Automatisiert statt manuell: Qualitätssprung bei der Bestimmung der pulvermetallurgischen Dichte von Grünlingen
Qualitätssicherung ist in der Pulvermetallurgie von entscheidender Bedeutung. Jedoch können bei den üblichen manuellen Verfahren zur Dichtebestimmung zahlreiche Fehlerquellen das Ergebnis verfälschen. Mit der Dichtewaage DIMENSIONICS DENSITY hat die Firma Dimensionics ein messtechnisches System auf den Markt gebracht, das solche fehlerhaften Messungen verhindert und eine schnelle, hochgenaue Dichtebestimmung von Bauteilen verschiedenster Art innerhalb einer Fertigungsumgebung ermöglicht.
Fertigteile aus Metallpulvern werden in der Industrie an vielen Stellen eingesetzt, denn sie zeichnen sich durch eine hohe Formgenauigkeit und ein breites Dichtespektrum aus. Zur Herstellung werden die Ausgangsstoffe in ihre Form gepresst und der Grünling anschließend durch thermische Behandlung, das sogenannte Sintern, finalisiert. Dabei ist die Homogenität des Bauteils entscheidend für dessen Qualität.
Deshalb stellt die Dichte ein wichtiges Kriterium für die Güte von Sinterwerkstücken dar. Sie gibt Aufschluss über mögliche Baufehler, wie z. B. Einschlüsse oder Risse. Eine qualitative Prüfung der Erzeugnisse hinsichtlich ihrer Dichteeigenschaften ist unerlässlich.
Herausforderungen bei der pulvermetallurgischen Dichtebestimmung
Aktuell werden die Bauteile in Laboren untersucht. Dafür werden häufig sogenannte Dichtekits verwendet, die im Aufbau und Grundprinzip einer Jollyschen Waage ähneln. Sie setzen auf das bewährte archimedische Prinzip, das besagt, dass „der statische Auftrieb eines Körpers in einem Medium genauso groß ist wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.“ Daraus folgt, dass die Dichte eines Körpers durch dessen Massenbestimmung an der Luft sowie in einem liquiden Medium ermittelt werden kann.
Für eine solche Dichtebestimmung müssen die Bauteile vorbehandelt werden, was grundsätzlich zeitaufwendig ist und Personalressourcen bindet. Ein Grund für den zeitlichen Aufwand liegt in der Aufbereitung der Proben, da dies teilweise nicht zerstörungsfrei funktioniert, sofern der Körper für Stichprobenuntersuchungen zerschnitten (segmentiert) und aufbereitet werden muss. Doch trotz des Aufwands stellt die Dichtebestimmung mittels Dichtekits die aktuell gängigste Form der Untersuchung der Dichte von Bauteilen in der Industrie dar.
Einflussfaktoren zur Beeinträchtigung der Messgenauigkeit
Die Qualität der Ergebnisse hängt bei diesem Verfahren von einer Vielzahl von Faktoren ab. Zum einen sind das äußere Einflüsse wie Temperaturschwankungen, Luftfeuchte oder in das System eingeführte Schwingungen. Zum anderen gibt es aber auch einen nicht unerheblichen menschlichen Einfluss. Da in der Regel mehrere Personen an dem Vorgang der Dichtebestimmung beteiligt sind, spielt dieser Faktor eine ausschlaggebende Rolle und verhindert eine genaue Reproduzierbarkeit des Prozesses. Dies stellt eine große Herausforderung für die Nachverfolgbarkeit der Fertigung dar – und somit für die gesamte Prozesssicherheit. Um diese Risiken zu minimieren und den zeitlichen Aufwand einer Prüfung zu reduzieren, hat die Firma Dimensionics das erste vollautomatisierte System für die Dichtebestimmung entwickelt, die Dichtewaage DIMENSIONICS DENSITY. Durch ihr einzigartiges Konzept kann sie Bauteile präzise, schnell und wiederholgenau hinsichtlich ihrer Dichte untersuchen – und zwar direkt in der Fertigungsumgebung.
Messtechnisches System eliminiert Störfaktoren
Das messtechnische System der DIMENSIONICS DENSITY verfügt über eine geschlossene Messzelle und ermöglicht einen Einsatz in fertigungsnaher Umgebung, unmittelbar in Prozessnähe. Somit wird das Labor entlastet und Maschinenstillstandzeiten erheblich reduziert.
Zudem verbessert sich auch die Ergebnisqualität massiv. Im Inneren der Zelle sorgt die installierte Messtechnik für die Aufnahme und Verarbeitung der Umgebungsparameter. Sämtliche Einflussfaktoren werden durch den von Dimensionics entwickelten Algorithmus in die Ergebnisermittlung einbezogen. Ein innovatives Handlingssystem, das für die Positionierung und den Transport der Bauteile entwickelt wurde, garantiert eine hohe Wiederholgenauigkeit des Systems.
Präzise Werkerführung für hohe Prozessgenauigkeit
Das System bietet standardmäßig Platz für 15 Bauteile unterschiedlichster Art, die vollautomatisiert geprüft werden können. Für die hochgenaue Bestimmung der Masse, die Grundlage der Dichtebestimmung der Density, sind hochpräzise Laborwagen eines renommierten Unternehmens im Bereich Labortechnik installiert. In Verbindung mit dem Handlingssystem kann das System Messgenauigkeiten von bis zu ± 0,001 g/cm³ erreichen.
Die Vermessung einer Probe erfolgt in weniger als drei Minuten. Die Ergebnisse werden für den Werker vollautomatisiert verarbeitet und aufbereitet. Über Kommunikationsschnittstellen zu übergeordneten ERP-Systemen können Daten ausgetauscht und Ergebnisse vollautomatisiert an das interne System übertragen werden.
Die DIMENSIONICS DENSITY kann leicht in bestehende Prozessstrukturen integriert werden. Mit der schnellen und wiederholgenauen Dichtebestimmung in fertigungsnaher Umgebung liefert sie eine ideale Lösung, um bestehende Prozesse zu verschlanken und zu optimieren. Durch die Eliminierung menschlicher Einflussfaktoren erhält der Fertigungsprozess zudem eine höhere Reproduzierbarkeit und das Unternehmen eine stärkere Prozesssicherheit.
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