SensDrill - Sensorisches BTA-Tieflochbohrwerkzeug zur Überwachung des Mittenverlaufs

In vielen Bereichen der Öl- und Druckmaschinenindustrie sowie in der Luftfahrt, ist das Bohren tiefer Bohrlöcher häufig notwendig. Ein häufig genutztes Verfahren zur Herstellung von Tieflochbohrungen ist das BTA-Tiefbohren. Das BTA-Tiefbohren ist durch eine äußere Bohrölzufuhr zwischen der Bohrungswand und dem Bohrkopf gekennzeichnet. Das Bohröl transportiert die am Bohrkopf erzeugten Späne durch den Bohrkopf und das Bohrrohr nach außen. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit entwickelt das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) Hannover zusammen mit der BTA-Tiefbohrsysteme GmbH ein sensorisches Bohrrohr. Ziel ist es, den Mittenverlauf hauptzeitparallel bestimmen und überwachen zu können.  Der zu bestimmende Mittenverlauf berechnet sich aus der radialen Auslenkung des Bohrrohrs am Bohrkopf bzw. der sich einstellenden Biegelinie des Bohrrohrs. Für die Berechnung der Biegelinie werden zum einen der Dehnungsverlauf über die Länge des Bohrrohrs und zum anderen die relative Ausrichtung zwischen Maschine und Bohrrohr und Werkstück benötigt. Das dafür entwickelte Messsystem besteht aus mehreren Teilsystemen, die in der Abbildung schematisch dargestellt sind. Mit Hilfe der Signale von über der Bohrrohrlänge verteilten optischen Dehnungssensoren (Faser-Bragg Sensoren) wird zunächst ein kontinuierlicher Dehnungsverlauf rekonstruiert. Im Gegensatz zu Dehnungsmessstreifen, bei denen eine Änderung des elektrischen Widerstands gemessen wird, lässt sich mit Faser-Bragg Sensoren die Dehnung aus Wellenlängenänderungen von Lichtstrahlen bestimmen. Die hierfür verwendete Faser hat lediglich einen Durchmesser von nur 0,1 mm. Die Berechnung des Mittenverlaufs, wurde erstmals im Laborversuch evaluiert. Dafür wurde der Mittenverlauf des Bohrrohrs durch Lasersensoren gemessen und mit dem berechneten Mittenverlauf verglichen. Es wurde eine maximale Abweichung von 5 % an der Spitze des Rohrs festgestellt. Damit ist die Genauigkeit zur Berechnung des Mittenverlaufs ausreichend.