Kurbelwellen flexibel messen

Zur Qualitätssicherung in der Kurbelwellenfertigung nutzt man bisher überwiegend speziell ausgelegte Mehrstellen-Messeinrichtungen sowie konventionelle Messmittel, wie Rachenlehren, Messschieber und dergl. Diese sind allerdings jeweils für eine spezielle Messaufgabe ausgelegt. Deshalb sind sie unflexibel und damit kostenintensiv. Bei Änderungen bzw. einem Wechsel der zu messenden Kurbelwellen müssen sie aufwändig umgebaut, evtl. neu beschafft und dazu neue Messanweisungen erstellt werden. Das verursacht hohen Zeit- und Arbeitsaufwand.

Darüber hinaus hängt die Qualität der Messergebnisse bei konventionellen Messmitteln vom Geschick, dem Fachwissen und der Sorgfalt des Personals ab. Die Messmittel müssen immer wieder geprüft werden, um zu gewährleisten, dass sie auf Dauer genaue Messergebnisse liefern. Arbeitet man mit einer großen Anzahl an Messmitteln, ist dies zeit- und kostenaufwändig. Zudem müssen bei konventionellen Messmitteln die Messergebnisse auf separaten Messrechnern protokolliert und dokumentiert werden. Sie an-schließend zusammenzufassen und auszuwerten erfordert ebenfalls großen Zeit- und Arbeitsaufwand.

Um wirtschaftlicher, genauer und zuverläsiger zu messen, suchte der Fahrzeughersteller nach möglichst automatisierten Messeinrichtungen. Diese sollen unabhängig vom Geschick und der Qualifikation der Bediener genau messen. Sie sollen die Messdaten automatisch erfassen, protokollieren, dokumentieren und für eine Auswertung als elektronische Dateien zur Verfügung stellen. Zudem sollen sie sämtliche Geometrien einer Kurbelwelle, also auch Radien, Radienübergänge und Nuten in einem Messablauf erfassen.

Diesen Kriterien entsprechende Messmittel bzw. Einrichtungen gab es bisher nicht. Deshalb haben Spezialisten der Helios Messtechnik GmbH in Niedernhall in enger Zusammenabeit mit den Messtechnikern beim Anwender die Messmaschine HelioPan ONC entwickelt und verwirklicht. Durch die Kombination mehrerer Messverfahren, die einfache Parameter-Programmierung mit grafischer Unterstützung und die automatischen Messabläufe eignet sich diese Messmaschine zum universellen, wirtschaftlichen Messen von Kurbelwellen und ähnlichen rotationssymmetrischen Bauteilen. Sie basiert auf dem Konzept der standardisierten Wellen-Messmaschinen HelioPan CNC. Zwischen den Spitzen nimmt die Messmaschine Vier-, Sechs- und Achtzylinder-Kurbelwellen für Reihen oder V-Motoren auf.

Wie Gerhard Wolf, technischer Leiter bei Helios Messtechnik in Niedernhall, erläutert, hat die Messmaschine durch ihren modularen Aufbau umfassende Vorteile. Je nach Ausführung kann sie kann bis zu 700 mm lange und bis zu 40 kg schwere Wellen aufnehmen.

Besondere Vorteile hat die Kombination von tastenden und optischen Messverfahren. Die Messmaschine verfügt über vier Messmodule. Eines davon misst tastend Längen und axiale Abstände von Wangen und Planschultern sowie den Planlauf an Wangen. Seine Messgenauigkeit auf Kalibrierelementen beträgt 3 µm + l/100 mm beim Messen von Längen bzw. 2 µm beim Messen des Planlaufs. Ein zweites tastendes Messmodul ermittelt die Durchmesser, die Ovalität und den Rundlauf von Hauptlagern und Wangen. Seine Messgenauigkeit beträgt 1 µm + l/100 mm. Dieses Messmodul kann auch die Winkellage bzw. den Hubversatz und den Kurbelhub der Hublager bestimmen. Ein drittes tastendes Modul misst mit einer Messgabel den Durchmesser und die Ovalität der Hublager.

Das vierte, optische Messmodul arbeitet mit einer CCD-Kamera. Es erfasst sämtliche tastend nicht zu bestimmenden Geometrien. Dazu gehören zum Beispiel die Freistiche und Radien bzw. Radienübergänge zwischen den Haupt- bzw. den Pleuellagern und den Wangen. Ebenso misst dieses Modul die Fasen an den Wellenenden bzw. an den Wangen.

Zur hohen Flexibilität der Messmaschine trägt vor allem das einfache, rasche Programmieren bei. Über eine Schnittstelle übernimmt das System Geometriedaten aus CAD-Systemen. Wahlweise können Wellengeometrien auch am Bildschirm der Steuerung programmiert werden. Darüber hinaus steht ein Teach-In-Modus zur Verfügung. Auf Tastendruck erstellt die Steuerung automatisch das NC-Ablaufprogramm für die Messmaschine. Dabei können wechselnd tastende und optische Messverfahren abgearbeitet werden. Das Speichern einmal erstellter Messprogramme minimiert erheblich die Rüstzeiten beim Messen unterschiedlicher Kurbelwellen. Zudem arbeiten die Messmaschinen dadurch unabhängig vom Geschick und dem messtechnischen Fachwissen des Bedienpersonals. Der Bediener muss lediglich die Datei mit der zu messenden Kurbelwelle wählen. Die Messmaschine fährt dann programmgesteuert die Spannvorrichtung und die Messmodule auf die erforderlichen Positionen zum Einlegen bzw. zum Messen der Kurbelwelle. So ist die Messmaschine innerhalb kürzester Zeit auf unterschiedliche Kurbelwellengeometrien umgerüstet. Der Bediener legt die zu messende Kurbelwelle lediglich auf eine Einlegestation. So schafft die Messmaschine HelioPan ONC höchste Flexibilität zum Messen unterschiedlicher Kurbelwellen in raschem Wechsel. Vor dem Messen kalibriert die Messmaschine die Messmodule. Der gesamte Messablauf läuft anschließend automatisch ab. Für eine typische Vierzylinder-Kurbelwelle dauert er selbst beim Erfassen sämtlicher an einer Kurbelwelle relevanter Geometrien nur wenige Minuten. Das ermöglicht das wirtschaftliche Messen einer großen Anzahl an Kurbelwellen. Beim Fahrzeughersteller arbeiten die Messmaschinen zwischen den Beabeitungsmaschinen fertigungsnah. Die Fertigungsmitarbeiter messen und prüfen in der laufenden Fertigung Stichproben der Kurbelwellen nach den unterschiedlichen Arbeitsfolgen. Vorteilhaft ist, dass sie dafür wegen der vollständig automatischen Messabläufe zum einen keine speziellen messtechnischen Qualifikationen benötigen, zum anderen die Messergebnisse unabhängig von Bedienereinflüssen wiederholgenau sind.

Selbstverständlich speichert der Messrechner der Messmaschine die automatisch erfassten Messdaten. Anschließend kann der Bediener diese dann grafisch oder alphanumerisch am Bildschirm betrachten. Diagramme zeigen Trends in den Messergebnissen. Damit erhalten die Fertigungsmitarbeiter in der Kurbelwellenfertigung zeitnah fundierte Daten über die Qualität der Fertigung. So können sie bereits bei ersten Trends durch Korrekturmaßnahmen an den Maschinen reagieren.

Auf Tastendruck legt die Messmaschine ausführliche Messprotokolle zu jeder gemessenen Kurbelwelle an. Deren Form kann der Bediener problemlos mit einem Editierprogramm nach seinen speziellen Vorgaben gestalten. Aus einer wählbaren Anzahl an Messungen erstellt die Software auch statistische Standard-Auswertungen. Darüber hinaus stellt die Messmaschine die Messdaten im Datenformat QS-STAT über eine serielle Schnittstelle zur Verfügung. Das ermöglicht die problemlose Übernahme und Integration der Daten in ein Rechnernetzwerk und eine übergeordnete SPC, Statistical-Process-Control. So vereinfacht und beschleunigt die flexible, automatische Messmaschine HelioPan ONC umfassend das Bewerten der Kurbelwellen-Bearbeitung.

Durch ihren robusten Aufbau mit einer vollständigen Umhausung eignet sich die Messmaschine HelioPan ONC für den Einsatz in der Fertigungshalle. Damit erhalten Fahrzeughersteller und Zulieferer eine ausgreifte, hoch flexible Messtechnik für Kurbelwellen zum einen für die Vorserienfertigung und die Entwicklung, zum anderen auch für die statistische Qualitätsprüfung in der Serienproduktion.

Halle 1, Stand 1100