Fraunhofer-Forscher entwickeln Messanlage für ZF-Werk in Saarbrücken

Die ZF Friedrichshafen AG ist ein weltweit führender Technologiekonzern in der Antriebs- und Fahrwerktechnik sowie der aktiven und passiven Sicherheitstechnik. Um auch künftig mit innovativen Produkten erfolgreich zu sein, wendet ZF jährlich etwa sechs Prozent des Umsatzes für Forschung und Entwicklung auf. Das Werk Saarbrücken produziert mit rund 8000 Mitarbeitern Pkw-Automatgetriebe für die internationale Automobilindustrie.

Ultraschallvermessung einer Schweißnaht innerhalb weniger Minuten

Ingenieure und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken haben zur Unterstützung und Optimierung der Produktionsabläufe eine Messanlage für die Ultraschallprüfung von Schweißnähten der Abtriebswellen entwickelt. Abtriebswellen sind hochkomplexe funktionsintegrierte Bauteile, die aufgrund der Kundenschnittstelle am Getriebeabtrieb eine hohe Varianz aufweisen und daher einen erheblichen Prüf- und Freigabeaufwand erzeugen.

Zur Herstellung der Abtriebswellen werden verschiedene Bauteile miteinander verschweißt. Bei diversen Bauteilen ist eine Umrüstung der Produktionslinien notwendig. Bisher mussten die ersten beiden Bauteile bei Produktwechsel entsorgt werden, da sie zwecks mikroskopischer Untersuchung und zur Beurteilung der Schweißnahtqualität metallographisch präpariert werden mussten.

Als Zwischenkontrolle war erneut ein weiterer metallographischer Querschliff erforderlich: Diese Vorgänge waren mit erheblichem Zeitaufwand und partiell entstandenem Prüfausschuss an fertigen Abtriebswellen verbunden.

Die vom Fraunhofer IZFP entwickelte Anlage WeldInspector vermisst die gesamte Schweißnahtgeometrie der ZF-Abtriebswellen innerhalb weniger Minuten mittels Hochfrequenz-Ultraschall zu 100 Prozent. Bei der Ultraschallprüfung handelt es sich um ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, mit dem Bauteile aus schallleitenden Werkstoffen auf innere Fehler geprüft werden, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern.

Qualitätssicherung mit automatisiertem Prüfablauf

»Mittels QR-Code-Scanner wird das Bauteil zuerst eingelesen, damit anhand des Codes das passende Prüfprogramm automatisch gewählt werden kann. Danach legt der Prüfer das Bauteil in die mit Wasser gefüllte Prüfwanne. Innerhalb kürzester Zeit erfolgt schließlich die benutzergesteuerte Schweißnaht-Vermessung der Abtriebswellen mittels Ultraschallprüfung in Tauchtechnik ohne weitere Rüstzeit«, erklärt Stefan Caspary, projektverantwortlicher Ingenieur am Fraunhofer IZFP.

Nach der Vermessung bekommt der Prüfer das Ergebnisbild des Bauteils angezeigt: Die detaillierte Auswertung erfolgt mit der vom Fraunhofer IZFP entwickelten Software unmittelbar im Anschluss an die Prüfung. Mit der teilautomatisierten Anlage ist man darüber hinaus in der Lage 40 verschiedene Wellentypen zu vermessen. Nach der Validierung des Verfahrens ist der Einsatz auch für andere Bauteile am Standort Saarbrücken sowie den weltweiten Standorten der Business Unit Powertrain Transmissions vorgesehen.

Für die ZF Friedrichshafen AG hat die Neuentwicklung einen hohen Stellenwert: Mit der Anlage wird ein deutlich höherer Grad an Produktivität und Qualität bei gleichzeitiger Kosteneinsparung erreicht. Die erfolgreiche Inbetriebnahme der Anlage erfolgte im September 2017 im ZF-Werk in Saarbrücken.

Anwendungsorientierte und industrietaugliche Entwicklungen
»Die Kernkompetenzen und Stärken unseres Institutes kommen im Hinblick auf die Entwicklung und Realisierung des WeldInspectors insbesondere in der zerstörungsfreien Elektronik- und Softwareentwicklung zum tragen«, stellt Caspary abschließend fest. Mit dem Bau der teilautomatisierten Vermessungsanlage wurde die in St. Wendel angesiedelte Firma RK Schmidt Systemtechnik beauftragt, die über langjährige Kompetenz im Bereich der Automatisierungs- und Systemtechnik verfügt.

Im Fokus der anwendungsorientierten, industrietauglichen Neu- und Weiterentwicklungen des Fraunhofer IZFP stehen die Verbesserung der Produktqualität seiner Kunden – vor allem unter den Aspekten gesteigerter Sicherheit, Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Dabei greift das Forschungsinstitut Aufgabenstellungen von langfristiger, nationaler wie internationaler Bedeutung aus allen industrierelevanten Gebieten auf.

http://www.izfp.fraunhofer.de