Zeiss T-Scan, Bild: Zeiss

Der Zeiss T-Scan erfasst die Topographie des Werkstücks mit 210.000 Einzelpunkten pro Sekunde. Bild: Zeiss

Die Kosten für die Produktion der Rato-S-Kupplungen von Vulkan stiegen von Jahr zu Jahr. Zugleich zählen sie zu den umsatzstärksten Produktlinien des Unternehmens, weshalb Andreas Ladwig beuaftragt wurde, im Rahmen seiner Masterarbeit ein Konzept zur Prozessoptimierung zu entwickeln. Umsetzen konnte der ehemalige Werkstudent das Projekt kurze Zeit später als festangestellter Junior Lean Production Officer. Bei der Produktgruppe Rato S setzen sich die Kupplungen in den meisten Fällen aus vier Segmenten zusammen, die zu einer Art Scheibe montiert werden. Jedes der vier Segmente besteht aus zwei Gussteilen. Diese werden durch Gummi miteinander verbunden, um die Elastizität der Kupplung zu erreichen.

Andreas Ladwig mit Kupplungen der Produktgruppe RATO S, Bild: Zeiss
In den Mittelpunkt seiner Prozessoptimierung stellte Andreas Ladwig die hochelastischen Kupplungen der Produktgruppe RATO S. Bild: Zeiss

Das Problem: Technische Zeichnungen und tatsächliche Gussteile stimmten in der Praxis nicht immer hundertprozentig überein. Das hatte zur Folge, dass immer wieder Ausschuss entstand und dass die Mitarbeiter des Unternehmens nacharbeiten mussten. Neben den Gussteilen nahm Ladwig aber auch alle Vulkanisationswerkzeuge für die Rato-S-Reihe unter die Lupe. Denn die Werkzeuge sorgen dafür, dass die Metallteile in der vorgesehenen Position in der Vulkanisationspresse liegen. Entsteht hier Ausschuss wird es besonders teuer. Denn der chemische Prozess, bei dem Gussteil und Gummi unter Druck und Hitze miteinander verbunden werden, kann bis zu acht Stunden pro Werkstück dauern.

Die passende Lösung für den Abgleich

Die Gussteile kommen von Tochtergesellschaften und Zulieferern und werden bei Vulkan weiterverarbeitet. Ladwig weiß um die Herausforderung: „Wir haben bei der Produktlinie Rato S über 40 Varianten und Baugrößen. Um deren Geometrie mit Messschiebern aufzunehmen, hätten wir Jahre gebraucht.“ Er suchte daher nach einer schnelleren und genaueren Vorgehensweise. Ein Vorschlag von Ladwigs Kollegen aus der Abteilung Prozessoptimierung brachte letztlich die Lösung. Die Idee: Mit einem Laserscanner müssten sich Gussteile und Werkzeuge einfach digitalisieren lassen. Dadurch wäre der Ist-Zustand mit den bestehenden technischen Zeichnungen leicht abzugleichen. Nachdem mehrere Scanner getestet wurden, stand der Favorit fest: der Laserscanner T-Scan CS von Zeiss. Prozessingenieur Ladwig: „Das Scannen ging damit rasant und die Daten waren vollständig.“ Zudem hat das handgeführte Gerät den Vorteil, dass es mobil ist. Außerdem wirkte es auf den Ingenieur robuster als die getesteten Alternativen.

In drei Schritten zum Messergebnis

„Die Schnelligkeit und die enorm hohe Präzision“ begeisterten auch Ralf Redecker, der Vulkanisation arbeitet. Zwei Tage wurde Redecker geschult, dann erfasste er das erste Vulkanisationswerkzeug alleine: „Als gelernter Maler und Lackierer habe ich diese Handbewegung im Blut.“ Den T-Scan CS führt er über die Werkstückoberfläche als würde er einen Pinsel schwingen.

Beinahe unnötig ist für Redecker mittlerweile die akustische und optische Distanzanzeige, die das Messgerät bietet: Wenn der rote Laser-strahl den grünen Lichtpunkt auf der Oberfläche trifft, befindet sich das Gerät im richtigen Abstand zum Werkstück und generiert bis zu 330 Aufnahmen pro Sekunde. Ist dies der Fall, erfasst der Laser die Topographie des Werkstücks in Form von Punktewolken mit 210.000 Einzelpunkten pro Sekunde. Aus diesen Punktewolken generiert die Datenaufnahme-Software Colin-3D ein 3D-Modell des Werkstücks. In Echtzeit entsteht es während des Scanvorgangs allmählich am Bildschirm. So sieht Redecker genau, welche Abschnitte er bereits gescannt hat und kann so das Werkstück lückenlos digitalisieren.

Neben dem handgeführten Laser und dem Computer, auf dem die Datenaufnahme-Software läuft, ist der dritte Bestandteil des Systems eine Trackingkamera. Der T-Track CS+ steht in zwei Metern Abstand zum Werkstück auf einem Stativ und registriert die Bewegung des Laserscanners mittels der integrierten Infrarot-Marker. So registriert die Kamera die durch den Laserscanner erfassten Punkte in einem virtuell aufgespannten Koordinatensystem. Dieses Prinzip erlaubt es dem Anwender, seine Messungen ohne Bezugspunkt an einer beliebigen Stelle im Raum durchzuführen, solange er sich in Reichweite der Trackingkamera befindet.

Flüssig durch die Produktion

Bereits nach wenigen Wochen hatte Redecker mit dem Laserscanner mehrere Werkzeuge und die ersten Gussteile digitalisiert. Ladwig, der eine Schulung zum Umgang mit der Inspektionssoftware Inspect-Plus erhalten hatte, wertete die Daten aus. Mit der Software lässt sich visualisieren, ob das Scan-Modell und das CAD-Modell übereinstimmen. Außerdem erkennt man so auch inwieweit ein Scan von dem eines anderen Werkstücks abweicht. „Die Software funktioniert wie ein leicht abgewandeltes CAD-Programm. Und die Ergebnisse erkennt man auf einen Blick“, zeigt sich Jungingenieur Ladwig überzeugt.

Ladwig und seine Kollegen verglichen die CAD-Modelle mit den Scans und aktualisierten die „alten“ CAD-Modelle. Den Gusslieferanten schickten sie die neuen Zeichnungen, die diese nun als Vorlage für den Formenbau nutzten. Die „neuen“ Gussteile unterzogen sie per Laserscan einer Erstmusterprüfung. Auf dieser Basis erkennt der Zulieferer sofort, inwieweit das Gussteil den Soll-Geometrien entspricht. „Es geht wahnsinnig schnell“, betont Ladwig, „Wenn Ralf vormittags scannt und ich nachmittags Zeit für die Analyse habe, bringen wir das Teil in einem Arbeitstag durch den Erstmusterprüfbericht. Früher hätten wir dafür Wochen gebraucht.“ Und nicht nur das: Der Ausschuss bei den Kupplungskomponenten ist seitdem gesunken, ebenso wie der Aufwand für die Nachbearbeitung. „Wir bekommen die Teile dieser Produktlinie jetzt flüssig durch die Produktion“, freut sich Ladwig. ssc