Der drahtlose tragbare Sensor erreicht die Funktionen, auf die andere Messgeräte nicht zugreifen können

Die Bogie Lead-Factory von Siemens-Mobility in Graz, Österreich, ein Entwicklungszentrum und Fertigungsstandort für High-Tech-Drehgestelle, ist ein wichtiger Partner der globalen Schienenfahrzeugindustrie. Ob Drehgestelle für Straßenbahnen, Lokomotiven, Reisezugwagen oder Hochgeschwindigkeitstriebzüge – das Siemens Mobility World Center of Excellence für Drehgestelltechnologie deckt die komplette Produktpalette für den gleisgebundenen Verkehr ab. Die hohe Produktivität steht für einen weltweit einzigartigen Automatisierungsgrad. Insbesondere der Technologieeinsatz in der mechanischen Fertigung setzt neue Maßstäbe – für den Aufbau und die Aufspannung werden die Fahrgestellrahmen seit vielen Jahren erfolgreich mit API-Messlösungen vermessen. Seit 2022 werden sie mit der neuesten Generation des API Radian Laser Trackers und dem drahtlosen vProbe 3D-Sensor gemessen.

Eine der Kernkompetenzen am Standort Graz ist die mechanische Bearbeitung von Fahrwerksrahmen und -komponenten, beginnend mit der Ausrichtung der Komponenten auf modularen Vorrichtungen. Um einen höheren Produktionsdurchsatz zu erreichen, musste auch die Messtechnik mit der Produktionskapazität Schritt halten, was letztlich neue Messsysteme erforderte. Grundvoraussetzung ist der Betrieb von zwei Spannstationen, auf denen die Fahrgestellrahmen im Schichtbetrieb ausgerichtet, vermessen und spannungsarm und verzugsfrei auf ihren Vorrichtungen für die anschließende mechanische Bearbeitung gespannt werden.

Lasertracker-Messwerte werden auf großen LCD-Bildschirmen angezeigt

Bisher arbeitete Siemens-Mobility mit Messuhren, die mit Magneten an den Spannvorrichtungen befestigt wurden. Von Anfang an galt es, oft schwer zugängliche Punkte zu messen – je nach Typ bis zu 30 Messpunkte pro Wagen, was einen hohen Zeitaufwand für das Einrichten und Spannen bedeutete. Für die Messungen kamen pro Wagen bis zu 20 Messuhren gleichzeitig zum Einsatz. Mit der Zeit zeigte sich, dass diese Messstrategie mit der geforderten Produktionssteigerung nicht Schritt halten konnte.

Messung schwer zugänglicher Punkte

Das Messen schwer zugänglicher Stellen ist immer eine besondere Herausforderung. Tragbare Messsysteme wie Messarme konnten die konstruktionsbedingt vorgegebenen Messpunkte, die oft in einer Bauteiltiefe von 200–300 mm liegen, nicht bewältigen und schieden daher aus.

Parallel dazu wurde der Einsatz von Lasertrackern untersucht, die aufgrund ihrer laserbasierten Messprinzipien noch höhere Genauigkeiten versprachen. Ebenso wie Messarme ersetzen Tracker heutzutage zunehmend herkömmliche Messsysteme wie Koordinatenmessgeräte (KMG).

Es zeigte sich, dass das in vielen Fällen vorteilhafte berührungslose Messprinzip von Laser Trackern, mit dem sich im Gegensatz zu mechanischen Messarmen dennoch sehr große Teile vermessen lassen (Fahrgestellrahmen mit 3 Achsen können bis zu 7 Meter lang) brachte einen entscheidenden Nachteil mit sich: Die Messung mit dem für Lasertracker typischen Surface Mounted Reflector (SMR) funktionierte im Rahmen von Testmessungen bei Siemens-Mobility ebenso wenig wie die Messung mit Messarmen – in den Aussparungen des Bei den zu vermessenden Fahrgestellrahmen konnte die Messkugel vom Laserstrahl des Trackers nicht erreicht und somit nicht vermessen werden.

Neue Handsensoren boten erhebliche Vorteile

Grundsätzlich wurde die Überlegenheit der laserbasierten Systeme anerkannt, jedoch konnte keiner der bewerteten Anbieter die Werksleitung überzeugen: Zu groß waren die Nachteile der technisch ähnlichen Systeme, die sich jedoch in Größe und Portabilität erheblich unterschieden. Die Untersuchungen der Grazer Messtechnikspezialisten nahmen eine entscheidende Wendung, als eine neue Generation von Handsensoren auf den Markt kam, die gegenüber Standard-SMRs einen deutlichen Vorteil hatten:

vProbe von API ist ein tragbarer, leichter, kabelloser Sensor mit einer Sonde, der die Inspektion komplizierter Merkmale oder versteckter Punkte bei großen, komplexen Teilen ermöglicht. Drahtlose Sensoren ersetzen bestehende SMRs im Tracker-Arbeitsbereich. Abhängig von der Länge der Spitze (mit Verlängerung bis zu 30 mm) war es nun möglich, in Aussparungen liegende Punkte der Rahmen zu erreichen und zu messen. Damit war das Sondierungsproblem endlich gelöst. Um mit den gestiegenen Produktionskapazitäten Schritt halten zu können, waren jedoch weitere Schritte seitens der Messstrategie erforderlich.

Neue Messstrategie

Nach umfangreichen Tests fiel die Entscheidung zugunsten des kleinsten und damit mobilsten Laser Trackers, dem Radian Laser Tracker von API. Aufgrund der beiden benachbarten Messobjekte und der schwer zugänglichen Messpunkte kam eine bodennahe Installation des Messsystems auf einem Stativ nicht in Frage.

Stattdessen wurde der Tracker auf einer eigens dafür errichteten Säule in der Mitte zwischen den Spannpositionen in etwa 4 Metern Höhe montiert. Auf die Montage des Laser Trackers an der Außenwand der Halle wurde verzichtet, nachdem festgestellt wurde, dass die Bewegungen des Krans Vibrationen verursachten, die die Messungen beeinträchtigten.

Zur Darstellung und Steuerung der Messwerte kommt die Software Polyworks von Innovmetric zum Einsatz. Damit wurde eine innovative und zugleich praktische Lösung gefunden: Zwei große, hoch an der Hallenwand montierte LCD-Bildschirme ermöglichen die Kontrolle der Messwerte von beiden Arbeitsplätzen aus. Der Tracker selbst muss nicht bedient werden und bleibt dauerhaft eingeschaltet.

Automatisierte Messprozesse

Aber das war noch nicht das Ende der Geschichte. Der hohe Automatisierungsgrad im Leitwerk in Graz, dessen maximale Jahreskapazität bei rund 4.000 Wagen liegt, erforderte weitere Maßnahmen in der messtechnischen Umsetzung von Rüsten und Spannen, die der Bearbeitung in unterschiedlichen Schichtmodellen folgen mussten.

„Wir brauchten Prozesssicherheit im Schichtbetrieb“, sagt Martin Gruber, Leiter der mechanischen Fertigung bei Siemens-Mobility in Graz. „Das Messsystem sollte den Mitarbeitern Orientierung geben. Wir brauchten eine aussagekräftige Dokumentation der Messungen und Visualisierung der Prozesse.“

Laser Tracker misst dynamisch

Aufgrund der Bearbeitung im Schichtbetrieb muss ein qualifizierter Facharbeiter in der Lage sein, alle Messungen selbstständig durchzuführen – ohne die Unterstützung eines Messtechnikers. Die Aufgabenstellung erfordert einen hohen Automatisierungsgrad der Messprozesse, bei dem die Spezialisten von Siemens-Mobility in Zusammenarbeit mit API nicht nur alle zu produzierenden Fahrgestelltypen definiert, sondern auch die Bearbeitungsschritte in der jeweiligen Reihenfolge hinterlegt haben sie sollten bearbeitet werden. Dies vereinfachte auch die Messungen.

Laut Martin Gruber konnte jedoch nicht nur Messzeit eingespart werden. Wichtig waren auch Flexibilität und Prozesssicherheit bis hin zur Endvermessung der Fahrgestellrahmen. Da ein Laser Tracker dynamisch messen kann, ist es unter anderem auch möglich, die Torsion beim Einspannen des Rahmens zu prüfen.

Insgesamt folgt die Messstrategie somit der Fahrradmontage bei Siemens-Mobility, die auf Lean-Prinzipien basiert und hochwertige Fahrgestelle „just-in-time“ garantiert.

Weitere Informationen: www.apimetrology.com

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