Bearbeitet durch das Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) des Fachbereichs Produktionstechnik und durch das Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS)

Das Teilprojekt dient der messtechnischen Begleitung der Teilprojekte zur Wärmebehandlung. Neben den messtechnischen Anforderungen werden besonders auch die Erfordernisse aus der Regelung von Wärmebehandlungsprozessen (Teilprojekt B6) berücksichtigt. In den ersten beiden Förderperioden wurden zunächst Wellen, Ringe und Scheiben untersucht. Sie bilden die Grundkörper für abgesetzte Wellen, Lagerringe und Zahnräder, worauf die Untersuchungen im Laufe des Projekts ausgedehnt wurden. Im Mittelpunkt der Forschungstätigkeiten steht die Erfassung von Maß- und Formabweichungen, sowohl als In-Prozess-Geometriemessung während der Wärmebehandlung als auch durch Post-Prozess-Prüfungen mit einem Koordinatenmessgerät des Typs Primar MX4 von der Firma Mahr (Bild 1). Für die In-Prozess-Messungen wird einerseits die Laser-Triangulation zur Mehrpunktabtastung während des Erwärmprozesses und andererseits die digitale Speckle-Fotografie während eines Gas-Abschreckprozesses eingesetzt.

Bild 1: Ziele des Teilprojekts B3

Bild 2: Kombinierte Verfahren zur In-Prozess-Verzugsmessung am Zahnrad während der Gas Abschreckung

Bild 3: Thermografieaufnahme einer symmetrisch abgeschreckten Scheibe im Gasdüsenfeld

Um radiale Geometrieänderungen von Ringen mit einer Auflösung von bis zu 0,01 mm während der Wärmebehandlung bei Temperaturen (bis ca. 900° C) erfassen zu können, ist ein Aufbau zur berührungslosen 6-Punkt Messung realisiert worden. Er erfasst die Ringmantelfläche des Werkstücks mittels Laser-Triangulation von außerhalb des Ofens. Zur flächenhaften Formerfassung soll in dem Messaufbau das Laser-Lichtschnitt- und später das Streifenprojektionsverfahren implementiert werden. Mit den daraus gewonnenen Erfahrungen sollen dann auch andere Geometrien gemessen werden. Beim Abschrecken der Werkstücke in einem Gasdüsenfeld wird die Objektgeometrie mit der digitalen Speckle-Fotografie bei hoher zeitlicher Auflösung untersucht. Der Benetzungszustand des Werkstücks beim Abschrecken in Öl kann mit Hilfe einer Ultraschall-Messtechnik zeitaufgelöst ermittelt werden. Die Gasdüsen schränken die Zugänglichkeit für Geometriemessungen an den Stirnflächen von Scheiben und Zylinderrädern während der Gasabschreckung ein. Daher ist in der dritten Förderperiode der Einsatz von faseroptischen Abstandssensoren geplant. Mit diesen Sensoren ist eine In-Prozess-Messung basierend auf der extrinsischen Intensitätsmodulation vorgesehen, um schalenförmige Verformungen von Scheiben und Zahnrädern zu erfassen. Dieser Aufbau wird in einem weiteren Schritt durch die digitale Speckle-Fotografie ergänzt, welche die Verformung der Zahnköpfe zeitgleich erfasst (Bild 2). Zur berührungslosen Temperaturmessung beim Abschrecken im Gasdüsenfeld wird eine schnelle Thermografiekamera mit Aufnahmeraten bis 50 Hz und einer Auflösung von 0,1 °C eingesetzt. Sie liefert flächige Wärmebilder (Bild 3), so dass die Temperaturverläufe anhand der Messdaten mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung ermittelt werden können. Für die dritte Förderperiode ist der Einsatz fotothermischer Messtechnik zur Untersuchung von Härtetiefenverläufen vorgesehen. Dazu steht ein Messaufbau zur Verfügung, mit dem hohe laterale Auflösungen erreicht werden können. Nach Anpassung des Auswertealgorithmus wird dieser Messplatz auch für flächenhafte Schleifbranduntersuchungen eingesetzt. Die messtechnischen Ergebnisse dienen nicht nur der Überprüfung der Fertigungs- und Wärmebehandlungsprozesse, sondern sind auch Bestandteil von Qualitäts-Regelkreisen, um zu einer Verzugsbeherrschung zu gelangen. Hierzu ist die enge Kooperation mit dem Teilprojekt B6 erforderlich, in dem die regelungstechnischen Verfahren bearbeitet werden.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Gert Goch - gg@bimaq.de
Dr. rer. nat. Christoph von Kopylow - vonkopylow@bias.de
Dipl.-Phys. Dirk Stöbener - d.stoebener@bimaq.de
Dipl.-Phys. Houcem Gafsi - h.gafsi@bimaq.de
Dipl.-Ing. Jürgen Geldmacher - geldmacher@bias.de