Angesichts der Elektromobilitätspläne von Automobilherstellern wie VW müssen Fahrzeugbremsen deutlich höhere Anforderungen erfüllen. Schließlich liefern E-Motoren ein wesentlich höheres Drehmoment an den Antriebsstrang, wodurch die Autos hoch beschleunigen können. Um die Sicherheit von Fahrzeugen und Fußgängern wie auch einen möglichst kurzen Bremsweg zu gewährleisten, müssen die Bremsscheiben von hoher Qualität sein. Die Einhaltung engerer Toleranzen ermöglicht dabei nicht nur die kürzeren Bremswege, sondern auch ein besseres Geräusch-, Härte- und Vibrationsverhalten (NHV).

Oberflächendefekte an Bremsscheiben werden derzeit durch eine Kombination aus manueller Prüfung und zusätzlichen Prüfgeräten kontrolliert, was das Risiko von nicht erkannten Qualitätsmängeln birgt. Weil sich Bremsscheiben mit hoher Geschwindigkeit drehen, können aber selbst kleine geometrische Fehler zu Vibrationen und einem ungünstigen NHV-Profil führen. Daraus ergeben sich eine geringere Wirksamkeit und ein höherer Verschleiß, was sich wiederum negativ auf die Fahrsicherheit auswirkt.

Mehrere Messsysteme erforderlich

Bisher standen die Hersteller bei der Qualitätsprüfung von Bremsscheiben vor großen Herausforderungen. „Zur Überprüfung der Geometrie werden üblicherweise taktile Sensoren und 2D-Kameras eingesetzt“, berichtet Dave Mendez, General Manager und Vice President der Business Unit Zerotouch bei DWFritz Automation. „Herkömmliche Tastsensoren sind jedoch nicht in der Lage, beide Seiten einer Bremsscheibe gleichzeitig zu prüfen.“ Um das beidseitige Prüfen zu gewährleisten, werden daher zwei Maschinen nacheinander installiert. Darüber hinaus können die Sensoren die Bremsscheiben nur stichprobenartig prüfen, indem sie einer einzelnen Kreislinie auf der Bremsscheibe folgen und diese auf Materialfehler untersuchen. Es besteht somit die Gefahr, dass Fehler übersehen werden. Gleiches gilt für die anschließende Prüfung mit Matrixkameras: Weil die visuellen Prüfsysteme die Oberfläche nur zweidimensional erfassen, ist meist noch eine manuelle Sichtprüfung durch einen Mitarbeiter des Qualitätsmanagements notwendig, um festzustellen, ob die Poren, Dellen oder Kratzer auf der Oberfläche vernachlässigbar sind oder die Bremsscheibe als fehlerhaftes Teil behandelt werden muss.

Zugleich erfordert der Betrieb mehrerer Prüfsysteme einen höheren Arbeits- und Zeitaufwand. Die Lagekalibrierung der Maschinen muss besonders präzise sein, damit die Messung von Parametern wie Bremsscheibendicke oder Parallelität desselben Prüfteils auf beiden Systemen und dem zugrundeliegenden Referenzsystem so genau wie möglich ist. Wichtige Referenzmerkmale werden als Bezugspunkte für mehrere Maschinen verwendet, damit die Messungen aufeinander abgestimmt oder richtig kalibriert werden können. Darüber hinaus muss der Be- und Entladevorgang oft manuell durchgeführt werden. Nicht zuletzt werden die Maschinen mit Berührungssensoren, 2D- oder QR-Code-Kameras verschiedener Hersteller ausgestattet, was den Aufwand nochmals erhöht, angefangen bei der Bestellung der Geräte bis hin zur Schulung und regelmäßigen Wartung.

Digitaler Zwilling aus Millionen von Datenpunkten

Wie also lässt sich die Präzision des Prüfprozesses optimieren und gleichzeitig der Aufwand reduzieren? DWFritz Automation, ein in den USA ansässiger Entwickler und Hersteller von Anlagen für die automatisierte, berührungslose Hochgeschwindigkeitsprüfung, hat seine Zerotouch-Messplattform speziell für die Inspektion von Bremsscheiben angepasst. Das Messsystem „Zerotouch Rotational“ (ZTR) prüft alle relevanten Parameter in einem Prüfvorgang und lässt sich dafür platzsparend direkt in die Produktionslinie integrieren. Alle Prozessschritte können automatisiert werden, einschließlich des Be- und Entladens der Teile in Zerotouch. Die Bremsscheibe wird mit einem pneumatischen Lader, einem Portalsystem oder einem Roboter in das System geladen und auf der Messplattform positioniert. Die Plattform rotiert, während mehrere Sensoren die Bremsscheibe während der Messung von verschiedenen Seiten abtasten. „Um die Bremsscheiben möglichst genau auf Defekte prüfen zu können, setzen wir bis zu sechs strategisch positionierte, berührungslose Sensoren ein“, berichtet Mendez. „Diese tasten die Bremsscheibe ab und erstellen innerhalb von 20 s ein mikrometergenaues 3D-Modell, das auf der Messung von Millionen von Datenpunkten basiert.“

Eine in der Industrie bewährte Analysesoftware erstellt dann auf Grundlage der Messungen ein genaues 3D-Modell der Bremsscheibe. Dieses wird in Echtzeit auf geometrische Fehler oder Defekte an der Oberfläche überprüft, indem das Prüfobjekt mit einem Referenzmodell verglichen wird. Dabei werden Ebenheit und Parallelität beziehungsweise Welligkeit überprüft und auch tiefere Schäden zuverlässig erkannt. Das Messverfahren stellt zudem sicher, dass auch Staubpartikel identifiziert werden, um Verwechslungen mit oberflächlichen Defekten auszuschließen und Fehlalarme zu reduzieren. Bei zu großen Differenzen zwischen Soll- und Ist-Werten warnt das System und sortiert das defekte Teil automatisch aus.

Platzersparnis durch weniger Prüfsysteme

Da Zerotouch alle wichtigen Parameter in einem Arbeitsgang prüft und in der Lage ist, unterschiedliche Formen und Größen zu analysieren, können die Kosten für den Kauf zusätzlicher Maschinen entfallen. „ZTR bietet unseren Kunden die beste Kapitalrendite für die Inline-Produktion von Bremsscheiben, wobei wenig Platz benötigt wird und ein hoher Durchsatz erreicht wird“, betont Mendez. „Es eignet sich auch für Offline-Prüfanwendungen, bei denen ZTR für schwere Teile mit einem pneumatischen Teilebe- und -entlader ausgestattet werden kann.“ Die Zeitersparnis macht sich zudem bei der Inbetriebnahme bemerkbar, weil die Mitarbeiter nur ein einziges System bedienen und warten müssen. Bei Rückfragen steht ein kompetenter Ansprechpartner von DWFritz zur Verfügung.

Vorteile sind nicht zuletzt die geringere Fehleranfälligkeit und hohe Wiederholbarkeit der Ergebnisse. Weil Zerotouch das Prüfteil in einem Messvorgang komplett abtastet, muss die Bremsscheibe nicht neu positioniert werden, was zu Zeitersparnis und einem geringeren Fehlerrisiko führt.

DWFritz Automation
9600 SW Boeckman Road
USA-Wilsonville, OR 97070
dwfritz.com