Bevor Getriebegehäuse zusammengepresst werden, muss jedes einzelne Teil perfekt sitzen. In der Getriebefertigung des Automobilzulieferers ZF Friedrichshafen prüfen daher Lichttaster mit Hintergrundausblendung und Laser-Miniatursensoren das eingelegte Produkt sowie die korrekte Teilebestückung.

Im Zuge eines Strategiewechsels beabsichtigte der Automobilzulieferer ZF Friedrichshafen in der Getriebefertigung, das konventionelle Montageband für automatisierte Nutzfahrzeuggetriebe gegen ein Mix-Montageband auszutauschen. Dort sollten die bisherigen AS-Tronic-2-Getriebe in ihrer langen und kurzen Variante sowie die neue Getriebegeneration TraXon EL 40 ebenfalls in einer Lang- und Kurzversion parallel produziert werden. Hierzu war eine Universalpresse nötig, die Lagerschalen, Lagerinnenringe und Bolzen beziehungsweise Hülsen im Mischbetrieb einpresst. Der mittelständische Sondermaschinenbauer NMH erhielt nach einer Ausschreibung für sein Konzept einer Universalpresse den Zuschlag für die Realisierung.
Getriebelösungen von ZF sind bei Nutzfahrzeugherstellern wie Iveco, DAF, MAN, Renault und Volvo im Einsatz, wenn es um automatisches Schalten geht. Denn sie sind zum einen einfach zu bedienen, zum anderen sind sie wirtschaftlich. Die automatischen Getriebelösungen halten den Motor im optimalen Drehzahlbereich, sodass die Leistung effizient auf die Antriebsachsen übertragen wird - das spart Kraftstoff und erhöht gleichzeitig Komfort und Sicherheit. Daraus resultiert weniger Verschleiß an Kupplungen und dem Antriebsstrang. Denn die Gänge werden im richtigen Moment ohne Einkuppelstöße und Lastwechselschläge eingelegt.
„Das Besondere an unserer Lösung ist", so Stephan Wahl, Vertriebs- und Marketingleiter beim Sondermaschinenbauer NMH, „dass wir zwei entkoppelte Prozessstationen durch eine einzige Pressstation ersetzen konnten. Geplant waren ursprünglich zwei Pressen, die die Komponenten zuerst von oben und anschließend von unten in das Gehäuse einpressen sollten. Heute können wir diese Aufgabe sequentiell und erstmals auch im Mischbetrieb mit einer Anlage erledigen. Und bei einem Produktwechsel rüstet sich die Presse in der Prozessnebenzeit innerhalb einer Sekunde vollautomatisch um." Die Erkennung des jeweils eingelegten Produkts und der korrekten Teilebestückung übernehmen die Lichttaster BOS 23K mit Hintergrundausblendung und die Laser-Miniatursensoren BOSQ08M von Balluff.
Durch das neue Anlagenkonzept hat sich der Platzbedarf nahezu halbiert und die Wege, die der Werker bei seiner Arbeit zurücklegen muss, haben sich ebenfalls verkürzt. Die Prozesszeit beträgt nur noch 15 statt 30 Sekunden.
Angetrieben wird die neue Anlage von einem Servospindelantrieb. „Diese Antriebsform bietet für eine solche Applikation viele Vorteile gegenüber anderen geregelten Achsen, wie zum Beispiel einem hydraulischen Antrieb", erklärt Stephan Wahl von NMH. „Es lassen sich Fahrwege und Einpresskräfte sowie Einpress- und Kraftüberwachungsfenster definieren, Zielpositionen auf wenige Hundertstel Millimeter ansteuern oder auch in Echtzeit manipulieren, was sich in einer hohen Produktqualität und Prozesssicherheit widerspiegelt. Weitere Pluspunkte sind die hohe Leistungsdichte bei kompakter Bauform sowie eine hohe Dynamik, die es erlaubt, im Prozess schnell zu beschleunigen oder auch abzubremsen, was für das Erreichen geringer Taktzeiten relevant ist. Wir können so verschiedene Verfahrsätze mit verschiedenen Geschwindigkeitsstufen realisieren".

 Anwesenheit und Lage unter Kontrolle
Die Prozesse in der Anlage laufen wie folgt ab: Das Getriebegehäuse wird auf die Rollenband-Zufuhr der Einlassseite eingelegt. Der Werker bestückt auf der Oberseite manuell die Lagereinpressstempel mit zwei Kegelrollenlagern und legt auf der Unterseite die untere Lagerschale sowie zwei Bolzen beziehungsweise Hülsen in die dortigen Aufnahmen ein. Anschließend schiebt er das Werkstück soweit in die Anlage ein, bis es einrastet: Ein induktiver Sensor an der Rastklinge mit Endlagendämpfung signalisiert das Vorhandensein und die korrekte Lage des Gehäuses.
Im oberen Teil der Anlage überprüfen zwei BOS-23K-Lichttaster mit Hintergrundausblendung (HGA) die Anwesenheit des linken und rechten Kegelrollenlagers. Ein dritter Sensor gleichen Typs ist für die Gehäusetyperkennung zuständig und meldet, ob es sich um ein AS-Tronic-2- oder TraXon-EL-40-Gehäuse handelt. Im unteren Teil kontrollieren zwei Laser-Einweglichtschranken BOS Q08M, ob die beiden Bolzen beziehungsweise Hülsen korrekt eingelegt sind, eine weitere, ob das Rollenlager eingelegt ist und eine vierte, ob es sich um ein TraXon-EL-40-Gehäuse handelt. Ist dies der Fall ist eine zusätzliche Abfrage notwendig, da die Lagerschalen der TraXon-EL-40-Getriebe mit einem kleinen Stift als Verdrehsicherung ausgestattet sind. Um ein Abscheren des Stiftes beim Pressvorgang zu vermeiden, muss der Werker das Lager beim Einlegen radial korrekt ausrichten. Ein induktiver Sensor, ebenfalls von Balluff, überprüft, ob sich der Stift in der dafür vorgesehenen Aussparung befindet und somit das Lager richtig eingelegt ist. Wenn dem so ist, drückt das Lager einen kleinen Bolzen hoch, der einen induktiven Sensor betätigt. Erst wenn dieser Sensor schaltet, erfolgt die Freigabe für den Pressvorgang.
Mit dem BOS 23K, einem Lichttaster mit Rotlicht LED und HGA, haben sich die Konstrukteure von NMH für einen leistungsfähigen Sensor mit einer Tastweite von bis zu 1,2 Metern entschieden. „Seine Stärke liegt darin", so Andreas Hummler, Konstrukteur bei NMH, „Objekte mit unterschiedlichen Oberflächen aus größerer Entfernung sicher zu detektieren. Dies klappt auch bei glänzenden oder dunklen Objekten vor stark reflektierenden Hintergründen, wie den Lagerschalen, Bolzen und Hülsen in der Anlage." Das Handling des Sensors, dessen Grauwertverschiebung bei einer Tastweite von 800 mm lediglich drei Prozent beträgt, ist einfach und praxisgerecht. Durch seinen gut sichtbaren und scharf abgegrenzten Lichtfleck lässt er sich auch bei Tageslicht einfach ausrichten. Die gewünschte Tastweite wird über ein 18-Gang-Potenziometer mit Anzeigefenster eingestellt.

 Miniatursensor für wiederholgenaues Positionieren
Der Sensor, dessen Ausgang wahlweise zwischen Ausgang und Öffner umschaltbar ist, ist für den Einsatz in rauen Umgebungen wie in der Universalpresse geeignet. Dazu verfügt er über ein robustes, glasfaserverstärktes Kunststoffgehäuse in Schutzart IP 67 und IP 69K. Ein seitlicher Optikschutz verhindert zudem ein mögliches Beschädigen der Fresnellinsen.
Deutlich kleiner als die Lichttaster mit HGA sind die zur Objekterkennung im Untergeschoss von NMH eingesetzten Laser-Einweglichtschranken der Balluff-Baureihe BOS Q08M im robusten, kubischen Metallgehäuse der Schutzklasse IP 67. Hierbei handelt es sich um kleinbauende Miniatursensoren, die sich durch ihre kompakte Bauform von 44 x 8 x 8 mm und hohe Präzision auszeichnen. Mit ihrem scharf gebündelten Laserstrahl erkennen sie selbst kleine Teile von bis zu 0,28 mm mit einer Schaltfrequenz von 400 Hz. „Wir setzen sie überall dort ein", so Stephan Wahl, „wo Bauteile mit wenig Raumanspruch, geringem Gewicht und hoher Schaltpräzision für wiederholgenaues Positionieren gefragt sind."