Förderpreis 2023

Preisträgerin: Dr. Oliver Georgi
Titel der Dissertation: Ultraschallunterstütztes Bohren und Tiefbohren mit schallbasierter Prozessüberwachung
Institut: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Die Ultraschallunterstützung beim Bohren und Tiefbohren ist ein Ansatz zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Verfahren. Die Arbeit verfolgt die neuartige Idee der kombinierten Nutzung des Ultraschalls, d.h. dieser wird einerseits aktiv bzw. aktorisch zur Beeinflussung des Zerspanungsprozesses und anderseits passiv bzw. sensorisch als Basis für eine Prozessüberwachung verwendet. In diesem Zusammenhang wird ein neuartiges Ultraschallsystem entwickelt und eine Analyse von Zerspanungsprozess und resonantem Schwingsystem durchgeführt. Über ein kinematisches Prozessmodell werden die grundlegenden Mechanismen der Ultraschallunterstützung analysiert und mit Hilfe eines elektromechanischen Ersatzmodells das dynamische Verhalten des Schwingsystems abgebildet. Basierend darauf werden Ansätze zur Prozessüberwachung abgeleitet. Im Detail erfolgt die Überwachung der Prozessstabilität mit Modulationserscheinungen des Ultraschalls. Der Zerspanungsprozess beeinflusst durch die resonante Kopplung das dynamische Verhalten des Schwingsystems. Mit Hilfe von prozessparallelen Messungen werden die Prozesssteifigkeit und –dämpfung als Kennwerte berechnet, welche die Grundlage zur Überwachung des Werkzeugverschleißes, der Erkennung von Materialfehlern sowie der Bearbeitungssituation des Bohrprozesses bilden. Die Zusammenhänge zwischen Kinematik und den Prozess- und Ergebnisgrößen beim ultraschallunterstützten Bohren sowie die Ansätze zur Prozessüberwachung werden mit verschiedenen Versuchsreihen zum Bohren und Tiefbohren validiert und die vielschichtigen Potentiale nachgewiesen.