Nur die Harten kommen durch

Die Hegewald & Peschke GmbH ist Spezialist für die automatisierte Qualitätssicherung. Das Unternehmen aus dem sächsischen Nossen in der Nähe von Dresden hat hierfür eine roboterbasierte Härteprüfanlage entwickelt, mit der sich die Härte von Bauteilen und Fertigerzeugnissen vollautomatisch prüfen lässt. Eine Prüfanlage dieser Art wurde jetzt bei einem Automobilzulieferer in Baden-Württemberg installiert, wo die Härte von Motorblöcken vollautomatisch ermittelt wird.

Von dem neuen Härteprüfzentrum verspricht sich der Anwender neue Impulse, denn die Technik bietet hohe Prüfgeschwindigkeiten mit einer bedienerunabhängigen Auswertung. Alle Prüfergebnisse werden dabei automatisch registriert. Bei Bedarf lassen sich auf diese Weise ganze Produktserien lückenlos prüfen, ohne dass eine Person die Ergebnisse manuell auswerten muss.

Die Härteprüfanlage ist modular nach einem Baukastensystem aufgebaut und lässt sich je nach Bedarf durch Probenbearbeitungsmodule oder zusätzliche Prüfsysteme ergänzen. Hierzu zählen zum Beispiel Anlagen für die geometrische Vermessung von Bauteilen oder für die Bestimmung der Rauheit. Durch die modulare Bauweise erschließen sich viele Anwendungsfelder im Bereich der Qualitätssicherung. So lassen sich neben Motorblöcken zum Beispiel auch Stahl- und Aluminiumfelgen oder Gehäuseteile prüfen. Das System lässt sich an die speziellen Anforderungen des Anwenders anpassen.

Die Anlage zur Prüfung der Brinellhärte an Motorblöcken besteht aus mehreren Komponenten. Hierzu zählt ein Brinell-Härteprüfer mit einem integrierten, optischen System, mit dem die Brinell-Eindrücke gemessen werden. Der Härteprüfer bringt dabei eine Last bis zu 3000 kp stufenlos und servomotorisch auf. Bei anderen Produkten und Materialien lässt sich dieses System auch durch einen Vickers- oder Rockwell-Härteprüfer ersetzen. Mit zur Anlage gehört ein Roboter, der die bis zu 120 kg schweren Prüflinge punktgenau bewegt. In einer so genannten Probenvorbereitungsstation wird die Produktoberfläche für die Prüfung vorbehandelt. Bei dem schwäbischen Automobilzulieferer ist dies eine Fräs- und Schleifmaschine. In einer Identifikationsstation wird die Bauteilkennzeichnungen über ein Kamerasystem erfasst. Mit zur Anlage zählt zudem eine Signierstation zur Kennzeichnung der Bauteile. Alternativ lässt sich an dieser Stelle zum Beispiel eine Rauhigkeitsmessung einfügen. Die letzte Komponente schließlich ist eine Zuführ- und Magaziniereinrichtung. Deren Bauweise wird durch das Bauteil und den erforderlichen Probendurchsatz bestimmt.

Bei dem schwäbischen Zulieferer werden die zu prüfenden Bauteile über ein Linearband in das Härteprüfzentrum transportiert, wo sie zuerst durch eine Identifikationsstation wandern. Die Kamera erfasst die Seriennummer jedes Bauteils, das unmittelbar danach vom Roboter aufgenommen und im Härteprüfer positioniert wird. Hier findet dann die vollautomatische Brinell-Härteprüfung statt. Der Motorblock kann über einen motorisch betriebenen Kreuztisch automatisch in vorher definierte Prüfpositionen verfahren werden. Unmittelbar danach findet eine Gut-Schlecht-Trennung statt. In der Identifikationsstation werden die Bauteile entsprechend ihrer Güte gekennzeichnet. Das komplette Handling übernimmt dabei der zentral positionierte Roboter. Im Anschluss nimmt der Roboter den Motorblock wieder auf und legt ihn auf ein zweites Linearband ab. Dieses befördert das Produkt entweder zur Weiterverarbeitung oder zur Verpackung.

Mit diesem Ablauf erreicht der Anwender eine lückenlose Qualitätssicherung, die eine hohe Präzision der Bauteile, Fertigerzeugnisse und Halbzeuge sichert. Der Roboter übernimmt dabei die zentralen Handling-Aufgaben zwischen den einzelnen Prüfstationen, die zuvor nur mit hohem Zeit- und Arbeitsaufwand realisiert werden konnten. Zudem werden mögliche Fehler, die sich im Rahmen der manuellen Prüfung ergeben, eliminiert.

Je nach Bedarf arbeitet das automatische Härteprüfzentrum mit Hilfe der Vickers-Methode, des Rockwell- oder des Brinell-Verfahrens. Auf diese Weise können verschiedene Materialien je nach Anforderung zuverlässig auf ihre Härte hin geprüft werden. Dank der Baukasten-Bauweise lässt sich das Modul „Härteprüfer“ bei Bedarf auch durch eine Universalprüfmaschine ersetzen oder ergänzen. Mit dieser Variante lassen sich automatische Zug-, Druck- und Biegeversuche durchführen.

Stefan Lange Fachjournalist in Dresden

Mit diesem standardisierten und automatisierten Verfahren, das nach einem schwedischen Ingenieur benannt ist, wird die Härte von Werkstoffen bestimmt. Dabei wird eine kleine Kugel aus Hartmetall für eine vorgegebene Zeit mit einer materialabhängigen Prüfgesamtkraft auf die zu testende Oberfläche gedrückt. Der dabei entstehende Abdruck in Form einer Kugelkalotte wird vermessen und in das Verhältnis zur aufgebrachten Prüfgesamtkraft gesetzt. Daraus wird schließlich die so genannte Brinellhärte (HBW) berechnen. Das Verfahren hat einen entscheidenden Vorteil: Die Brinellhärte lässt sich leicht in Zugfestigkeiten umrechnen, wodurch das Anfertigen von Proben entfällt. Zudem wird die mögliche Zerstörung des Werkstücks vermieden.

Die Vickers-Methode ist dem Brinell-Verfahren ähnlich. Allerdings kommt hierbei statt der Hartmetallkugel ein Diamanteindringkörper in Form einer Pyramide zum Einsatz. Der während der Prüfung entstehende Eindruck wird gemessen und mit Hilfe der aufgebrachten Prüfgesamtkraft in eine Vickers-Härtezahl (HV) umgerechnet. Zuweilen wird auch die Einwirkungsdauer in die Berechnung mit einbezogen. Wie das Brinell-Verfahren arbeitet die Vickers-Methode ebenfalls ohne spezielle Proben und verzichtet auf eine mögliche Zerstörung des Werkstücks. Während die Brinell-Methode insbesondere bei weichen bis mittelharten Metallen zum Einsatz kommt, verwendet man das Vickers-Verfahren vor allem bei sehr harten Materialien.

Hegewald & Peschke mit Sitz in Nossen bei Dresden entwickelt, produziert und vertreibt seit 1990 Maschinen, Komponenten und Softwarelösungen für die Werkstoff-, Bauteil- und Komponentenprüfung. Zum Portfolio gehören Universalprüfmaschinen, Härteprüfgeräte, Bauteilprüfstände sowie verschiedene Längenmessvorrichtungen für Industrie und Forschung. 50 Mitarbeiter mit Vertriebsbüros in ganz Deutschland bieten verschiedene Services rund um die Themen Prüfen, Messen und die Nachrüsten von Universalprüfmaschinen. In den Bereichen Konstruktion und Softwareentwicklung pflegen die Sachsen eine enge Kooperation mit Hochschulen und Fraunhofer-Instituten. Dadurch wird die technische Aktualität gesichert.