Schnelles und sicheres Messen von rotationssymmetrischen Werkstücken

Rundum flexibel und hochpräzise

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Qualitätskontrolle ist sinnvoll, wenn sie schon beim Einkauf beginnt und sich dann aber auch durch die ganze Produktion zieht. Dies gilt vor allem auch im Maschinenbau, beispielsweise bei der Produktion von rotationssymmetrischen Werkstücken, die in kleinen und auch sehr großen Stückzahlen und vielfältigen Varianten hergestellt werden. Die vorgegebene Qualität solcher Teile muß durch kontinuierliches Prüfen sichergestellt und auch dokumentiert werden. Gleichzeitig müssen aber auch die Prüfkosten in einem vertretbaren Verhältnis zu den Fertigungskosten stehen.

Dipl.-Ing. (BA) Erhard Steiger, Projektberatung Längenmeßtechnik, Helios, Niedernhall

Die Praxis hat gezeigt, daß Drei-Koordinaten-Meßmaschinen zum Prüfen von rotationssymmetrischen Werkstücken keine optimale, das heißt wirtschaftliche Lösung darstellen. Mehrstellen-Meßvorrichtungen dagegen haben sich in der Qualitätskontrolle nur bei sehr großen Serien als rentabel herausgestellt. Sie ermitteln zwar innerhalb weniger Sekunden die abgefragten Meßdaten, sind aber von der Flexibilität her gesehen starr und müssen sich mit dem speziellen einen Auftrag rechnen, da sie danach für andere Meßaufgaben nicht mehr, oder nur nach hohem Umrüstaufwand, einsetzbar sind.
Als optimale Alternative zu den zuvor genannten Meßsystemen hat sich die neu entwickelte Meßgeräte-Baureihe Helio-Pan herauskristallisiert. Dabei handelt es sich um ein speziell entwickeltes Werkstatt-Meßsystem, mit dem sich ohne spezielle Vorkenntnisse von jedem Werker in kürzesten Meßzeiten und praktisch ohne Umrüstaufwand präzise Meßergebnisse an rotationssymmetrischen wellenförmigen Werkstücken ermitteln lassen. Beispiele sind Getriebewellen, Antriebsachsen, Kurbel- und Nockenwellen, Wellen von Elektromotoren und ähnlichen rotationssymmetrische Werkstücke. Ein Einstellmeister ist für die Handhabung des Meßsystems nicht erforderlich. Helio-Pan ist ausgelegt für Werkstücke bis zu 160 mm Durchmesser und Längen bis zu 1.200 mm. Für schwere Kaliber wie etwa zu vermessende Druckwalzen oder ähnliche schwergewichtige Wellen steht die neue „Super-Pan“ zur Verfügung, die speziell für derartige Anwendungsfälle entwickelt wurde. Hier sind Prüflingsabmessungen von 2.500 mm Länge, einem Durchmesser von 600 mm und einem Prüflingsgewicht von 2.000 kg machbar. Die Rund- und Planlaufgenauigkeit der Drehlager ist bei diesem Sondermodell kleiner 0,5 µm wobei die Meßunsicherheit der Längenmaße ±(2 +L/400) µm beträgt. Andere Sondervarianten, die nach den speziellen Besonderheiten des Anwenders angeboten werden, können Meßlängen bis hin zu 4m erfassen.
Das Meßsystem in der Standardversion ist nach einem sinnvollen Modularsystem entwickelt worden. Es ist deutlich schneller und wesentlich genauer als ein Drei-Koordinaten-Meßsystem, weist die Genauigkeit eines Labormeßgerätes auf und ist wesentlich flexibler als ein Mehrstellenmeßsystem, das in der Serienproduktion zwar schneller ist, aber für den jeweiligen Anwendungsfall speziell maßgeschneidert werden muß und sich somit nur in dem speziellen Anwendungsfall rechnet. Idealerweise werden die Geräte zur Qualitätssicherung bei kleinen und mittleren Losgrößen oder zur Erstmusterprüfung eingesetzt, ebenso zur Maschinenabnahme. In Großserien finden sie besonders in der Stichprobenkontrolle Anwendung, zur Meßdatenerfassung beispielsweise bei jedem fünften Werkstück.
Meßdaten im Standardformat
Das System kann in seinen zehn verschiedenen Ausbaustufen den unterschiedlichsten Meßaufgaben angepaßt werden, beispielsweise um exakte Meßergebnisse von Längen, Durchmesser, Rundlauf, Planlauf, Rundheit, Drehwinkel, Hub an Kurbel- oder Nockenwellen, Längen, Rundlauf und Rundheit ermitteln zu können. Dabei wird ein Maß nach dem anderen abgetastet, und zwar in der vom Werker oder der Qualitätssicherung festgelegten Reihenfolge. Die bediener-unabhängigen Meßergebnisse werden durch eine konstante Meßkraft erreicht, zeichnen sich durch eine sehr hohe Wiederholpräzision aus und werden auf einem bei Bedarf als Option lieferbaren Monitor angezeigt und aufgelistet. Mittels einer Funktionstaste lassen sich die ermittelten Maßdaten dann speichern und zu einem späteren gewünschten Zeitpunkt wieder abrufen. Über eine V24-Schnittstelle können die Meßwerte auch von Rechnern übernommen werden. Ein Vorteil des Systems: die Meßdaten stehen künftig auf Wunsch im sich immer mehr durchsetzenden „QS-STAT“-Format, das sich inzwischen schon zu einem von vielen Anwendern geforderten Standard entwickelt hat, zur Verfügung.
Die technischen Daten, beispielsweise in der Ausbaustufe AS 10, sind mustergültig. So läßt sich die Auflösung des Längen-Meßsystems, der z-Achse, zwischen 0,01 mm und 0,001 mm einstellen. Die Fehlergrenze wird hier mit (3+L/100) µm (L=Länge in mm) angegeben. – Die Auflösung des Durchmesser-Meßsystems, der x-Achse, kann sogar zwischen 0,001 mm und 0,0001 gewählt werden. Hier liegt die Fehlergrenze bei (1+L/100) µm (L=Länge in mm). Mit dem AS 10 lassen sich zusätzlich zur Überprüfung von Längenmaßen und Durchmesser auch der Rundlauf in Bezug zur Werkstückachse, Kegelmessungen, Radiusmessungen und Zylindermessungen überprüfen. Wie bei allen anderen Helio-Pan-Geräten können je nach Ausführung Längen bis zu 400 mm oder 800 mm gemessen werden. Beiden AS10-Varianten gemeinsam ist der zu messenden Durchmesser von 120 mm.
Das System wird direkt in der Fertigung an der Maschine eingesetzt und läßt sich problemlos den Meßaufgaben, wie sie beispielsweise an hochmodernen Drehmaschinen gefordert werden, anpassen. Dies trifft in besonderem Maße vor allem auf die CNC-Version des Gerätes zu, bei der die Meßvorgänge vollautomatisch ablaufen. Diese Ausführung eignet sich gegenüber der Grundversion noch besser für Stichprobenmessungen an Serienteilen oder zur Einbindung in den Fertigungsprozeß, wobei eine Rückmeldung der ermittelten Meßwerte direkt an die Maschinensteuerung erfolgen kann. Mit steigender Tendenz weiß besonders die Automobilindustrie die Eigenschaften und Vorteile zu schätzen. Namhafte deutsche Automobilhersteller nutzen die Vorzüge der CNC-Version beispielsweise bei der Vermessung von Getriebe- oder Nockenwellen. Für den Einsatz hier ist unter anderem auch die einfachste Handhabung des Systems ausschlaggebend: Der Meßablauf wird mittels eines Joysticks (teach-in-Programm) an der zu kontrollierenden Welle abgefahren und damit wird der Meßablauf festgelegt. Dieser läßt sich dann mit gleichbleibend hoher Präzision beliebig oft wiederholen.
Immer häufiger werden laut Konstruktionszeichnung bezüglich der Lagerstellen einer Welle Rundlaufmessungen gefordert. Wie zu Beginn dieses Beitrags schon erwähnt, sind Messungen mit einem Formtester unwirtschaftlich, da sie mit relativ hohem Zeitaufwand meist in einem Feinmeßraum durchgeführt werden. Hier ist neben der eigentlichen Messung auch der Weg von der Maschine in den Feinmeßraum zu berücksichtigen und im Regelfall ist der Mitarbeiter dort gerade mit anderen Meßaufgaben beschäftigt. Wartezeiten müssen in Kauf genommen werden. Wird jedoch vor Ort, also in der Produktion direkt an der Maschine ein Helio-Pan eingesetzt, sind die durchzuführenden Meßaufgaben ohne Zeitverzug und mit geringstem Aufwand machbar. Dabei wird zunächst durch Antasten, beispielsweise zweier Lagerstellen, eine rechnerische Werkstückachse gebildet. Danach kann an einer beliebigen Stelle in Bezug auf diese rechnerische Werkstückachse ein Rundlauf gebildet werden (mas).
Die wesentlichsten Prüfmerkmale, die sich mit dem Helio-Pan II Wellenmeßgerät erfassen lassen:
l Längen und Abstände, Kettenmaße
l Länge Kreismittelpunkt, Einstichbreiten
l Tiefen, Winkel, Radien
l Durchmesser und Einstichdurchmesser
l Positionen von Querbohrungen
l Hub an Nocken- und Kurbelwellen
l Rundheit, Rundlauf und Rundlauf in Bezug zur Werkstückachse
l Planlauf, Koaxialität, Symmetrie
l Paralellität, Geradheit, Kegelwinkel
l Länge Kegelschnittpunkt, Steigungsmes sung
Weitere Informationen A QE 601
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