Eine umfassende Lösung für die präzise Montage von Katalysatoren bietet der Sondermaschinenbauer Richter Systeme mit einer kombinierten Mess- und Stuffing-Maschine an. Alle zu montierenden Teile werden automatisch vermessen und passgenau montiert. Die geforderte Rückverfolgbarkeit des Prozesses und aller Teile wird durch eine lückenlose Kennzeichnung und die Verfügbarkeit aller Daten sichergestellt. Auf Wunsch integriert der Hersteller die Maschinen auch im Rahmen einer schlüsselfertigen Systemlösung in komplett automatisierte Roboter-Zellen.
Viele Fertigungsprozesse in der Automobilindustrie unterliegen hohen Qualitätsanforderungen, die zudem für die Rückverfolgbarkeit zu dokumentieren sind. Für die Zulieferer in diesem Bereich wurde durch ständig steigende Qualitätsanforderungen und Abgasbestimmungen eine Neuentwicklung im Bereich der Montage von Mantel und Monolith beziehungsweise Dieselpartikelfilter notwendig. Bisher wurden die toleranzbedingten Unterschiede bei der Montage durch verschiedene Matten zwischen Mono und Mantel ausgeglichen. Eine optimierte Verarbeitung ermöglicht eine von Richter Systeme entwickelte Maschine, die das Messen, Kalibrieren und den Stuffing-Prozess in einem Durchgang erlaubt.
Die zu messenden Innenteile werden hierzu manuell in die Messmaschine eingebracht. Eine genaue Positionierung ist dabei nicht erforderlich, da das System Ungenauigkeiten auch unterschiedlicher Geometrien ausgleicht. Ein Triangulationslasersystem scannt jedes Teil mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 mm (Durchmesser beziehungsweise +/- 0,3 mm Umfang) und ermittelt so alle notwendigen Daten. Der gemittelte Messwert wird anschließend einer Kalibriermaschine übermittelt. Diese verformt aufgrund der übermittelten Messdaten mit einem Segmentwerkzeug das Rohr. Dies geschieht entweder von außen nach innen (Rohr wird zusammengedrückt) oder wenn die Messdaten es erfordern von innen nach außen (Rohr wird aufgeweitet). Diese Kalibrierung stellt sicher, dass das geforderte Spaltmaß, welches zwischen Außen- und Innenteil maßgenau vorhanden sein muss, eingehalten wird. Nach dem Umformvorgang wird von einer Richter-Kennzeichnungsmaschine vollautomatisch ein Label aufgebracht.
Messen, Kalibrieren, Montieren
Im nun folgenden Prozess werden die Teile in der Stuffing-Maschine zusammengefügt: Durch zwei programmgesteuert verfahrbare Einschubkonen werden die Mantelteile (hier Stahlrohre) lagegenau gespannt und über die CNC-Spannachsen längengeprüft. Danach werden die Konen manuell mit den Innenteilen bestückt. Diese werden anschließend mit zwei äußeren CNC–Achsen, die über entsprechende Einpressarme verfügen, in den Mantel eingeschoben (Stuffing). Die Einschubkräfte können bis zu 100 kN betragen. Dabei werden die Einpressposition als auch die Einpresskraft ermittelt und in der Datenbank dokumentiert. Zusätzlich wird in der Stuffing-Maschine eine Teile-Identifizierung mit Hilfe von drei Labelscannern durchgeführt. Diese Daten werden ebenfalls in die Datenbank übernommen und für die spätere Rückverfolgung verwaltet. Ist der Bearbeitungsschritt beendet, wird durch ein Unigrav-Markiersystem des Pfälzer Herstellers ein produktspezifisches Schriftbild in den Metallmantel geprägt. Hier können Daten, wie Seriennummer, Charge oder Produktionsdatum in lesbarer oder verschlüsselter Form (etwa Datamatrix) aufgebracht werden.
All in one
Die Stuffing-Maschine der Firma Richter Systeme besitzt vier Servoachsen, eine pneumatische Handlingsachse (optional auch servobetrieben) und eine Markierstation, welche die Teile produktspezifisch kennzeichnet. Sie hat die Aufgabe den Fügeprozess von Substrat, Mantel und Matte zu vollziehen. Die Parametrierung der Mess-, Kalibrier- und Stuffingmaschine erfolgt zentral von einer Oracle-Datenbank. Das Datenbankkonzept und –handling wurde von der firmeneigenen IT-Abteilung erstellt und an die produktionsspezifischen Erfordernisse angepasst. In dieser Datenbank werden alle relevanten Mess- und Parametrierdaten gespeichert. Das Erfassen der Daten erfolgt per Handscanner an den Mess- und Stuffing-Maschinen. Diese lesen produktspezifische Zusatzdaten wie Chargennummer, Produktionsdatum oder Herstellungsort ein und speichern die Daten in der Datenbank. Dadurch ist die Rückverfolgbarkeit gewährleistet.
Um Montagefehler zu vermeiden ist zudem eine drahtlose Werkzeugerkennung an der Stuffing-Maschine vorhanden, die einen Bearbeitungsstart nur mit den richtigen Teilen und Werkzeugen zulässt.
Die Parametriermöglichkeiten sind so umfangreich, dass ein separates Parametriermodul als Webanwendung mit ASP.Net (Active Server Pages) erstellt wurde. Dieses Tool lässt eine Einstellung aller relevanten Einschubpositionen und –geschwindigkeiten, der Toleranzen und aller Daten, die zum Betrieb der Messmaschinen (zu messende Höhen, Geschwindigkeiten etc.) notwendig sind, zu. Außerdem können Gravurbilder und sonstige produktspezifische Einstellungen getätigt werden.
Auch als vollautomatische Roboterlösung
Als Sondermaschinenbauer ist die Firma Richter auf vielfältige Aufgabenstellungen der Kunden eingestellt. Fast alle Maschinen sind so konzipiert, dass sie sowohl Stand-alone betrieben werden können oder auch in die Produktionsabläufe des Kunden integriert werden. Die modulare Bauweise der Stuffing-Maschine erlaubt es beispielsweise, in weiten Bereichen auf kundenspezifische Anforderungen bezüglich Einschublänge, -kraft und –geschwindigkeit zu reagieren. Der Sondermaschinenbauer realisiert aber auch ihre Integration in komplett automatisierte Roboter-Zellen. Statt der manuellen Bestückung ist bei diesem Konzept das automatisierte Be- und Entladen per Roboter möglich. In Absprache mit dem Kunden entwirft und simuliert Richter hierfür individuelle Roboter-Zellen. Das Pfälzer Unternehmen bietet auch in diesem Bereich eine schlüsselfertige Systemlösung von der Planung über Fertigung bis zur Inbetriebnahme, inklusive der Programmierung und Datenbankanbindung aus einer Hand an.
Joachim Richter, Konken
QE 548
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