TESTEN + PRÜFEN Verschärfte Bedingungen Steigende Anforderung an die Qualität von Blechen in der Automobilindustrie Die Bestimmung der Breite erfolgt an mindestens drei gleichverteilten Stellen entlang der Messlänge einer Probe Bild: Zwick Bleche für Kotflügel müssen sowohl die geforderten statischen und dynamischen Lasten aufnehmen können als auch für Tiefziehprozesse optimiert sein. Zur Prüfung der Materialkennwerte gehören daher umfang - reiche Untersuchungen. Jetzt hat die japanische Automobilindustrie die Anforderungen an die Qualität der Bleche deutlich erhöht. Wie die verschärften Bestimmungen in den Messungen umgesetzt werden können, zeigt eine innovative Lösung von Zwick. Der Autor: Dr. Peter Stipp, Awikom GmbH, Bensheim Werkstoffe und Materialien werden heute dank entsprechender Prozesse mit hoher Genauigkeit auf die gewünschte Materialgüte hin produziert. So ist beispielsweise ein Blech für einen Kotflügel relativ weich, damit es im Tiefziehprozess ohne Bruch in die entsprechende Form gebracht werden kann. Auf der anderen Seite muss es die geforderten statischen und dynamischen Lasten aufnehmen können. Um die Qualität des Bleches beurteilen zu können, ist daher eine Vielzahl von Messungen nötig. Dazu gehört neben den im Zug - versuch ermittelten Parametern wie Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung auch die senkrechte Anisotropie (r-Wert). Sie ist ein Maß für die Richtungsabhängigkeit der plastischen Verformung in Blechproben und definiert das Verhältnis des Umformgrades in Breitenrichtung zu dem in Dickenrichtung. Bestimmt wird der r-Wert über die Breiten - änderung einer flachen, genormten Probe während des Zugversuchs. Für diese Messung hat die japanische Automobilindustrie jetzt mit dem Japanese Industrial Standard (JIS) Z 2254 neue Maßstäbe gesetzt. Der Grund ist die gestiegene Anforderung an die Qualität von Blechen vor deren Weiterverarbeitung. Verschärfung der Prüfung Bislang erfolgte die Breitenmessung der Probe vor der Belastung an den Messstellen des Längenänderungsaufnehmers und im Zentrum der Messlänge. Nach einer kurzen Streck - phase mit plastischer Dehnung und nach - folgender Entlastung wurde die Probe entnommen und es erfolgte eine zweite Messung; wieder an den Messstellen des Längenänderungsaufnehmers und in der neuen Mitte des Messbereichs. Jetzt verlangt die Norm JIS Z 2254, dass nicht nur die Breite an mindestens drei gleichverteilten Stellen entlang der Messlänge sowie an den beiden Enden erfasst wird, sondern auch eine Klassifizierung der Lage der Brucheinschnürung. Wie lassen sich diese Forderungen umsetzen? Zur Messung der Dehnung bei Zugversuchen werden Extensometer eingesetzt. Die hierbei am häufigsten genutzte Messmethode ist die 62 AutomobilKonstruktion 1/2016
Die Prüfmaschine ermöglicht Zugversuche bis zu einer Kraft von 250 kN Bild: Zwick berührende Messung. Das hängt mit den geringen Kosten und der heutigen hohen Präzision der berührenden Differenzwegmessung zusammen. Das leistet auch das von Zwick entwickelte und modular aufgebaute Extensometer makroXtens. Die Übertragung einer gemessenen Längenänderung zum Auswertesystem erfolgt über Messfühler und Messschneiden und erlaubt eine automatische Betätigung. Die Messung des r-Wertes bei Zugversuchen erfordert die Bestimmung der Breitenänderung. Dazu wird der berührungslos arbeitende Breitenänderungsaufnehmer videoXtens eingesetzt. Er verfolgt die Messschneiden des Längenänderungsaufnehmers während der Prüfung, um die Messstellen für die Breitenänderung während des Tests kontinuierlich nachführen zu können. Der VideoXtens arbeitet berührungslos, bietet eine automatische Messmarkenerkennung und Erfassung der Anfangsmesslänge und erlaubt eine präparationsfreie Prüfung bei Proben mit strukturierter Oberfläche durch Mustererkennung. Er kann sowohl manuell als auch automatisch über die von Zwick entwickelte Prüfsoftware testXpert II bedient werden. Rücklichtverfahren zur Klassifizierung Die zweite Forderung ist die Klassifizierung der Lage der Brucheinschnürung gemäß JIS Z2241 nach A, B und C. Danach ist die Bruchdehnung nur dann gültig, wenn der Bruch nicht näher an einem der Enden der Mess - länge als ein Viertel der Ausgangsmesslänge eintritt. Da diese Anforderungen mit kontaktierenden Aufnehmern nur schwer oder gar nicht zu erfüllen sind, hat Zwick seinen bestehenden videoXtens-Breitenänderungsaufnehmer erweitert und angepasst. Dieses System besteht aus zwei Kameras mit unterschiedlichen Objektiven, um einerseits die Breitenänderung präzise zu erfassen und andererseits die gesamte Messlänge bis zum Bruch zu überwachen. Die erste Kamera zur exakten Breitenmessung nützt das Rücklichtverfahren, um die Position der beiden Messschneiden des makroXtens während des gesamten Versuchsverlaufes online zu bestimmen. An diesen Stellen sowie in deren Mitte erfolgt dann die vollautomatische Messung der drei geforderten Breiten. Dazu werden die Messlinien für die Breitenänderungsmessung entsprechen der Dehnung während des Versuchs „verschoben“. Die zweite Kamera erfasst ebenfalls im Rücklichtverfahren die Probenkontur der gesamten parallelen Länge. Sie erkennt die Lage der Brucheinschnürung und kann so die Klassifizierung der Probe nach A, B oder C durchführen. Beide Kameras sind in einem Gehäuse auf engem Raum untergebracht und erfassen dank einer ausgefeilten Spiegelumlenk - technik die Probe aus derselben Richtung. Fazit Das Gesamtkonzept von Zwick bietet eine Lösung aus bewährter mechanischer Messtechnik und konsequenter Weiterentwicklung des vielfach erfolgreich eingesetzten videoXtens-Breitenänderungsaufnehmers. Damit ist das Unternehmen in der Lage, die hohen Qualitätsansprüche der Automobilindustrie zu erfüllen. Das gilt auch für die Forderung eines namhaften japanischen Stahlerzeugers, die Messung nach JIS Z 2254 als kontinuierliche Online-Messung für eine neue automatisierte Anlage durchzuführen. Das soll einerseits die Vergleichbarkeit zur bisherigen händischen Messung und andererseits eine Steigerung der Genauigkeit im Vergleich zur Messung an nur einer Stelle sicherstellen. Zwick GmbH & Co. KG, Ulm, info@zwick.de, www.zwick.de 1/2016 AutomobilKonstruktion 63
