Die Anforderungen hinsichtlich Bauteilqualität und Zuverlässigkeit im Produktionsprozess steigen beständig, gleichzeitig werden die Bauteile stetig komplexer. Komponenten wie Fahrwerksbuchsen oder Motorlager sind heute Verbundbauteile, die neben Elastomeren auch Bauteile aus Metall und Kunststoff enthalten. Das Herstellen dieser Bauteile ist zudem komplizierter geworden: Jeder einzelne Vorgang – Mischen, Vulkanisieren, Auftragen von Bindemitteln, Bestücken mit Einlegeteilen sowie das Füllen mit Glykol – birgt Fehlerquellen. Neben Fehlern beim Bestücken sind es vor allem Lufteinschlüsse, die zu Ausschuss führen. Die Dämpfungskammern werden bei einigen Herstellern in einem Flüssigkeitsbad gefüllt, um das Risiko von Lufteinschlüssen zu minimieren. Andere haben ihre Produktion auf eine Trockenbefüllung umgestellt. Bei beiden Produktionsweisen sind Lufteinschlüsse jedoch schwer festzustellen.

Null-Fehler-Produktion kaum zu realisieren

Der Versuch, eine Null-Fehler-Produktion zu realisieren, ist generell ein schwieriges Unterfangen: Eine Produktion kann sich dem Ziel „100 Prozent i. O.“ lediglich annähern, es sei denn, dass jedes einzelne Bauteil nach jedem Fertigungsschritt mit hohem Aufwand inline geprüft wird. Selbst dann bleiben immer ein statistisches Restrisiko und die Unsicherheit, dass doch von Zeit zu Zeit ein Bauteil ausgeliefert wird, das den Spezifikationen nicht entspricht und zur Reklamation führt.
Es gibt mehrere Alternativen, die Bauteile vor dem Versand zu prüfen. Man kann produktionsbegleitend offline Labor-Prüfmaschinen einsetzen, was in der betrieblichen Praxis aber immer auf Stichproben begrenzt ist. Eine Null-Fehler-Lieferung stellt diese Art der Messung nicht sicher.

Schnelle End-of-Line-Prüfung ersetzt Laborbetrieb

Auch die teilautomatische Prüfung, bei der jedes einzelne Bauteil im Prüflabor manuell geprüft wird, ist keine Lösung: Da jeder Prüfling von Hand eingebaut und entnommen werden muss, kann die Prüfung mit den Taktzeiten moderner Produktionslinien nicht annähernd Schritt halten – die Prüfung würde einen nicht akzeptablen Engpass darstellen.
Deshalb verfolgt der Prüfmaschinen-Hersteller Dyna-Mess, Aachen/Stolberg, einen neuen Ansatz: In der Produktion wird eine gewisse Fehlerrate toleriert und am Ende der Produktionslinie werden die dynamischen Kennwerte jedes einzelnen Teils inline geprüft. So kann eine Null-Fehler-Lieferung sichergestellt werden, die zudem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand erfordert.

Die bisher für die dynamische Bauteilprüfung verwendeten Maschinen waren zumeist für den manuellen Laborbetrieb mit entsprechend geringem Durchsatz konzipiert. In der Produktion – bei Taktzeiten zwischen drei und zwanzig Sekunden – können diese Systeme nicht eingesetzt werden.

Deshalb hat das Unternehmen eine neue Generation von servopneumatischen End-of-Line-Prüfmaschinen entwickelt. Die industrietauglichen Systeme sind vollständig in den Fertigungsfluss eingebunden und arbeiten einschließlich des Handlings der Prüflinge automatisch. Die neuen Prüfmaschinen messen die statischen und dynamischen Kennwerte – zum Beispiel den Verlustwinkel und die dynamische Steifigkeit – jedes einzelnen Bauteils.

Hiermit hat die dynamische Bauteilprüfung den Schritt vom Labor in die industrielle Produktion vollzogen. Für die Hersteller der Prüfmaschinen bedeutet das einen Paradigmenwechsel, denn die Maschinen sind jetzt integraler Bestandteil der Produktionslinien und müssen grundlegend andere Anforderungen an Handling, Robustheit und Zuverlässigkeit erfüllen. Denn wenn sie an einer Produktionslinie ausfallen, kann nicht ausgeliefert werden.

Gelöst hat der Maschinenhersteller diese Aufgabe mit einem interdisziplinären Team von Ingenieuren, die rund um die eigentliche Prüfmaschine Mechanik, Elektronik und Software zu einer mechatronischen Gesamtlösung kombiniert haben.

Vollständige Bauteilprüfung in drei Sekunden

Sobald ein Teil an der Maschine ankommt, hebt ein Zylinder es aus dem Werkstückträger und bringt es in die Prüfposition. Vor der eigentlichen Prüfung werden die Bauteile zunächst konditioniert, anschließend erfasst das Prüfsystem das dynamische Bauteilverhalten bei mehreren Frequenzen zwischen 10 und 25?Hz. Bei speziellen Anforderungen werden die Prüfmaschinen mit Prüfzylindern ausgerüstet, die mit bis zu 200?Hz arbeiten.

Nach Abschluss der Messung senkt der Zylinder das Bauteil wieder zurück in den Werkstückträger. Der gesamte Prüfvorgang dauert einschließlich des Handlings nur wenige Sekunden und ist an die Taktzeit der Linie angepasst. Die Auswerte-Software ermittelt aus den Mess-Ergebnissen die dynamische Kraft-Weg-Kennlinie, außerdem berechnet sie die statische Steifigkeit. Sie vergleicht die ermittelten Werte und Werkstoffeigenschaften mit den vorgegebenen Toleranzen und Zeichnungswerten und entscheidet selbsttätig über die Tauglichkeit des Prüflings. Entspricht das geprüfte Bauteil nicht den Vorgaben, wird es automatisch aus der Produktion entfernt.

Unmittelbar nach der Prüfung stehen für jedes Teil alle notwendigen Informationen zu den Bauteileigenschaften zur Verfügung. Sie können archiviert und für Dokumentation und Rückverfolgung verwendet werden.
Parallel zur Messung werden die Ergebnisse in Statistiken überführt. Dadurch ermöglicht die Prüfmaschine, Fehlerursachen zu identifizieren und die gesamte Fertigung zu verbessern, beispielsweise mit Hilfe des CpK-Wertes. So können die Ergebnisse der End-of-Line-Prüfung dazu verwendet werden, den Produktionsprozess zu optimieren.
Der Lieferumfang der dynamischen Systeme geht weit über den der herkömmlichen Labor-Prüfmaschinen hinaus, denn sie müssen in die vorhandenen Produktionslinien und deren Steuerung integriert werden. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei das Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und Software. Die Maschinen der EOL-Baureihe sind so konstruiert, dass sie sich in die Produktionslinien mechanisch und elektrisch einpassen. Die Schnittstelle zur Prozesssteuerung ist einfach und übersichtlich: Sie arbeitet mit lediglich vier Signalen. Sie kann Daten sowohl empfangen als auch senden und ist in das Not-Halt-System integriert.

Obwohl die EOL-Maschinen komplexe Messungen ausführen, sind sie dennoch einfach zu bedienen. „Die Mitarbeiter unserer Auftraggeber finden sich mit der Technik und der Bedienung schnell zurecht. Seit sie die End-of-Line-Systeme einsetzen, haben sie keine Probleme mehr, die geforderten Spezifikationen bei jedem gelieferten Teil einzuhalten. Außerdem sind die Kosten servopneumatischer Maschinen deutlich geringer als die hydraulischer. So können unsere Auftraggeber mit dem gleichen Etat mehrere parallele Linien zugleich mit Prüfmaschinen ausstatten“, sagt Marco Brinkmann, Technischer Leiter bei Dyna-Mess.

 

„Mit End-of-Line-Systemen haben unsere Auftraggeber
keine Probleme mehr, die geforderten Spezifikationen bei
jedem gelieferten Teil einzuhalten.“

Marco Brinkmann, Technischer Leiter bei Dyna-Mess

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Über den Autor

Marcus Jarchow ist Geschäftsführer Dyna-Mess Prüfsysteme in Aachen/Stolberg marcus.jarchow@dyna-mess.de