Industrie 4.0 Unterwegs zur Null-Fehler-Produktion

Nils Graefe, 19.12.2015 00:00 Uhr
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Geschäftsführer Christian Ibach schaut durch einen Post-Prozess-Messautomaten für Turboladergehäuse.  Foto: Habermann / ZVW
Geschäftsführer Christian Ibach schaut durch einen Post-Prozess-Messautomaten für Turboladergehäuse. Foto: Habermann / ZVW

Fellbach. Aufs Mikrometerchen genaue Messungen sind für das Internet der Dinge von großer Bedeutung. Zumal, wenn diese Dinge nicht nur eine ID sowie ein lesbares Produktgedächtnis haben, sondern auch noch hochqualitativ sein sollen. Die Philipp Hafner GmbH & Co. KG liefert die dafür notwendigen Mess- und Codierungsanlagen.

Mü (µ), die aus dem Griechischen stammende Maßeinheit für 0,001 Millimeter, hört sich irgendwie lustig an, gerade der Automobilindustrie ist es aber damit ziemlich ernst. „Bei industrieller Messtechnik geht es um sehr, sehr kleine Maßeinheiten“, sagt Christian Ibach, technischer Geschäftsführer bei Hafner. Meist geht es um das Ausmessen von Teilen, die in einer Serienfertigung mit hoher Stückzahl und geringsten Toleranzen gefertigt werden. „So sind auch unsere Messstationen auf hohe Stückzahlen und geringste Toleranzen ausgelegt.“

Die Stärke des menschlichen Haares betrage circa 50 Mü. „Teilen Sie das noch 500-mal, dann sind wir bei 0,1 Mü, also 100 Nanometern. So in diesem klitzekleinen Bereich bewegen wir uns.“

Die industrielle Messtechnik ist ein sehr spezielles Geschäftsfeld: In der Regel baut Hafner Messanlagen mit Losgröße eins bis drei, also hochindividuell gemäß den Kundenanforderungen. 99 Prozent der Kunden kommen aus dem Automotive-Bereich, sind Autokonzerne wie Daimler oder VW und deren Zulieferer sowie Werkzeugmaschinenhersteller.

Da sagt ein Autohersteller zum Beispiel, er habe jetzt einen neuen Motor, ein neues Getriebe und benötige somit auch neue Pleuel, Wellen und Kolben von den Zulieferern. Aus Qualitätsgründen und wegen Nachweispflichten müssen auch bestimmte Merkmale dieser Teile während der Fertigung gemessen werden. „Wir liefern dann die Anlage dafür, die in die Fertigungslinien integriert werden kann. Entweder Post-Prozess-Anlagen (post im Sinne von danach, wie im Wort posthum, Anm. d. Red.), die Bearbeitungsmaschinen nachgeschaltet werden; oder End-of-Line-Anlagen ganz am Ende einer Fertigungslinie, für abschließende Kontrollprüfungen; aber auch SPC-Messplätze (statistic process control) für die statistische Prozessüberwachung.“

So gut wie keine Ausschussware mehr in der laufenden Fertigung

Ein Pleuel für einen Verbrennungsmotor etwa hat einen Durchmesser von 80 Millimetern. Der Autohersteller lässt bei der Fertigung jedes Pleuels einen Toleranzbereich von sechs Mü zu, also plus minus drei Mü. „Dann laufen auf seiner Fertigungslinie im Sechs-Sekunden-Takt fertige Pleuel in von uns in die Linie integrierte Messvorrichtungen. Die melden der Linie die Messergebnisse zurück. So kann frühzeitig auf drohende Toleranzüberschreitungen vollautomatisch und unmittelbar reagiert und die Pleuel-Fertigung nachgesteuert werden, ohne dass Ausschussware entsteht“, erläutert Ibach die Echtzeit-Vernetzung.

Hafner-Messanlagen melden sozusagen präventiv Tendenzen hin zur Toleranzabweichung, nach dem Motto: Hallo, Bearbeitungsmaschine, du musst dein Werkzeug (zum Beispiel den Drehmeißel oder die Schleifscheibe) um soundso viel Mü nachstellen, damit es beim überüber- oder überüberübernächsten Teil nicht zur Toleranzabweichung kommt.

„Eine um eine Achse rotierende Schleifscheibe zum Beispiel schleift sich ja mit der Zeit immer mehr ab, und das um eine Achse dagegen rotierende Werkstück wird peu à peu dadurch immer größer, wenn die Schleifscheibe eben nicht kontinuierlich zugestellt (nachjustiert) wird.“

Hohe Anforderungen an die Serienteil-Genauigkeit

Rundgang durch die neue offene und transparente Werkhalle von Hafner in der Blumenstraße in Fellbach: Techniker rund um Dr. Daniel Benz, Leiter Technologie, tüfteln gerade an einer Mess-Station für ein Turboladergehäuse. „Wir messen 100 Prozent der Teile und bekommen dadurch Einblicke in vorgelagerte Prozesse“, erläutert Benz. „Wir schaffen hier also eine Daten-Transparenz, die für Prozessoptimierungen in Echtzeit überaus wichtig ist. Spannend wird dann immer die Interpretation unserer Messdaten für die vorgelagerte Fertigung.“

Wie effizient die Fertigung eines Turboladergehäuses in Deutschland ist und wie effizient und schnell auch die benötigte Messtechnik sein muss, verdeutlicht allein die Tatsache, dass ein solches Gehäuse hierzulande in zwei automatisierten Bearbeitungsschritten hergestellt wird, in Ländern wie China zum Beispiel dasselbe Gehäuse jedoch mit bis zu 15-mal so vielen Bearbeitungsschritten.

Hafner stellt nicht alle verwendete Hardware selbst her. Da bedient sich das Unternehmen am Markt. Dazu gehören zum Beispiel Pneumatikzylinder, Linearführungen, Spindeln, diverse Sensoren und dergleichen. „Wir haben aber unabhängig davon eine recht hohe eigene Fertigungstiefe. Von der Entwicklung und Konzeptionierung über die mechanische Fertigung der Fertigungsteile bis hin zur Montage und Inbetriebnahme sowie Programmierung (Applikationsprogrammierung) und Service denken wir alle Phasen des Lebenszyklus einer Sondermessmaschine ab.“

Meist geht es um dimensionales Messen. Länge, Breite, Form, Planläufe, Rundläufe. „Dazu bieten wir noch Zusatzfunktionen an wie Wiegen, Beschriften, Rissprüfungen, Härteprüfungen und dergleichen. Wir implementieren auch Oberflächenprüfungen mit Kameras.“

Miniaturtaster, Härteprüfungen und Piezo-Kristalle

Bei taktilen Messungen wird die Oberfläche des Objekts mit Berührungssensorik angetastet. Ein Miniaturtaster wird bewegt und über Induktionsspulen können minimale Differenzen wahrgenommen werden.

Pneumatische Messungen funktionieren über Staudruckwahrnehmung. „Aus einer Düse strömt Luft raus und trifft auf das Objekt, die Luft staut sich zwischen der Düse und dem Objekt, der Druck wird gemessen und ermöglicht Rückschlüsse auf Merkmale des Objekts“, erläutert Ibach. Druckdifferenz-Messungen könne man auch über Piezo-Kristalle bewerkstelligen.

Bei der Ausmessung von Pkw-Rädern sei auch immer eine optische Kamera-Erkennung vorgeschaltet zur Bestimmung des Felgentyps. „Dann wird das Ganze gematched. Das heißt, ein Bohrer setzt einen winzigen Körnerpunkt, und der Außenring wird genau gemessen. Die Felge muss absolut gleichmäßig sein, sonst wackelt ja das ganze Auto beim Fahren.“

Jedes Ding, jedes Teil bekommt eine Identität

Fertig gemessene Teile im Toleranzbereich bekommen, wenn vom Kunden gewünscht, in der Hafner-Mess-Station auch noch eine eigene ID per Codierung verpasst. Mit Laser werden Data-Matrix-Codes in die Oberfläche gebrannt. Eine Voraussetzung für das Internet der Dinge. Jedes Ding, jedes Teil, hat von nun an eine ID und ein Produktgedächtnis, kann geortet, identifiziert, „gelesen“ und rückverfolgt werden. „Unsere Maschinen sind heute schon Lieferanten von Informationen, um in Zukunft automatisch auf Prozesse zurückzugreifen“, sagt Ibach.

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