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Messtechnik Der perfekte Fügeprozess

| Redakteur: Jan Vollmuth

Mit einem Versuchsarbeitsplatz von Kistler können Fügeprozesse vor Inbetriebnahme einer Maschine validiert werden – was die Inbetriebnahme neuer Anlagen beschleunigt und Entwicklungszeit und -kosten reduziert.

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Der Versuchsarbeitsplatz von Kistler besteht aus einem Gestell, dem NC-Fügemodul sowie einem Schaltschrank mit Messtechnik, Steuerung und Datenerfassung.
Der Versuchsarbeitsplatz von Kistler besteht aus einem Gestell, dem NC-Fügemodul sowie einem Schaltschrank mit Messtechnik, Steuerung und Datenerfassung.
(Bild: Kistler Gruppe)

Der Fügeprozess bestimmt die Aufgabenstellungen beim Fügen: Um für bestimmte Komponenten optimale Fügeprozesse zu entwickeln, braucht es daher häufig zahlreiche Versuche und Anpassungen, etwa um herauszufinden, welche Bauteiltoleranzen auftreten können und wie sie sich auf die Verbindung auswirken.

Das Risiko falscher Annahmen minimieren

„Nicht nur die einzelnen Messwerte in den unterschiedlichen Prozessabschnitten müssen in teilweise aufwändigen Tests ermittelt werden“, erklärt Alexander Müller, Product Manager NC Joining Systems bei Kistler. „Auch die Prozessparameter selbst, die den Ablauf steuern, stehen nicht immer von vornherein fest. Vielmehr müssen gerade bei neuen Produkten oder bei der Umstellung eines Fertigungsschritts Kriterien wie Qualitätsmerkmale oder Taktzeitrelevanz erst entwickelt und definiert werden.“

Gezielte Unterstützung bei diesen Aufgaben bietet der neu installierte Versuchsarbeitsplatz am Standort Lorch in Süddeutschland, dem Produktions- und Kompetenzzentrum von Kistler für Fügesysteme. Mit den Messungen am Versuchsarbeitsplatz lassen sich Musterteile, Prototypen oder Vorserienteile verifizieren und damit das Risiko von falschen Annahmen minimieren. Indem die tatsächliche Krafteinwirkung beim Einpressen bestimmt wird, vermeidet man zudem eine unnötige Überdimensionierung von Fertigungsanlagen. „Denn häufig sind die Maschinen für weitaus höhere Kräfte beim Einpressen ausgelegt als nötig – einfach deshalb, weil eine exakte Berechnung und Bestimmung nicht erfolgte und die Anlage ‚aus Sicherheitsgründen‘ deutlich zu groß ausfiel“, berichtet Müller.

Variabler Einpressbereich

Versuchsarbeitsplatz von Kistler bestehend aus Gestell, NC-Fügemodul sowie Schaltschrank mit Messtechnik, Steuerung und Datenerfassung.
Versuchsarbeitsplatz von Kistler bestehend aus Gestell, NC-Fügemodul sowie Schaltschrank mit Messtechnik, Steuerung und Datenerfassung.
(Bild: Kistler Gruppe)

Der Versuchsarbeitsplatz von Kistler besteht aus einem Pressengestell mit zahlreichen Fügemodulen sowie einem Schaltschrank mit Messtechnik und Datenerfassung. Der variabel einstellbare Einpressbereich des Pressengestells umfasst in der Höhe bis zu 700 mm und in der Tiefe maximal 600 mm. Darüber hinaus ist die Fügekraft auf einer breiten Skala wählbar: Von wenigen Newton bis zu 100 kN kann jede Prozesskraft zuverlässig gemessen werden, da die Messtechnik kleinste Veränderungen der Kraft im Fügeprozess präzise erfasst. „Dank der großen Variabilität des Einpressbereichs können wir Fügeprozesse für Kundenapplikationen verschiedenster Art und Größe schnell bewerten“, betont Müller. „Unsere Sensorik ermöglicht eine sehr genaue Analyse der benötigten Kraft, um ein spezifisches Bauteil einzupressen, beispielsweise bei Staubsaugermotoren, aber auch in der Automobilindustrie bei Elektromotoren für Scheibenwischer oder Außenspiegel.“

Alle Prozessdaten im Blick

Bei den Tests am Versuchsarbeitsplatz übermittelt die in das Fügemodul integrierte Kraft- und Wegsensorik ihre Messdaten an das Maxymos NC, das Prozessüberwachungs- und Steuerungssystem von Kistler. Es zeichnet über den Weg (X-Werte) die Kraft (Y-Werte) während des gesamten Fügeprozesses auf. In 128 unabhängigen Programmen können unterschiedliche Bewertungselemente und Abschaltkriterien, z.B. Stopp bei Kraftschwelle, Position, Kraftänderung oder eine Kraftregelung, realisiert werden. Liegen die ausgewerteten Daten im Toleranzbereich, gibt das System ein IO-Signal aus. Überschreitet oder unterschreitet die Messung die Vorgaben, wird ein NIO-Signal angezeigt und das Bauteil kann zur Nachbearbeitung gekennzeichnet oder aussortiert werden.

Ausschuss reduzieren

Dank der integrierten Ablaufsteuerung kann der Prozess durch zahlreiche, intuitiv bedienbare Elemente ohne Programmierkenntnisse in wenigen Minuten parametriert werden – beispielsweise das Element „Bewegung“ für das Verfahrprofil des NC-Fügemoduls, das Element „Berechnung“, das aus Ist-Werten Folgeparameter berechnet oder das Element „Warten“, das die Sequenz anhält. Das Überwachungs- und Steuerungssystem ist dabei nicht an die Maximalgeschwindigkeit gebunden, sondern kann individuell an die spezifischen Bedingungen des jeweiligen Einpressvorgangs angepasst werden. So kann das Fügemodul in Echtzeit während des Einpressens oder in Abhängigkeit der Prozesskraft die Geschwindigkeit passgenau reduzieren, um unerwünschte Kraftpeaks zu minimieren oder aber Peaks zu erhöhen, um die Zykluszeit zu verkürzen. Damit erreichen Betreiber höhere Produktionsvolumen in kürzerer Zeit. Der Ausschuss sowie die damit verbundenen Kosten werden zusätzlich weiter reduziert.

Fügeprozesse genau verstehen

Insgesamt hilft der Versuchsarbeitsplatz, den Fügeprozess des Kunden genau zu verstehen, dadurch das passende System zu wählen und später die Produktqualität und -zuverlässigkeit während der Fertigung zu garantieren. Da der exakte Kraftaufwand bekannt ist, entfällt das teure Überdimensionieren des Systems und der Anlage.

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