Prüflehren für die Qualitätssicherung Klein, aber unentbehrlich - Quality Engineering

Prüflehren für die Qualitätssicherung

Klein, aber unentbehrlich

Die Anforderungen an die geometrische Komplexität der Prüflehren steigen kontinuierlich anBild: Klaus Vollrath
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Steigende Qualitätsanforderungen bedingen auch strengere Vorgaben bezüglich der Genauigkeit der Messmittel. Ungeachtet erheblicher Fortschritte bei Sensoren und Abtastverfahren sind insbesondere bei kleineren formdefinierten Hohlgeometrien die klassischen handgeführten Prüflehren nach wie vor unverzichtbar.

„Mit den neuen Generationen immer höher automatisierter industrieller Produktionsverfahren – Stichwort ist hier unter anderem Industrie 4.0 – steigen auch die Anforderungen an die Qualitätssicherung auf ein neues Niveau“, weiß Anton Flury, Seniorchef von Flury Tools. Schnelle automatisierte Füge- und Montageprozesse setzen engste Toleranzen voraus, weil schon kleine Abweichungen teure Produktionsstillstände verursachen können. In diesem Zusammenhang werden die Toleranzvorgaben immer enger und die Ansprüche an ihre zuverlässige Einhaltung immer strenger.

Ungeachtet des ständigen Fortschritts bei Sensoren und elektronischen Verfahren der Messtechnik können diese nicht überall verwendet werden. Bei der Vermessung von kleinen, engen Hohlräumen mit komplexer Geometrie wäre ihr Einsatz oft zu aufwändig, zu zeitraubend oder zu teuer.
„In diesem Bereich waren handgeführte Prüflehren schon bisher das Messmittel der Wahl, und sie werden es auch weiterhin bleiben“, ergänzt Juniorchef Matthias Flury. Solche Prüflehren haben zunächst den entscheidenden Vorteil, dass mit ihnen im Rahmen eines einzigen Steckvorgangs nicht nur ein Einzelmaß, sondern gleich die komplette Geometrie geprüft werden kann. Hierfür sind nur ein oder zwei Handgriffe erforderlich.
Letzteres ist beispielsweise bei den häufig eingesetzten Go/No-Go-Lehren der Fall, bei denen eine Seite in die Kontur passen muss, die andere dagegen nicht. Mithilfe solcher Lehren lassen sich kleine bis mittlere Produktionslose schnell und effizient bis zu 100 % durchprüfen, bei Großserien werden dann die je nach Prüfstrategie vorgeschriebenen Stichproben durchgecheckt. Angesichts der stark zunehmenden Vielfalt an Geometrien und der gestiegenen Genauigkeitsanforderungen wird für Produktionsfirmen die schnelle, zuverlässige Versorgung mit solchen Prüflehren immer wichtiger.
„Die Anforderungen an die geometrische Komplexität solcher Lehren steigen kontinuierlich an“, berichtet Anton Flury. Selbst eine vergleichsweise einfach erscheinende Geometrie wie das weit verbreitete Torx-Mitnahmeprofil ist de facto eine Vielrundform, die erst durch insgesamt 14 Kreise beziehungsweise Kreisbögen vollständig beschrieben wird. Die Qualitätskontrolle mithilfe der Prüflehre muss alle diese Elemente umfassen.
Deutlich komplizierter wird es dann etwa bei asymmetrischen Geometrien, die über Freiformkurven mit wechselnden konvexen und konkaven Abschnitten beschrieben werden. Solche komplexen Geometrien werden immer häufiger.
Teils ist dies eine Folge des Einsatzes moderner CAD-Verfahren zur Optimierung von Bauteilgeometrien aufgrund steigender Anforderungen bezüglich Materialnutzung und Leichtbau, teils geht es auch um Design und Produktschutz. Letztlich steigen dadurch die Anforderungen an die Qualifikation und die maschinelle Ausstattung ihrer Hersteller erheblich an.
„Höhere Bauteilgenauigkeiten bedingen natürlich auch entsprechend verschärfte Vorgaben bezüglich der Präzision der Prüfmittel“, sagt Matthias Flury. Wo früher am Bauteil Genauigkeiten von Zehntel Millimeter ausreichten, sind heute oft bereits Hundertstel Millimeter gefordert. Für die Prüfmittel gelten natürlich entsprechend nochmals verschärfte Vorgaben. Immer häufiger erhalte man Aufträge, bei denen Toleranzen bis herab zu ±1 oder ±2 µm gefordert werden. Andere Anforderungen betreffen beispielsweise extreme Ansprüche an die Geradheit von Achsen.
Präzision braucht den Menschen
Das sichere Einhalten derartiger Präzisionsvorgaben sei alles andere als trivial, so Matthias Flury. Selbst mit modernster Maschinentechnologie alleine seien solche Genauigkeiten nicht mit der erforderlichen Sicherheit zu gewährleisten: Man benötige zusätzlich auch den Faktor Mensch. Ohne langjährig erfahrenes und bestens geschultes Personal sei davon abzuraten, sich an solchen Aufgabenstellungen zu versuchen.
„Ein weiterer Aspekt sind in diesem Zusammenhang die für die Prüflehren eingesetzten Werkstoffe“, verrät Anton Flury. Je enger die Toleranzvorgaben, desto wichtiger sei auch die Dauerhaftigkeit der Prüflehre an sich. Durch den ständigen reibenden mechanischen Kontakt mit den zu prüfenden Bauteilen unterliege diese zwangsläufig einem gewissen Verschleiß und damit einer schleichenden Veränderung ihrer Funktionsmaße. Bei Vorgaben im Bereich ±10 µm spiele dies möglicherweise noch keine so entscheidende Rolle. Gehe es dagegen um einzelne µm, so müsse man sich bezüglich der sicheren Aufrechterhaltung der gewünschten Maßgenauigkeit Gedanken machen.
Als Gegenmaßnahme biete sich die Verwendung verschleißbeständigerer Werkstoffe an. Dabei spiele die Härte eine bestimmende Rolle, denn das Verhältnis der Härten entscheide in tribologischen Systemen darüber, welcher der Partner einer Reibpaarung stärkerer Abnutzung unterliegt. Deshalb verwende man für Lehren inzwischen statt der früher üblichen Stähle zunehmend hochharte Werkstoffe, insbesondere Wolframcarbid-Hartmetalle. Wo selbst das nicht mehr ausreiche, setze man auf Keramikwerkstoffe mit geradezu extremen Härtewerten wie zum Beispiel Siliciumnitride.
„Selbst bei Neuentwicklungen werden Fertigungsaufträge heutzutage immer häufiger mit äußerst engen Lieferzeitvorgaben erteilt“, weiß Matthias Flury. Damit gerät der Zulieferer mit der Organisation der gesamten Fertigungslogistik – wozu auch die Prüftechnik gehört – unter erheblichen Zeitdruck. Oft müssen dann noch wichtige Details der Machbarkeit, der Materialwahl und der erforderlichen Zertifikate geklärt werden. Auf der anderen Seite sind natürlich auch Kostenaspekte zu berücksichtigen. Bei Flury Tools hat man sich hierauf eingestellt und bietet einen entsprechenden Komplettservice an, der von der kompetenten Beratung bis zur schnellen Realisierung und Lieferung reicht. ■

Der Autor
Klaus Vollrath
freier Journalist
im Auftrag von Flury Toolswwwww.flurytools.ch
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