FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

Die Herstellung von Kavitäten in sprödharten Werkstoffen wie Zerodur, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid erfolgt aktuell mittels Koordinatenschleifprozessen mit Schleifstiften und Überflutungskühlung. Typisch für diese Prozesse sind hohe Zerspankräfte, hoher Werkzeugverschleiß sowie eine geringe Produktivität. Projektziel ist eine Produktivitätssteigerung für das Koordinatenschleifen von sprödharten Werkstoffen mithilfe einer Prozessentwicklung. 

Im Rahmen einer empirischen Untersuchung wird hierfür der Einfluss der Bahnplanung, der Kühlschmierstrategie und einer Ultraschallüberlagerung auf das Prozessergebnis ermittelt. Weiterhin ist die Minimierung von Sub Surface Damages (SSD) ein wichtiges Ziel zur Steigerung der Produktivität.

Das Koordinatenschleifen der genannten Werkstoffe wird besonders im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik, der Halbleiterindustrie sowie in der Messtechnik eingesetzt. Bei Weiss ist eine ultraschallüberlagerte Fräs-/Schleifmaschine vorhanden. Die Ergebnisse des Forschungsprojekt könne auf die Bearbeitung von Hartmetall/ Cermets übertragen werden.

Ziel des Verbundprojekts PreciEye ist die Präzisierung der berührungslosen Augeninnendruckmessung zur Selbstdiagnostik. Die Grundlagen für PreciEye wurden im Forschungsprojekt SelTon gelegt.

Glaukome sind weltweit eine der häufigsten Ursachen für Erblindungen und betreffen insbesondere ältere Menschen. In Deutschland erkranken etwa 2-4 % der über 65-Jährigen an dieser Krankheit, was jährlich zu 1.000 Neuerblindungen führt. Das Glaukom entsteht durch eine Degeneration der neuronalen Ganglienzellen im Sehnerv, häufig infolge eines erhöhten Augeninnendrucks (IOD). Dieser erhöhte Druck ist ein wesentlicher Risikofaktor, und seine Senkung bleibt die einzige Behandlungsoption. Die frühzeitige Erkennung und Behandlung dieser Degeneration ist essentiell, da der bisherige Verlust der Sehfähigkeit nicht rückgängig gemacht werden kann. Für eine optimale Diagnose und Therapieplanung ist die Erfassung einer Tagesdruckkurve notwendig, da diese über den Tagesverlauf stark schwankt.

Um eine augenschonende und selbstständige Messung zu ermöglichen, wurde am Lehrstuhl BIMAQ der Universität Bremen im Rahmendes Forschungsprojekts SelTon ein Konzept erarbeitet, bei dem der IOD kontaktlos aus der Schwingungscharakteristik des Auges bestimmt wird. Da die Messung indirekt erfolgt und von der Handhabung des Geräts abhängig ist, sollen die Ergebnisse im Projekt PreciEye über zusätzliche Sensorik und durch maschinelles Lernen abgesichert werden.

Das Ziel des Verbundprojektes „Selbsttonometer“ waren Tests und die Validierung eines neuen Verfahrens zur berührungslosen Messung des Augeninnendrucks mittels Schwingungsanregung. Die Verbundpartner wollten in diesem Vorhaben die Voraussetzungen für die Entwicklung eines berührungslosen (nicht-invasiven) Messsystems schaffen, das den Augeninnendruck mittels akustischer Anregung des Augapfels bestimmt und zur Selbstmessung geeignet ist. Der Fokus lag dabei auf der Systemanregung, der Signalverarbeitung und einer modellgestützten Auswertung, um die gemessenen Schwingungseigenschaften zuverlässig in Augeninnendruck-Werte umzurechnen.

Das Glaukom ist eine der häufigsten schwerwiegenden Augenerkrankungen. Es führt bei etwa 1% der Bevölkerung langfristig zu einer nicht heilbaren Sehstörung mit Gesichtsfeldausfällen. Das Glaukom ist weltweit die zweithäufigste Ursache irreversibler Erblindung und deshalb von hoher sozioökonomischer Bedeutung. Ein erhöhter Augeninnendruck ist einer der wichtigsten Risikofaktoren und wird mit Medikamenten auf Normalniveau gesenkt. Aus diesem Grund ist die Augeninnendruckmessung für die Diagnose und Therapiekontrolle dieser Krankheit von zentraler Bedeutung.

Das Ziel des Projekts war, den Einfluss des Herstellungsprozesses auf das Einsatzverhalten von G55- und G45C-Hartmetallwerkzeugen zu untersuchen und Empfehlungen für eine standzeitoptimierte Fertigung von Umformwerkzeugen abzuleiten.

In der Kaltmassivumformung kommen vielfach Hartmetalle als Werkzeugwerkstoff zur Anwendung. Aufgrund der hohen Härte wird die Werkzeuggeometrie mittels eines Hartbearbeitungsverfahrens, im wesentlichen Erodieren oder Schleifen, erzeugt. Zur Verbesserung des Verschleiß- und Ermüdungsverhaltens wird die Werkzeugoberfläche abschließend durch Polieren feinbearbeitet.

Im Rahmen des Vorhabens wurden die Eigenschaften von erodierten bzw. geschliffenen und anschließend polierten Oberflächen messtechnisch erfasst sowie deren Einfluss auf das Werkzeugeinsatzverhalten mit Hilfe von Modellversuchen sowie in der industriellen Serienfertigung ermittelt. In Standzeitversuchen wurden durch topografische Analysen adhäsiver und abrasiver Verschleiß im Umformbereich der Hartmetallwerkzeuge nachgewiesen. Ein Einfluss auf das Verschleißverhalten zwischen Schleifen und Erodieren konnte bei entsprechender Polierbearbeitung nicht festgestellt werden. Die Ermüdungsversuche ergaben, dass die Prozesskette „Schleifen-Polieren“ deutlich höhere Wechselfestigkeiten gegenüber der Prozesskette „Erodieren-Polieren“ erreicht.

Die Versuche ergaben zudem, dass die härtere Hartmetallsorte G45C bei gleicher Bearbeitung eine höhere Biegewechselfestigkeit gegenüber G55 erreicht. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen Werkzeugherstellung, Oberflächeneigenschaften und Werkzeugeinsatzverhalten ermöglichen dem Werkzeughersteller und -anwender, von der messtechnisch erfassten Oberflächenbeschaffenheit des Werkzeugs Aussagen über das Einsatzverhalten im Umformprozess zu treffen und so über die Standzeiterhöhung die Herstellkosten zu senken.

Im Rahmen einer Doktorarbeit erstellten wir Miniaturwerkzeuge für die Umformtechnik, die zu dem damaligen Zeitpunkt keiner bauen konnte. Bei der Fertigung der ersten Werkzeuge stellte sich sehr bald heraus, dass die üblichen Toleranzen im 100stel-Bereich noch zu grob waren und auch die üblichen Fertigungsmethoden versagten.

Aus der dabei gestellten Aufgabe entsprang die Teilnahme an einem Forschungsprojekt der Bayrischen Forschungsstiftung mit dem Titel Systemtechnik zur Herstellung von Microparts durch Kaltmassivumformen. Unsere Aufgabe bestand darin, eine geeignete Fertigungsmethode sowie die notwendige Messtechnik zu entwickeln.

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