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Alles im Röntgenblick

Computertomografie im fertigungsnahen Einsatz
Alles im Röntgenblick

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Ein Schaltanlagenhersteller hat ein CT-System mit Mikrofokusröntgenröhre von Nikon Metrology erworben, um die Produktentwicklung zu beschleunigen und hohe Qualitätsstandards zu sichern. Das System wird in der Werkstattumgebung eingesetzt und ermöglicht eine zerstörungsfreie Qualitätsprüfung der verschiedenen Anlagenkomponenten.

SGC (Switchgear Company) ist ein Hersteller von Mittelspannungs-Schaltanlagen. Dabei konzentriert sich das Unternehmen vor allem auf Anlagen im Bereich zwischen 3 kV und 36 kV, die sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden können.

Laut dem technischen Projektmanager Patrick De Clercq, ist der Qualitätsstandard für SGC-Produkte sehr hoch und die Produktlebensspanne beträgt mehr als 30 Jahre. Um diese Lebensspanne gewährleisten zu können, müsse die Produktqualität hundertprozentig kontrollierbar sein.
Die Kupferanschlüsse für die Hochspannungskabel werden in Isoliermaterial aus Epoxydharz versiegelt und in einem überdruckgekapselten, SF6-gasisoliertem Gehäuse untergebracht (SF6 ist die Abkürzung für Schwefelhexaflorid – ein Gas, das zur Isolierung von Stoffen in elektrischen Systemen verwendet wird). Poren oder Lufteinschlüsse in der Epoxidharzisolierung sind unbedingt zu vermeiden. Sie bergen das Risiko, dass sich im Innern Störlichtbögen bilden, die zu Explosionen und einer dauerhaften Beschädigung der Ausrüstung führen könnten.
Die SGC Schaltanlagen sind bekannt für die nur sehr geringen Leistungsverluste während ihrer gesamten Lebensdauer. Einer der entscheidenden Faktoren ist die hohe Qualität der geschweißten Kabelanschlussräume, durch die SF6-Lecks ausgeschlossen werden. Die Qualitätskontrolle dieser Komponenten und Prozesse (beispielsweise Schweißen von Verbindungen) ist folglich ein wichtiger Schritt im Fertigungsprozess.
Bis vor kurzem arbeitete SGC noch mit zerstörenden Prüfverfahren, um diese Epoxidharzkomponenten auf innenliegende Fehler zu untersuchen und die perfekte Passung des Kupferschlauchs im Expoxidharz zu prüfen. Dabei wurde das zu prüfende Teil in Scheiben geschnitten.
Diese Prüfungen waren nicht nur sehr zeitraubend, sondern es war auch nur schwer erkennbar, ob die Fehler durch die zerstörende Prüfung selbst verursacht wurden oder direkt mit dem Fertigungsprozess in Zusammenhang standen. Mit dem Ziel, bessere Einblicke in die Qualität der Expoxidkomponenten zu erhalten, wurden die Vorteile der zerstörungsfreien Röntgenprüfung geprüft. Nach einer Beratungsphase, in der es darum ging, schon länger bestehende Probleme mit einer besonders problematischen Komponente zu lösen, war SGC davon überzeugt, dass die Röntgentechnik der richtige Weg für die Qualitätskontrolle von Kabelanschlüssen sei. Daraufhin startete die Projektplanung für den Einsatz eines Röntgensystems.
Bevor SGC sich für eine Investition in die Röntgentechnik entschied, führte das Unternehmen verschiedene Vergleichstests mit unterschiedlichen Herstellern von Röntgen-/CT-Systemen durch. Nachdem die CT-Bilder des Nikon-Metrology-Systems die Informationen über die Komponenten lieferten, die SGC sich erhofft hatte, fiel die Entscheidung leicht.
Patrick De Clercq berichtet, wie beeindruckt SGC von den Ergebnissen der Röntgenprüfung gewesen sei. Die Tatsache, dass Nikon Metrology auch eine 225-kV-Röntgenquelle angeboten habe, während andere Anbieter nur ein 180 kV System bereit gestellt hätten, sei ebenfalls wichtig für die Entscheidung gewesen, das Nikon Metrology XT H 225 ST System zu wählen.
Je nachdem, welche Spannungsstärke der Bediener wählt, können Werkstoffe mit größerer Dicke oder höherer Dichte durchstrahlt werden. Die 225 kV Röntgenquelle kann problemlos 12 cm dickes Expoxidharz durchdringen. Bei Metallteilen wird möglicherweise noch eine höhere Spannung benötigt, um sie zu durchstrahlen. Für ganz spezielle Röntgenscans können auch 450 kV oder 750 kV Systeme eingesetzt werden, die in Nikon Metrologys technischem Vorführzentrum besichtigt werden können.
Röntgenprüfsysteme bewahren Qualitätsstandards
Unterdessen hat sich herausgestellt, dass Röntgen- und CT-Prüfsysteme auf sehr vielen Gebieten äußerst effektiv sind. Das unlängst installierte System wird eingesetzt, um die Qualität von Produkten zu prüfen, die SGC von externen Zulieferern erhält. Für Teile aus der Serienproduktion wird die Röntgentechnik eingesetzt, um die Qualität durch Stichproben aus einem Los zu prüfen.
Da SGC gemäß ISO 9001:2008 zertifiziert ist, ist eine konstante Überwachung der Produktqualität entscheidend. Sobald Fehler im Prozess auftreten, werden Korrekturmaßnahmen ausgeführt. Bei verschiedenen Teilen konnte SGC zeigen, dass die Komponenten innen Lunker aufwiesen oder die Dichtungen für hundertprozentig gekapselte Gehäuse von minderer Qualität waren.
Röntgenprüfsysteme tragen außerdem dazu bei, die Produktentwicklung zu beschleunigen. Switchgear-Schaltanlagen bestehen aus vielen unterschiedlichen Werkstoffen, wie unter anderem Spritzguss-, Gummi- und Metallteilen. Fast alle Komponenten werden im eigenen Hause entwickelt und konstruiert. Das Röntgenprüfsystem trägt nun dazu bei, den Prozess der Produktentwicklung zu beschleunigen, da es Inneneinblicke in die Prototypen gewährt.
„Für eine bestimmte Komponente hatten wir schon jahrelang nach einer Lösung gesucht, um den Herstellungsprozess für dieses Teil zu optimieren“, erklärt Frederik Delobelle, Ingenieur der Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Dank der Röntgen- und CT-Aufnahmen sei ihnen klar geworden, was das wirkliche Problem war, sodass der Prozess binnen weniger Wochen korrigiert werden konnte.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der CT bestehe darin, dass man nun die Möglichkeit hätte, Zusammenbauteile auf ihre präzise Passung zu prüfen, ohne das Teil zerstören oder auseinanderbauen zu müssen.
SGC setzt gegenwärtig ein neues Werk für den Zusammenbau eines Switchgear-Produkts ein. Das Röntgensystem wird eine zentrale Rolle bei der Produktentwicklung, Qualitätskontrolle von Zulieferteilen und Optimierung der Abläufe spielen. ■
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