Rißprüfung zerstörungsfreie Werkstoffprüfung / Rissprüfung

Programmierung zum Festpreis

Pressemitteilung vom 17.5.2000

100%-Kontrolle für fehlerfreie Kugelzapfen

Prüfung auf 5 Eigenschaften in einem System
100 %-Prüfung von Kugelzapfen auf alle kritischen Fehler mit einem Durchsatz von 4.800 Teilen pro Stunde: Modernste Prüftechnik und maßgeschneiderter Maschinenbau ermöglichen die Umrüstung auf einen anderen Teiletyp in weniger als 15 Minuten und garantieren eine Verfügbarkeit von über 95 %.

Die Aufgabe
Kugelzapfen sind sicherheitskritische Lenkungskomponenten. Ein Versagen kann katastrophale Folgen haben  nicht nur finanziell, sondern im wahrsten Sinn des Wortes. Um nachweislich nur fehlerfreie Teile auszuliefern und damit sein Haftungsrisiko zu minimieren, entschloss sich ein namhafter Hersteller, die bislang praktizierte statistische Kontrolle durch eine 100 %-Prüfung zu ersetzen. Dabei sollte ein Spektrum von neun verschiedenen Teiletypen auf alle kritischen Fehler hin geprüft werden:

Abb. 1: Gesamtansicht des Kugelzapfenprüfsystems

1.Oberflächenrisse

2.Splintlochbohrung

3.Materialverwechslung

4.Oberflächenhärte

5.Gewindegängigkeit

 

Der Durchsatz sollte 4.800 Stück pro Stunde betragen. Die Umrüstung von einem Teiletyp auf einen anderen durfte nicht länger als 15 Minuten erfordern. Insgesamt musste eine Verfügbarkeit von mindestens 95 % gewährleistet werden.

Die Lösung: Sondermaschinenbau aus dem Baukasten
Eine Anlage, die die genannten Anforderungen erfüllt, gab (und gibt) es natürlich nicht "von der Stange". Das in Abb. 1 dargestellte System ist vielmehr von der ibg Prüfcomputer GmbH in Ebermannstadt kundenspezifisch gefertigt worden.
Die Einhaltung bewährter Projektierungs- und Konstruktionsrichtlinien stellt sicher, dass der Gebrauchsnutzen der Sonderlösung auf dem Niveau eines ausgereiften Serienproduktes liegt: So wird beispielsweise die Prüfelektronik stets getrennt vom Elektroschaltschrank in einem separaten Schaltschrank untergebracht. Das schließt elektromagnetische Störungen zuverlässig aus. Als Prüftechnik werden darüber hinaus grundsätzlich nicht modifizierte Standardgeräte und komponenten eingesetzt. Das minimiert den Integrationsaufwand und sichert eine schnelle und preisgünstige Ersatzteilversorgung. Im Bereich der Handhabungstechnik ist es aus den gleichen Gründen ebenfalls selbstverständlich, vorrangig auf bewährte industrietaugliche Bauteile zuzugreifen.
Das Ergebnis ist eine individuelle Anlage, die durch die intelligente Kombination von Standardbauteilen und baugruppen entsteht: Sondermaschinenbau aus dem Baukasten. Das reduziert das Realisierungsrisiko und sichert gleichzeitig hohe Standzeiten und Verfügbarkeiten.

Der Prüfablauf
Um den hohen Durchsatz von 4.800 Stück pro Stunde realisieren zu können, ist die Anlage als Twinsystem konzipiert worden. Das bedeutet, dass alle 1,5 Sekunden parallel 2 Teile geprüft werden. Die Anordnung der einzelnen Funktionselemente ist in Abb. 2 gut erkennbar: Über zwei von einem Rüttelförderer gespeiste Zuführschienen (links im Bild) gelangen die Kugelzapfen hängend in eine Transportscheibe. Diese taktet die Prüflinge nacheinander in drei Prüfstationen (vorne im Bild).

Abb. 2: Zuführung und Transportscheibe für 3 Prüfstationen

Die gesamte Anordnung zeichnet sich durch freie Zugänglichkeit zu allen Komponenten aus. Sehr gut ist auch der modulare Aufbau mit Steckverbindungen erkennbar, die den Wartungsaufwand entscheidend verringern.
In der ersten Station erfolgt die Prüfung auf Oberflächenrisse und das Vorhandensein der Splintlochbohrung. Dazu werden die Kugelzapfen gespannt und in Rotation versetzt. Anschließend wird die Kugel am Äquator berührungslos auf Oberflächenrisse geprüft. Gleichzeitig wird mit einer Gabellichtschranke das Splintloch detektiert. Da zwei Teile parallel geprüft werden kommt als Rissprüfgerät ein 2-kanaliger eddydector® zum Einsatz.
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Bild

Abb. 3: Station zur Prüfung auf Materialverwechslung und Härte

Die zweite Station (Abb. 3) dient zur Gefügeprüfung. Dort werden die Kugelzapfen angehoben, so dass die Kugeln von jeweils einer Durchlaufspule umschlossen werden. Dann erfolgt die Prüfung auf Materialverwechslung und Oberflächenhärte. Auch hier wird ein 2-kanaliges Gerät, der eddyliner® P2, eingesetzt. Das Verfahren der Präventiven Mehrfrequenzprüfung (PMFP), bei dem mit 8 Frequenzen über ein Spektrum von bis zu 1 : 3.000 geprüft wird, bietet den Vorteil, dass auch unerwartete (weil bislang unbekannte) Fehler sicher erkannt werden.
In der dritten Station wird schließlich das Gewinde auf Gängigkeit überprüft. Angesichts der kurzen Taktzeit musste hierzu eine eigene Prüfvorrichtung entwickelt werden. Dabei wird das Gewinde des Prüflings mit drei drehbar gelagerten Gewindebolzen gespannt, von denen einer angetrieben und mit einem Drehmomentsensor ausgestattet ist. So kann das für die Drehung benötigte Drehmoment als Maßstab für die Gängigkeit des Gewindes heran gezogen werden.

Nach Durchlaufen der drei Prüfstationen werden die Kugelzapfen auf Rutschen ausgeworfen (Abb. 6). Neben der Gutteilrutsche gibt es drei Schlechtteilrutschen: Hier kann der Bediener frei definieren, in welchen Auswurf Teile mit welchem Fehler sortiert werden sollen.

Die Inbetriebnahme
Bei der Inbetriebnahme kommt üblicherweise die Stunde der Wahrheit: Hier (und anschließend im Praxisbetrieb) zeigt sich der Unterschied zwischen "billig" und "preiswert". Und hier zeigt sich auch der Unterschied zwischen "schlüsselfertig" (mit Zukauf der Mechanik) und "aus einer Hand": In diesem Fall vereint der Anlagenlieferant Prüfgeräteentwicklung, -fertigung und montage sowie Projektierung, mechanische und elektrische Konstruktion, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme unter einem Dach. So erfolgte, wie üblich, eine Vorabnahme der komplett fertig gestellten Anlage unter produktionsnahen Bedingungen beim Lieferanten. So wurde sicher gestellt, dass die Integration in den Fertigungsprozess reibungslos innerhalb weniger Tage erfolgen konnte.

(Igor Lambrecht)

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