Inline-Messsystem zur Qualitätskontrolle bei der Kühlerfertigung
Seit mehr als 100 Jahren beliefert die Behr GmbH & Co. KG die Automobilbranche mit Systemen für die Motorkühlung und Fahrzeugklimatisierung. Zur Reduzierung des Ausschusses in der Kühlerfertigung sollten neue Wege – mit Hilfe einer Inline-Lösung gefunden werden. Dabei wurde eine Lösung umgesetzt, die nicht nur zur Verbesserung der Qualitätssicherung beitrug, sondern Optimierungspotenzial für die weltweite Produktion aufzeigte.
Am Produktionsstandort Mühlacker fertigen mehr als 1.200 Mitarbeiter Kühler für die Automobilindustrie. Die sogenannten Blockkühler setzen sich u.a. aus mehreren (10 bis 120 Stück) Aluminium-Flachrohren zusammen. Vor Ort werden durch die Flachrohre über drei Rohrschweißanlagen Pkw- und Lkw-Kühler gefertigt. Täglich verarbeitet das Werk hierfür 25 bis 30t Aluminiumband zu ca. 1.000.000 Flachrohren. Dabei muss die durchgängige Qualität der Produkte bis auf ein µm sichergestellt sein. Bei der Rohrherstellung wird Aluminiumflachband in einem Rollensatz auf einer circa 30m langen Rohrschweißmaschine in einem dynamischen Verfahren bei bis zu 3m/s zuerst zu einem ‚U‘ umgeformt. Anschließend werden die Bandkanten mittels einer Induktionsspule erhitzt und miteinander verschweißt. Das verschweißte Rohr wird dann auf Maß kalibriert und mit einem Rotations-Cutter auf die individuelle Länge abgeschlagen und dann per Förderband lose in eine Auffangwanne transportiert, die nach Erreichen einer bestimmten Anzahl von Rohren weitertaktet und die Rohre befördert. Alle 30min werden die Flachrohre im Messraum auf Maßgenauigkeit geprüft. Bei ’n.i.O‘, wird die komplette Produktion der letzten 30min als Ausschuss deklariert. Eine kostspielige Angelegenheit bei einer Produktionsgeschwindigkeit von ca. 3m/s.
Lösung mit Triangulationssensoren
Zur Qualitätssicherung wurde seitens der Prones Automation GmbH eine 100% Inline-Vermessung im µm-Bereich, nach dem Six-Sigma Prinzip projektiert und umgesetzt. Um mögliche Beschädigungen der Flachrohre zu vermeiden, konnte nur eine optische Messung diese Aufgabe erfüllen. Die im Inline-Prozess gewonnenen Messdaten sollten über eine direkte Schnittstelle zum QS-System sowie über einen Ausgabebildschirm direkt an der Maschine verfügbar gemacht werden. Mit der Anbindung an bestehende Netzwerk- und Softwaresysteme sollte die Datenauswertung in Echtzeit ermöglicht werden. Die Oberflächenbeschaffenheit der Aluminiumbänder und die Umgebungsbedingungen in der Messvorrichtung bargen die Gefahr von Fehlmessungen. Prones reagierte prompt; durch die Zusammenarbeit mit Keyence konnte eine stabile Lösung, auf Basis der Laser-Triangulation gefunden werden (Bild 2). Die Regelung des Laserstrahls, der mechanische Aufbau der Prüfzelle und die Anordnung der Laser zum Prüfteil ermöglichten reproduzierbare und qualitativ hochwertige Messergebnisse. Mittels der Triangulationssensoren werden Inline fünf Merkmale im Hochpräzisionsbereich gemessen. Die Verarbeitung und Bewertung der Messung erfolgt in einer eigenentwickelten Software, basierend auf LabView. Über diese Applikation kann die Produktion – aber auch die Qualitätssicherung – die jeweils erforderlichen Anzeigen und Datenausgaben erhalten. Zudem ist die Frage der Ankopplung an Fremdsysteme über die Offenheit des Standard-Systems in der Produktionsumgebung gut lösbar. Das Inline-System ist vollständig per Profibus an die SPS der Produktionslinie angeschlossen, ’n.I.O.‘-Prüfungen werden automatisch ausgeleitet und die Daten im Behr-eigenen Netzwerk lückenlos gesichert. Im Bereich der hochpräzisen Inline-Messung muss die Kalibrierung der Geräte, vor allem im Mehrvarianten-Einsatz im laufenden Betrieb gelöst werden. Daher sind zur Kalibrierung der Online-Messung alle Einstellmeister direkt im Gerät integriert. Die Messstellenpläne und entsprechende Produktionsdaten sind in der Software des Systems hinterlegt. Der Werker kann passwortgeschützt das jeweilige Programm wählen, wodurch sich das Inline-Prüfgerät direkt auf die Fertigung der entsprechenden Flachrohr-Variante einstellt. „Allein die Einstellung der Maschine mit der direkten Prüfung der ersten Flachrohre spart uns mehr als 30min Zeit. Denn wir können schon mit dem ersten produzierten Flachrohr sehen, ob die Maschine passgenau arbeitet“, so Nikolaus Dimas, Leiter Qualitätssicherung Fraktal Komponenten u. Rohre des Behr-Werkes Mühlacker.
Amortisierung in zwölf Monaten
Die eingesetzte Software zur SPC-Datenerfassung und -auswertung wird sowohl in den Produktionsmaschinen, als auch in den Lösungen der Messräume eingesetzt. Die Visualisierung und Datenausgabe ist damit identisch. „Schnittstellen an der Produktion und der Qualität bieten oft die bemerkenswertesten Verbesserungspotenziale. Dabei kommt es nicht nur darauf an, intelligent und einfach Daten zu sammeln, sondern diese nutzbringend einzusetzen“, so Dimas. „Mit dem Inline-Messsystem profitieren wir nicht nur von einer 100% Prüfung, sondern auch von einer Prozessverbesserung.“ Das Inline-Messsystem basiert auf der PIQ-Technologieplattform. Dabei werden Standardtechnologien eingesetzt, die eine intelligente Verknüpfung der Qualität und Produktion erlauben. So war die schnelle und sichere Umsetzung des Projektes gewährleistet. Die Lösung amortisierte sich innerhalb von zwölf Monaten und wurde aufgrund des Erfolgs zusätzlich an weiteren internationalen Standorten der Behr GmbH eingesetzt.
