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Das Forschungsprojekt zeigt, wie eine am RIF entwickelte Messmethode sich in automatisierte Fertigungsprozesse einfügen kann.
Bislang konnte die Qualität von Werkzeugen mit vielen Schneiden, beispielsweise von Sägeblättern, nur chargenweise durch mechanische Belastung bis zur Zerstörung von Werkstücken überprüft werden. Um den dabei zwangsläufig entstehenden Materialausschuss zu vermeiden, hat das RIF Institut für Forschung und Transfer e.V., Dortmund, eine zerstörungsfreie Messmethode auf Basis der elektrischen Widerstandsmessung entwickelt. Dieses Messprinzip konnte RIF nun im Rahmen eines Forschungsprojektes gemeinsam mit der Himmelwerk Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH, Tübingen, unterstützt vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, auf Übertragbarkeit in automatisierte Prozesse hin detailliert untersuchen. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Ein erster Demonstrator zeigt das Potenzial auf: Mit einem entsprechenden Messkopf untersuchte fehlerhafte Schneidwerkzeuge können frühzeitig erkannt werden, so dass im Prozess sogar Nachbesserungen auf Lötparameter vorgenommen werden könnten.
Ein gängiges Verfahren ist es beispielsweise, die Sägeblätter waagerecht in einen Prüfstand einzuspannen und sie dann einer wachsenden Scherbelastung auszusetzen – bis die Lötverbindung versagt und die Sägezähne abfallen. So lassen sich Aussagen über die Qualität der Lötverbindung treffen, mit der die Sägezähne am Stammblatt befestigt worden sind. Das Prüfungsergebnis gilt dann stellvertretend für alle Sägeblätter, die mit dem exakt gleichen Lötprozess hergestellt werden.
„Problematisch ist, dass mit diesem Prüfverfahren zwangsläufig Ausschuss produziert wird“, beklagt Andreas Seitzer, Geschäftsführer der Himmelwerk Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH aus Tübingen.
Im Forschungsprojekt „Entwicklung eines zerstörungsfreien Prüfsystems zur Qualitätssicherung für Fügeverbindungen – Messkopf“, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wurde (Projektkennzeichen ZF4406105SY8) und von der AIF Projekt GmbH als Kooperationsprojekt betreut wurde, ging es um die Übertragbarkeit einer am RIF entwickelten zerstörungsfreien Prüfmethode zur elektrischen Widerstandsmessung in die Produktion. Dazu musste ein Messkopf samt Elektronik-, Handhabungs- und Manipulatoreinrichtung sowie Kommunikationsschnittstelle in die Induktionsanlage entwickelt und angepasst werden. Im Projekt war die Himmelwerk Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH für die Integration in Induktionsanlagen zuständig. Das Fraunhofer IPA steuerte konkrete Anwendungs- und Fehlerfälle für die Demonstration des Prüfverfahrens bei.
In dem entwickelten Demonstrator werden die Sägeblätter - wie bei bisherigen Prüfverfahren auch - waagerecht in die Prüfvorrichtung eingelegt. Doch dann wird kein Druck auf die Lötstellen ausgeübt, sondern es fließt Strom durch sie hindurch. „Vier Meßspitzen erfassen dabei den Widerstand“, erklärt Hans-Georg Rademacher von der Abteilung Werkstofftechnik am RIF. „Übersteigt der Widerstand einen vorher individuell bestimmten Grenzwert, deutet das auf Lufteinschlüsse oder andere fehlerhafte Stellen hin“, ergänzt Sascha Stribick von der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer IPA.
Durch die im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse und Anlagen können fehlerhafte Werkzeuge frühzeitig erkannt und somit nachgebessert oder entsorgt werden. Perspektivisch kann eine Rückkopplung auf die Lötanlage stattfinden, um frühzeitig notwendige Nachbesserungen der Lötparameter im Prozess vorzunehmen.
Pressemitteilung des RIF vom 09.01.2023.