Volkswagen Sachsen GmbH setzt
auf Wegmesssystem BTL von Balluff

Volkswagen Sachsen GmbH setzt auf Wegmesssystem BTL von Balluff
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Der Schrauber wird von Hand geführt. Um seine Position zu erfassen, ist er an ein System mit drei Achsen befestigt.
30.11.2012 | Seit Anfang der 80er-Jahre stellt Balluff lineare Wegsensoren her, die unter anderem nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeiten. Dieses Funktionsprinzip gestattet es, die Sensoren in hermetisch dichte Gehäuse zu integrieren, wodurch sie nicht nur die Schutzarten IP67 oder IP68 erfüllen, sondern zudem auch tauglich für den Einsatz unter extremen Umweltbedingungen sind.

Mit ihrer berührungslosen und verschleißfreien Arbeitsweise, kommen die Micropulse Wegaufnehmer BTL auch bei der Motorenfertigung von Volkswagen zur Anwendung. Dort gewährleisten die Sensoren, dass nicht nur alle Schrauben im Motor verschraubt werden, sondern vor allem, dass dies in der richtigen Reihenfolge geschieht. Eine Voraussetzung für VW’s „Null-Fehler“-Produktion.

Autos sind Massenware. Die Fertigung erfolgt zum größten Teil automatisiert. Doch es gibt auch Arbeitsgänge, die nach wie vor per Hand erledigt werden. In der Kleinserienfertigung von Motoren, beispielsweise für Vorserien neuer Motorkonstruktionen, Sondermodelle oder Modifikationen selten verbauter Modelle, wird durch die manuelle Arbeit ein Maximum an Flexibilität erzielt. Ein Umrüsten der Anlagen wäre für ein geringes Fertigungslos sehr zeitaufwändig und dadurch teuer. In diesen Fällen ist eine Montage von Hand wesentlich günstiger, erfordert allerdings eine 100%-ige Qualitätskontrolle.
 

Führungssystem maximiert die Fertigungsqualität

In Chemnitz fertigt die Volkswagen Sachsen GmbH Motoren. Für die Kleinserienproduktion verfügt das Unternehmen über drei Fertigungsstationen, bei denen ein handgeführter Schrauber die Motoren verschraubt. Bei dieser Montage ist es notwendig, dass die Verschraubungen in einer bestimmten Reihenfolge stattfinden. Damit dies sichergestellt ist, bedient sich VW eines Führungssystems mit nicht motorisch angetriebenen Achsen. Die Aufgabe des Achssystems ist es, die Position des Schraubers zu erfassen und gegebenenfalls den Bediener bei dessen Führung zu unterstützen, wobei Wegmesseinrichtungen die Position des Schraubers erkennen. Die Steuerung, welche die physikalischen Messgrößen erhält und einen Vergleich von Ist- und Soll-Wert vornimmt, gibt die Schraubparameter direkt an den Schrauber weiter, sodass die Schrauben mit den jeweils entsprechenden Anzugs-Drehmomenten verschraubt werden. Entsprechen die Parameter und/oder die Position des Schraubers nicht der richtigen Reihenfolge, hält das System an, bzw. zeigt ein Bildschirm dem Bediener den Fehler an.

Für die jeweils drei Linearachsen X, Y und Z suchte VW nach einem Wegmesssystem, das sehr robust ist und sich leicht an das Achssystem adaptieren lässt, ohne dass ein besonderer Um- oder Anbau der Vorrichtung notwendig ist. Die Entscheidung fiel auf die Micropulse Wegaufnehmer BTL von Balluff, da diese als Profibus-Version darüber hinaus noch den Anforderungen seitens VW nachkommen, auch komplexe Messsysteme oder Systeme zur Bilderfassung oder Kameras einbinden zu können.


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Der Permanentmagnet, der das Gehäuse des Micropulse nicht berührt, wird als Positionsgeber eingesetzt. Sein Abstand zum Signalwandler wird über das Impulslaufzeit-Verfahren ermittelt.

Funktionsprinzip der Wegmesssensoren

Die robusten Wegaufnehmer Micropulse funktionieren nach dem Prinzip der Magnetostriktion und erfassen durch das Impulslaufzeit-Verfahren Messwege wischen 25 und 5500 mm. In dem Messelement, dem Wellenleiter in Form eines Rohres aus einer speziellen Nickel-Eisen-Legierung, in dem sich ein Kupferleiter befindet, wird der Messvorgang durch einen kurzen Stromimpuls ausgelöst. Das vom Strom erzeugte zirkulare Magnetfeld wird aufgrund der weichmagnetischen Eigenschaften des Wellenleiters gebündelt. Als Positionsgeber an der zu messenden Stelle des Weges dient ein Permanentmagnet, dessen Feldlinien im rechten Winkel zum Impulsmagnetfeld verlaufen und ebenfalls im Welleleiter gebündelt sind.

An der Stelle, an der sich beide Magnetfelder überlagern, entsteht im Mikrobereich des Gefüges eine elastische Verformung, Magnetostriktion, welche eine mechanische Welle erzeugt, die sich nach beiden Seiten mit einer Geschwindigkeit von 2830 m/s ausbreitet. Am einen Ende des Wellenleiters wird die dort ankommende Welle weggedämpft, am anderen von einem Signalwandler in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Zeit, welche die Welle für die Strecke von ihrem Entstehungsort bis zum Signalwandler benötigt, ist direkt proportional zum Abstand zwischen Permanentmagnet und Signalwandler. Demnach kann über die Zeitmessung der Abstand mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
 

Variantenvielfalt bei Bauform und Ausgangssignal

Zur Integration in die spezifischen Steuerungssysteme stehen unterschiedliche Ausgangssignal-Varianten zur Verfügung. Profibus-DP ist eine davon und für Volkswagen eine Grundvoraussetzung. über Profibus-DP werden Positions- und Geschwindigkeitsinformationen des Wegaufnehmers an die Steuerung übertragen. Micropulse Wegaufnehmer arbeiten nach EN 50170 und unterstützen sowohl das Profibus-DP-Encoder-Profil, als auch den Mehrmagnetbetrieb. über die GSD-Datei lassen sich die Wegaufnehmer in 5-µm-Schritten parametrieren und auch Arbeitsbereiche und Nullpunkt lassen sich für jeden Positionsgeber festlegen.

Nicht nur bei den Ausgangssignalen bietet Balluff verschiedene Varianten an, auch unter den Bauformen kann gewählt werden: Eine Stabversion für den Einbau in Zylindern oder eine Ausführung als Profilgehäuse mit freiem oder geführtem Positionsgeber. Das Längenmesssystem im eigenen Profil hat den Vorteil, dass es sich leicht an Achssysteme, wie an das von VW, anbringen lässt.


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Die magnetostriktiven Wegaufnehmer Micropulse BTL sind einfach an den Linearachsen des Führungssystems adaptierbar.

Tolerant und bedienerfreundlich

Zu Robustheit, Verschleißfreiheit, leichte Integration und die Anbindung an die nachfolgenden Systeme über Profibus gesellt sich noch ein weiteres Argument, warum VW Micropulse verwendet: Im Vergleich zu einem berührenden System, das eine genaue und wesentlich aufwändigere mechanische Konstruktion des Führungssystems verlangt und keinen Abstand zwischen Messkopf und System erlaubt, sind die Toleranzgrenzen beim BTL sehr groß, womit der mechanische Führungsaufwand nicht nur geringer, sondern auch die mechanische Achskonstruktion wesentlich günstiger ist.

Die Führungskontrolle der Verschraubung konnte also mit dem Micropulse BTL nicht nur einfach und kostengünstig realisiert werden, sondern trägt mit einem hohen Maß an Bedienerfreundlichkeit dazu bei, dass VW den Qualitätsstandard gewährleisten kann, für den es seit Jahren bekannt ist.


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