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Prozesskontrolle inklusive

PCRT reduziert Ausfallrisiko von MIM-Komponenten in Fahrzeugantriebssträngen
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Prüfsensoren in einem PCRT-Prüfsystem: Das Verfahren kompensiert Prozessvariationen, die echte Defekte unterdrücken oder ausblenden können Bilder: Quasar Europe Der Autor Thomas Köhler Geschäftsführer Hesselmann & Köhler Prozessautomation www.quasareurope.de
Um Funktionsausfällen bei sicherheitsrelevanten Komponenten besser vorzubeugen, ließ ein Hersteller von Fahrzeugantriebssträngen die prozesskompensierte Resonanzprüfung PCRT an einem zugelieferten Metal Injection Molding (MIM) Bauteil testen. Das Ergebnis: Durch die funktionsorientierte Fehlerdetektion mit Quantifizierung der Schadenstärke kann die Prüfsicherheit und -qualität erheblich verbessert werden.

Wie kann ein Zulieferer die Qualitätssicherung für kritische Bauteile, die täglich in hohen Stückzahlen verbaut werden, so verbessern, dass der Hersteller die maximale Sicherheit der Gesamtkomponente jederzeit ohne Bedenken gewährleisten kann? Diese Frage beschäftigt, zahlreiche Hersteller in der Automobilbranche. Im konkreten Fall wurde ein Hersteller von Fahrzeugantriebssträngen auf die Prüfmethode PCRT (Process Compensated Resonance Testing) des Anbieters Quasar Europe aufmerksam. Grund: „PCRT ist eine in die Linie integrierbare vollautomatische Prüfmethode, die die elastischen Eigenschaften eines Prüflings untersucht und nicht nur auf oberflächliche Indikationen wie Kratzer oder Unebenheiten testet. Sie kann die Funktionsrelevanz von Mängeln bewerten – genau das also, was Hersteller zur Erfüllung eines Top-Qualitätsanspruchs benötigen und folglich auch von ihren Zulieferern einfordern“, so Mario Perabo, Experte für Non Destructive Testing (NDT) bei Quasar Europe.

Die Methode stellt einen Zusammenhang zwischen Schwingungsverhalten und Festigkeit des Bauteils her und kompensiert Prozessvariationen, die Defekte ausblenden oder unterdrücken können,“ erklärt Perabo das technologische Alleinstellungsmerkmal des Verfahrens:
Mit PCRT gelingt es selbst in hochkomplexen Produktionsprozessen, Funktionsbeeinträchtigung und Schadenstärke eines Bauteilmangels zu überprüfen und quantitativ zu bewerten. Bei der 100-Prozent-Prüfung werden die physikalischen Eigenschaften jeden Teils ermittelt und dokumentiert. So sind zu jedem Zeitpunkt Rückschlüsse auf die Bauteilqualität möglich, Zuordnungen und Anpassungen können flexibel vorgenommen werden. Damit eignet sich das Verfahren auch in besonderem Maße als Instrument zur Prozesskontrolle und -steuerung. Diese technologischen Vorteile waren es dann auch, die den Automotive-Hersteller dazu bewogen, sich näher mit PCRT zu befassen. Er wollte wissen, ob das Verfahren auch das Mängelrisiko einer von außen zugelieferten Komponente, bei der immer wieder Qualitätsprobleme auftraten, signifikant reduzieren könnte und sich zudem der kostenintensive Pseudoausschuss aufgrund von oberflächlichen, aber nicht funktionsrelevanten Fehlerindikationen minimieren ließe.
Im Testlauf wurde für das mit Metal Injection Molding (MIM) hergestellte Bauteil bereits im ersten Schritt der Datenaufnahme, Nummerierung und Speicherung des digitalen Resonanzfingerabdrucks eine übersichtliche Unterscheidung vorgenommen: In Teile, die mit hoher Wahrscheinlichkeit NIO sind, in Musterbauteile, die mit hoher Wahrscheinlichkeit IO sind und in Bauteile, die einen bestimmten Prozessfehler aufweisen und daher NIO sind. Im nächsten Schritt wurden die Bauteile auf einem Schwingungsprüfstand getestet.
Ein Schwingungsprüfstand testet die mechanische Festigkeit unter typischen dynamischen Belastungen. So können Aussagen zur Lebensdauerfestigkeit einer Komponente unter simulierten Bedingungen getroffen werden. Die Performance des Bauteils wurde im Hinblick auf die Lastwechselreaktion gemessen, die typisch für die im Fahrzeug auftretenden Belastungen sind. Entsprechend wurde festgelegt, dass die MIM-Bauteile mindestens 1,2 Millionen Lastwechseln standhalten müssen. Das entspricht der Anzahl von Lastwechseln über die Lebensdauer eines PKW. Bauteile unter einer Million Lastwechsel sollten dem NIO-Ausschuss zugerechnet werden.
Nach den eindeutigen Prüfergebnissen mit vorheriger Pulsung wollten es der Hersteller und das Quasar-Team noch genauer wissen: Welche Verteilung ergibt sich bei Einblendung aller Bauteile in der VIPR-Darstellung? Also auch solcher, die nicht auf dem Schwingungsprüfstand untersucht wurden und für die somit keine Pulserergebnisse vorlagen? Ergebnis: Anhand der Lage im Koordinatensystem konnte man bereits vorhersagen, ob ein Bauteil potenziell in Ordnung oder eher ausfallgefährdet ist. Die Modellrechnung ist somit für Bauteile ohne vorheriges Pulsen aussagekräftig: „Dieses Ergebnis hat uns motiviert, einen Pulstest nachzuschalten, um damit die Vorhersage der Modellrechnung zu bestätigen und das Modell noch weiter zu präzisieren“, so Perabo.
Somit haben die Testreihen am MIM-Bauteil exemplarisch gezeigt, wie mit Quasar PCRT nicht nur innere und äußere Fehler zuverlässig detektiert sowie die Funktionsbeeinträchtigung und Schadenstärke quantifiziert und dokumentiert werden können. Darüber hinaus kann es den Entwicklungs- und Qualifizierungsprozess eines Bauteils begleiten. Das Ziel, ein zerstörungsfreies Prüfsystem zu installieren, das sowohl den Prozess kontrolliert als auch sicherstellt, dass nur Bauteile ausgeliefert werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit für den Einsatz geeignet sind, wurde erreicht. Perabo: „Die Qualifizierung erfolgt dabei nicht mehr nur aufgrund optischer Indikationen, sondern anhand objektiver und real gemessener Werte.“ Laut Hersteller könnten mit Quasar PCRT die kritischen Bauteile nun auch sicher nach Funktionsrelevanz getestet werden. ■
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