WHR Hossinger Kunststofftechnik kombiniert drei Messstrategien auf einem Gerät Präziser und schneller - Quality Engineering

WHR Hossinger Kunststofftechnik kombiniert drei Messstrategien auf einem Gerät

Präziser und schneller

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CPAP-Generatoren unterstützen die Spontanatmung von Frühgeborenen, indem sie einen Überdruck erzeugen. Damit dieser Druck gehalten wird, müssen die Komponenten und das Gesamtsystem dicht sein. WHR Hossinger Kunststofftechnik prüft deshalb aufwändig die Qualität aller Bauteile mit dem Multisensormessgerät Zeiss O-Inspect.
Jedes zehnte Baby kommt zu früh zur Welt, mitunter sogar mit einem kritischen Gewicht von weniger als 1 kg. Überlebenschancen und Gesundheit solcher Neugeborenen hängen wesentlich von einer idealen Atmungsunterstützung und, falls nötig, einer erhöhten Sauerstoffgabe ab. Dies unterstützen die CPAP-Generatoren von WHR Hossinger Kunststofftechnik. „Bereits ab der 24. Schwangerschaftswoche beziehungsweise einem Geburtsgewicht von 400 Gramm können unsere Generatoren Leben retten“, sagt Geschäftsführer Armin Hossinger stolz.
CPAP steht für Continuous Positive Airway Pressure. Das Prinzip des CPAP-Generators: Über einen Schlauch wird dem Baby mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt und mit leichtem Überdruck als CPAP zur Verfügung gestellt. CPAP unterstützt die selbstständige Atmung und fördert die Lungenentwicklung. Erzeugt wird der Überdruck innerhalb des Kunststoffgehäuses des CPAP-Generators. Er muss ohne Leckage mittels eines Silikonprongs oder einer Silikonmaske in den Nasen-Rachenraum des Patienten übertragen werden. Um das Baby dabei möglichst wenig zu belasten, verbindet WHR Hossinger Kunststofftechnik die einzelnen Kunststoffkomponenten seines Produkts per Stecksystem statt per Klebstoff. Doch nur, wenn alle Einzelteile absolut präzise gefertigt sind, entsteht auf diese Weise ein dichter CPAP-Generator. Dies zu gewährleisten, ist Aufgabe der Qualitätssicherung – bei Stückzahlen von über 100 000 CPAP-Generatoren pro Jahr ein aufwändiges Unterfangen.
Komplexe Geometrien, enge Toleranzen
Wandstärken von lediglich 0,3 mm, Toleranzen von wenigen 0,01 mm, komplex geformte Freiformteile, unterschiedliche Produktfarben – dies sind laut Qualitätsmanagementbeauftragtem Christian Bindl die Herausforderungen, vor denen er bei der Messung der Komponenten für die CPAP-Generatoren steht. So ist beispielsweise die komplexe Geometrie der Freiformteile nur sehr aufwendig zu erfassen, da dies aus mehreren Winkeln erfolgen muss. Dünne Wandstärken erschweren zudem die taktile Messung. Und bestimmte Produktfarben erfordern eine entsprechend angepasste Beleuchtung bei der optischen Messung. Mit den Fortschritten in der Medizin sind außerdem die Anforderungen an die Genauigkeit der Produkte gestiegen.
All diese Bedingungen machten, auf Basis des vorhandenen optischen Messgerätes, die Qualitätssicherung in den vergangenen Jahren diffizil, langwierig und für den Mittelständler mitunter sehr kostspielig. Denn zum Teil mussten Messungen auslagert werden. Der Umweg über einen externen Dienstleister erzeugte aber nicht nur zusätzliche Kosten, sondern wirkte sich auch negativ auf die Durchlaufzeiten des Familienbetriebs aus. Darüber hinaus fanden andere Produkte auf dem bisher eingesetzten optischen Messgerät keinen Platz.
2014 machten sich Hossinger und Bindl auf die Suche nach einer neuen Messstrategie sowie einer Erweiterung für das bestehende optische Messgerät. Sie wollten in Zukunft mehr Produkte inhouse messen – und das präziser und schneller. Die Suche brachte sie schnell auf das Multisensormessgerät Zeiss O-Inspect. Denn es kombiniert in einer einzigen Maschine drei Messprinzipien miteinander: Ein taktiler, ein Kamera- sowie ein chromatischer Weißlichtsensor ergänzen sich gegenseitig. Das Gerät versprach neben einer höheren Präzision auch, die Effizienz zu steigern. Einziger Wermutstropfen: Das Volumen der Messmaschine war mit Maßen von 400 cm x 400 x 200 mm zu klein für die großformatigeren Werkstücke des Kunststoffverarbeiters.
Drei Messprinzipien vereint: Taktil, optisch und Weißlichtsensor
Messmaschinen anderer Hersteller schieden laut Bindl aus, unter anderem weil sie über keinen chromatischen Weißlichtsensor verfügten. Was tun? Hossinger und Bindl traten mit Zeiss in Kontakt. Kurze Zeit später unterzeichneten sie einen Vertrag als Pilotkunde. Damit erklärte sich das Familienunternehmen bereit, Zeiss dabei zu unterstützen, die neueste Generation des Multisensormessgerätes zur Marktreife zu bringen. Im Gegenzug bekam WHR Hossinger Kunststofftechnik die Chance, als erstes Unternehmen von dem weiterentwickelten Gerät zu profitieren. Von der bisherigen O-Inspect Produktfamilie unterschied es sich vor allem durch das größere Messvolumen von 500 x 400 x 300 mm.
„Taktil, optisch, Weißlicht-Sensorik: Das Zusammenwirken dieser drei Messmethoden ist unschlagbar, weil es uns eine hohe Effizienz verschafft“, ist Bindl nach den Erfahrungen der ersten Monate überzeugt. Er führt dies exemplarisch an einer der beiden Gehäusehälften des CPAP Generators vor, die später den Hohlraum bilden, in dem der CPAP-Druck erzeugt wird. Diese Hälften unterzieht das Unternehmen einer Messung zu Produktionsanlauf und -ende sowie als begleitende Stichprobenkontrolle. Ziel ist, bei der Fertigung der Einzelkomponenten so die Weichen zu stellen, dass beim abschließenden Funktionstest aller Generatoren im Reinraum möglichst kein Ausschuss anfällt.
Drei Phasen umfasst die Stichprobenkontrolle der Gehäusehälfte auf dem Multisensormessgerät im Messraum. Im ersten Schritt scannt O-Inspect das Werkstück rund 1 min lang taktil: Der Tastsensor erfasst in dieser Zeit die Lage der Positionierbohrungen für die Pins, welche die beiden Hälften nach der Montage miteinander verbinden. Auch Lage und Durchmesser der Dichtschale, an der der Schlauchadapter für die Luftzufuhr befestigt wird, werden taktil bestimmt. Dabei gilt es, Toleranzen zwischen 0,01 und 0,02 mm einzuhalten, um Leckagen oder Brüche des Teils zu verhindern.
Im zweiten Schritt schaltet das Messgerät automatisch von der taktilen auf die optische Messung um. Innerhalb von rund 90 s misst der Kamerasensor die Aufnahmekontur für den Schlauchadapter. Die in dieser Variante gelbe, halbtransparente Gehäusehälfte wird dabei blau beleuchtet, wodurch dessen Struktur gut zur Geltung kommt. O-Inspect bietet die Wahl zwischen blauer und roter Beleuchtung, welche je nach Werkstückfarbe einen unterschiedlich hohen Kontrast erzeugt. Dem Sensor gelingt es, die nur 0,2 bis 0,3 mm erhabenen Wandstrukturen abzubilden, welche später genutzt werden um den CPAP-Generator an die Nasenform des jeweiligen Patienten anzupassen. Die optische Messung mit der Kamera ist für diese Aufgabe die geeignetste, weil sie schnell und flexibel Geometrieelemente abbildet.
Nahtlos geht es weiter zu Schritt 3 der Messung. Der chromatische Weißlichtsensor (siehe Kasten) stellt bei der Erfassung der Werkstücktopografie den Geschwindigkeitsrekord auf: Innerhalb von nur 15 s erfasst er mit hoher Präzision eine Punktewolke von 3000 Messmerkmalen, die die Dichtkontur der Gehäusehälfte zum Gegenstück kennzeichnen. Weil die Wandstärken mit 0,3 mm sehr dünn sind und eine Vielzahl an Merkmalen zu erfassen ist, ist der chromatische Weißlichtsensor für diese Aufgabe prädestiniert.
„Das Multisensormessgerät verschafft einem als Messtechniker eine große Freiheit, zu entscheiden, welchen Sensor man wofür nutzt“, freut sich Bindl. Selbst ein Wechsel von einer auf die andere Methodik sei ohne große Umstände möglich, wenn das Programm bereits erstellt ist. Dafür sorgt die Software Calypso. In ihr programmieren Bindl und seine Kollegin alle Messprogramme, gleichgültig, mit welchem der drei Sensoren sie arbeiten.
Doch Calypso kommt nicht nur sensorübergreifend, sondern auch geräteübergreifend zum Einsatz. Deshalb mussten sich die beiden Kollegen nur in eine einzige Software einarbeiten, obwohl sie zusätzlich zum Multisensor- ein Koordinatenmessgerät Zeiss Contura einführten. Die taktilen Messprogramme des einen Geräts lassen sich nun auch auf dem anderen nutzen und umgekehrt. Selbst die Daten, die ihr Dienstleister auf dem Computertomographen erfasst, können sie mit denen der anderen Messgeräte austauschen: „Das macht uns sehr flexibel bei der Wahl unserer Messmethoden“, sagt Bindl.
Der Einsatz des Multisensormessgeräts hat sich für WHR Hossinger Kunststofftechnik aufgrund der hohen Flexibilität, Genauigkeit und Schnelligkeit ausgezahlt: Das Unternehmen muss nicht nur weniger Messungen auslagern. Mit O-Inspect kann es nun zudem mit hoher Grund- und Wiederholgenauigkeit eine Fülle an Messausgaben durchführen, für die sie sonst drei Messmaschinen benötigen würden. Bindl: „Wir haben die Präzision im Vergleich zu unserem vorherigen Messgerät verdoppelt. Und ohne den Weißlichtsensor würden unsere Messungen ein Vielfaches an Zeit kosten.“ ■
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