diese Auswertung der aufgenommenen Signale ist es möglich, Prozess- und Maschinenfehler zu erkennen, sowie den gesamten Clinchprozess zu überwachen und zu dokumentieren.

Die indirekte Kraftmessung mit Dehnungssensoren am Maschinenrahmen oder auch Maschinenbügel eignet sich besonders. Dort ist ausreichend Platz vorhanden, um den Sensor anzubringen. Die Montage der Dehnungsaufnehmer erfolgt somit indirekt im Kraftnebenfluss der Maschinenkonstruktion. Die kompakten Abmessungen und die einfache Nachrüstbarkeit ausserhalb des Arbeitsraumes sind wichtige Vorteile. Zudem können die auftretenden Kräfte überlastfest gemessen werden und die Dynamikeigenschaften einer Anlage werden nicht beeinträchtigt. Die indirekte Kraftmessung mit Dehnungssensoren ist also eine zuverlässige Methode Prozesskräfte zu überwachen und stetig zu kontrollieren.

Kraft- und Formschluss der Stempel werden indirekt an der Maschine gemessen. Da der c-förmige Bügelrücken bei Clinchmaschinen ziemlich starr ist, muss der Sensor selbst kleinste Dehnungen aufnehmen können. Die grösste Wichtigkeit besteht daher darin, einen Sensor mit einer ausreichenden Empfindlichkeit zu verwenden. Eine hohe Empfindlichkeit sensorseitig ist ein ausschlaggebendes Kriterium, um ein ausreichendes Signal zu bekommen und genaue Messungen durchführen zu können.

Für die spezielle Anwendung haben wir unverstärkte Dehnungsaufnehmer entwickelt, welche kleinste Dehnungen präzise messen, einen flachen Aufbau besitzen für eine platzsparende Montage und für zyklische Messungen geeignet sind. Der Sensor wird auf einer ebenen Struktur im Kraftnebenfluss an einem Maschinenteil befestigt und von dort aus, über eine Eingangskarte, direkt mit der Steuerung verbunden. Dadurch können in jeder Anwendung zuverlässig Dehnungen aufgenommen und in ein verwertbares Ausgangssignal umgewandelt werden.

Die unverstärkten Dehnungssensoren X-103 unterscheiden vor allem durch die verschiedenen Empfindlichkeiten. Unser X-103-S10 ist, mit einer Empfindlichkeit von 1.0 mV/V, die Standardlösung für den direkten und einfachen Anschluss mit einem M12-Stecker. In manchen Anwendungsfällen ist jedoch eine höhere Empfindlichkeit gefordert. Dafür ist der X-103-S30 mit der deutlich höheren Empfindlichkeit von 3 mV/V ausgelegt. Das hohe Ausgabesignal ermöglicht eine genaue Auflösung, auch von geringen Dehnungen an steifen Konstruktionen wie zum Beispiel an einem Clinchbügel. Der Oberflächen-Dehnungssensor nimmt die Dehnung zwischen den Aufschraubflächen auf und verstärkt diese mechanisch. Die Messbrücke mit vier Dehnmessstreifen nimmt die, auf die Messstelle konzentrierte Dehnung auf, und wandelt diese mit einer resistiven Messbrücke in ein elektrisches Signal um.