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Sensorik

Mit piezoelektrischen Sensoren die Qualitätssicherung automatisieren

| Redakteur: Jan Vollmuth

Um die Produktion von Schaltern und die Kosteneffizienz zu optimieren, hat die Schweizer Feller AG eine doppelte Qualitätsprüfung implementiert: In zwei Stufen werden mit Hilfe von Lösungen von Kistler sowohl Fertigung als auch Funktionalität von Schaltwippen laufend geprüft und damit Fehlteile nahezu ausgeschlossen.

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( Bild: Kistler )

Manchmal braucht es einen Neuanfang: Um sich als führender Anbieter im Segment der Schalter- und Steckdosenhersteller zu behaupten und gleichzeitig eine neue Norm zu erfüllen, implementierte das Schweizer Elektronikunternehmen Feller AG eine komplett neue Produktionsstraße. Der beauftragte Schweizer Sondermaschinenbauer Insys setzte dabei zur Kraft-Weg-Überwachung auf Piezo-Sensorik und Messtechnik von Kistler. Das sensible System überwacht die Verstemmung der Schaltwippe während des gesamten Produktionsprozesses und stellt damit die Qualität sicher.

Steigende Qualitätsanforderungen

Peter Suter, Gruppenleiter Automation bei Feller, erklärt: „Die Anforderungen an die Qualität sind über die Jahre kontinuierlich gestiegen. Dabei werden die Toleranzen in Bezug auf den akzeptierten Ausschuss immer enger, was sich im Ruf nach stetiger Prozessverbesserung und damit verbundenen Qualitätskontrollen widerspiegelt.“ In einem zweiten Schritt implementierte Feller deshalb eine weitere Prüfung der Schalter im montierten Zustand: „Hierbei wird der Umschaltpunkt des Schalters nochmals kontrolliert. Alle Schalter, die nicht die gewünschte Funktion erfüllen oder bei denen ein zu großer Kraftaufwand für das Umschalten nötig ist, werden direkt aus dem Prozess ausgeschieden. So kommen wir der Null-Fehler-Produktion einen entscheidenden Schritt näher.“

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Auch hierbei kommt wiederum Technologie von Kistler zum Einsatz: Mit Kleinkraft-Sensoren des Typs 9215 mit einem Messbereich von −20 bis 200 N gelang es, die Anforderungen bezüglich Kraftauflösung und geringem Bauraum zu erfüllen und auch diese zweite Stufe der Qualitätsprüfung in die Linie zu integrieren.

Gerade in Anwendungsfällen wie dem hier beschriebenen spielen piezoelektrische Sensoren von Kistler ihre Stärke aus: Wird ein entsprechend bearbeiteter Quarz mechanisch belastet, erzeugt er eine elektrische Ladung, die direkt proportional zur einwirkenden Kraft ist.

Kurze Messwege

Diese lässt sich mittels eines Ladungsverstärkers, den Walter P. Kistler im Jahr 1950 patentieren ließ, einstellen und als Messgröße nutzbar machen – unabhängig von Dehnung oder Auslenkung. Daraus ergeben sich neben der Proportionalität entscheidende Vorteile gegenüber anderen Technologien: kurze Messwege (meist mehrere Kilonewton pro Mikrometer), Robustheit und lange Lebensdauer.

Darüber hinaus sind die Sensoren von Kistler so konstruiert, dass die Krafteinleitungsfläche möglichst klein ist, um z.B. Messungenauigkeiten durch Biegemomente zu vermeiden. Das piezoelektrische Prinzip erlaubt zudem eine Miniaturisierung der Sensoren je nach Messbereich bis auf wenige Zentimeter: Der kleinste Kraftsensor des Schweizer Messtechnikspezialisten ist gerade noch 23,3 mm lang bei einem Durchmesser von 6,1 mm. Vor allem aber zeigen die Kleinkraftsensoren auch bei langjährigem Einsatz kaum Alterserscheinungen – sie müssen lediglich von Zeit zu Zeit nachkalibriert werden.

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Abweichungen rasch erkennen

Um die von den piezoelektrischen Sensoren erfassten Daten nutzbar zu machen, steht Anwendern das Prozessüberwachungssystem Maxymos von Kistler zur Verfügung, das gleichzeitig als Ladungsverstärker fungiert: Es visualisiert, bewertet und dokumentiert zwei gemessene Größen X und Y, in diesem Fall Kraft und Weg, und macht auf Abweichungen von den eingestellten Parametern aufmerksam. Durch die Integration dieses Messsystems in den Produktionsablauf wird ein Verfehlen des Sollprozesses frühzeitig erkennbar; der Anwender kann entsprechend zeitnah gegensteuern.

Durch die Integration der piezoelektrischen Kleinkraftsensoren von Kistler hat Feller ihre Schalterproduktion auf eine neue Effizienzstufe gehoben und sichert damit Zukunft: Die nahezu einhundertprozentig fehlerfreie Fertigung macht eine kosten- und zeitaufwändige Nachprüfung überflüssig. „Mit dem Einbau der Low-Force-Sensoren von Kistler haben wir ein geschlossenes System geschaffen, das reproduzierbare, verlässliche Werte liefert und die Qualitätskontrolle auf eine neue Stufe stellt“, resümiert Peter Suter. (jv)

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