Precise thickness measurement

Electro mobility will come for sure. The next decades will show in which way. Volkswagen offers beside hybrid vehicles also pure electric automobiles. Roland Electronic contributes to the quality of the drives not only in the field of double sheet inspection, but also in thickness measurement. (Full article in German language)

[German language:] Jeder kennt das an sich selbst – wird man zu dick, passen die Hosen nicht mehr. Mit einer ähnlichen Herausforderung,nur bezogen auf den Herstellungsprozess von Elektromotoren in der Automobilindustrie, traten die Unternehmen Schuler und Volkswagen an Roland Electronic heran.

Florian Fahlbusch, technischer Sachbearbeiter der Anlageninstandhaltung im Volkswagen-Werk Baunatal: »Wir stanzen im Werk die Lamellen für die Herstellung der Rotoren und Statoren, die in den Elektromotoren für den E-Golf und den E-up! eingesetzt werden, aus 0,3 Millimeter starkem Elektroblech. Je nach Motortyp wird eine Vielzahl von Lamellen zu einem Paket gestapelt, das ein Mindestmaß erreichen muss und eine Maximumhöhe nicht überschreiten darf, damit der Motor später montiert und das geforderte Drehmoment erreicht werden kann.«

Die Fertigung der Lamellenpakete für Rotoren und Statoren erfolgt innerhalb einer Schnellläuferpresse von Schuler. Dabei werden die Operationen Stanzen und sofortiges Paketieren innerhalb der Presse realisiert.

»Damit die erforderlichen Stapelhöhen inklusive der Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen realisiert werden können, muss das Bandmaterial bereits während der Pressenzuführung sehr genau vermessen und das entsprechende Dickenmaß pro Bandvorschub an die übergeordnete Steuerung der Presse übergeben werden. Dort wird dann aufgrund der vermessenen Dicken die Anzahl der erforderlichen Bleche zum Einhalten der vorgegebenen Stapelhöhen ermittelt«, erläutert Jürgen Jahnke von Roland Electronic, Keltern. »Keine leichten Anforderungen,« erzählt Jahnke weiter, »die Volkswagen zur Realisierung des Projektes an uns stellte:

- Hubzahl bis 150 Hub/min
- Lackierte Oberflächen
- Laufruhe des Bandmaterials am Messpunkt
- Temperaturdrift innerhalb der Schallschutzkabine
- Walzwerkbedingte Dickenschwankungen des Materials quer zur Durchlaufrichtung des Bandes
- Nachträgliche Einbindung in ein vorhandenes Anlagenkonzept.«

Roland Electronic setzt zur Realisierung dieser Aufgabe das berührungslos arbeitende Dickenmessgerät ›I!mensio Smart‹ ein. Jürgen Jahnke, als Vertriebsleiter Nord bei Roland Electronic zuständig für Volkswagen, erklärt das Prinzip: »I!mensio Smart besteht aus einem biegesteifen Vollaluminium-C-Bügel (Messbügel), der aufgrund von Ausführung und Materialart nur Maßveränderungen infolge Temperaturschwankungen und Schwingungen zulässt, die für das Messergebnis vernachlässigbar sind.«

Präzise Messeinheit

Die gesamte Messeinheit ist auf einer Präzisionsführung montiert, die – angetrieben durch einen Schrittmotor – quer zur Banddurchlaufrichtung verfahrbar ist (Traversierbewegung).
Die eigentliche Messung erfolgt durch zwei Hochleistungslaser, die nach dem Prinzip der Triangulation arbeiten. Die beiden Laser sind in einem festen Abstand zueinander am Messbügel montiert. Zwischen diesen beiden Lasersensoren wird das Material nun hindurchgeführt. Die Dicke des Materials ergibt sich aus einer einfachen Differenzrechnung.

»Das hört sich einfacher an, als es ist. Um die gewährleistete sehr hohe Messgenauigkeit zu erzielen, mussten schwierige Detailprobleme gelöst werden«, sind sich Florian Fahlbusch und Jürgen Jahnke einig.

Die Kalibrierung des Messsystems erfolgt automatisch, in festgelegten Zeitabständen. Dabei fährt die komplette Einheit in die sogenannte Kalibrierposition und kalibriert sich vollautomatisch mittels eines in dieser Position eingebauten Endmaßes.
Damit auch eine Dickenerfassung quer zur Durchlaufrichtung des Materials gewährleistet werden kann, verfährt die Anlage kontinuierlich quer zur DLR. Der maximale Traversierbereich beträgt in diesem Anwendungsfall maximal 400 Millimeter (± 200 Millimeter zur Bandmitte).

Der Traversierbereich sowie der Traversiermittelpunkt sind frei wählbar.

Die Laserschutzklassen 2, zu denen die eingesetzten Laser gehören, erfordern keine gesonderten Arbeitsschutzmaßnahmen.

Eigene Steuerung

Das Dickenmessgerät I!mensio Smart von Roland verfügt über eine eigene, auf Windows basierende PC-Steuerung. Die Messergebnisse werden per Profibus unmittelbar in die Anlagensteuerung übergeben. Die Bedienung erfolgt über das Pressenpult und ist in das Bedienkonzept von Schuler fest integriert.

Ein umfangreiches Softwaretool ermöglicht diverse Auswerteverfahren, ob grafisch dargestellt oder in statistischen Werten gefasst. Ein umfangreiches Diagnose-Tool erleichtert Wartungs- und gegebenenfalls Instandhaltungsarbeiten.

In der Elektromobilität gilt es, wie auch im herkömmlichen Automobil-antrieb, die hohen Stückzahlen bei möglichst geringen Kosten herzustellen. Da will sich natürlich kein Verantwortlicher allein auf Erfahrung, Gefühle und Augenschein verlassen.

Überzeugend und ausschlaggebend für die Entscheidung seitens Volkswagen und Schuler war der Besuch bei einem Kunden von Roland Electronic in Solingen, wo eine ähnliche Anlage bereits seit drei Jahren erfolgreich läuft. Florian Fahlbusch: »Am lebenden Objekt erkennt man doch am meisten.«

Hintergrund

Seit 1965 entwickelt und produziert Roland Electronic spezialisierte Systeme für Fabrikautomation und Qualitätskontrolle. Die Sensoren und Controller lösen Aufgaben, die mit Standard-Sensorik nicht zu lösen sind. Die Kernkompetenzen des Unternehmens sind Sensoren, die mittels Magnetfluss, Wirbelstrom oder Induktion funktionieren.