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Prozessdokumentation als Notwendigkeit der Qualitätssicherung

Kondensatorentladungsmaschinen (KE-Maschinen) werden überwiegend in der Serienproduktion eingesetzt. Dabei werden pro Schicht mehrere tausend Teile geschweißt. Verfahren zur Online-Prüfung der Schweißverbindung sind nicht bekannt, zerstörungsfreie Prüfungen kommen beim KE-Schweißen kaum zur Anwendung.

Deshalb werden zyklisch gefertigte Teile aus dem Produktionsprozess ausgeschleust und entsprechend der QS-Festlegungen zerstörenden Überprüfungen unterzogen. Um sicherzustellen, dass diese Stichproben repräsentativ für die zwischenzeitlich geschweißten Verbindungen sind, bedarf es einer Überwachung.

Die Maschinen der Produktreihe KKC, KKP und die Stromquellen KKM verfügen über die Schweißsteuerung PrimusKE (nachfolgend dargestellt), die zahlreiche Messkanäle bietet, um die relevanten Prozessgrößen mit einer Abtastfrequenz von 20 kHz zu messen.

Bei den Anschlüssen handelt es sich um:

  • 1: interne Anschlüsse
  • 2: Netzversorgung
  • 3: Sekundärstrommessung
  • 4: Elektrodenspannungsmessung
  • 5: inkrementelle Wegmessung
  • 6: Analogmessung
  • 7: Proportionalventile
  • 8: Digitale Eingänge/ Ausgänge
  • 9: Busanschlüsse
  • 10: LED-Betriebsanzeige

Der Strommesseingang 3 (Klemme 1X3) ist für den Anschluss eines Rogowskigürtels (mit 150 mV/kA) vorgesehen, der serienmäßig installiert ist; ein zugehöriger Integrator ist in der Steuerung integriert. Ebenso serienmäßig ist das Messen der Elektrodenspannung 4 (Klemme 1X13) vorgesehen. Entsprechend Kundenwunsch können zwei inkrementelle Wegaufnehmer 5 und/oder bis zu vier frei definierbare Analogmesssignale 6 (0 bis 10 V bzw. 4 bis 20 mA) angeschlossen werden. Die beiden Anschlüsse für die Proportionalventile 7 (PV1 und PV2) besitzen einen Analogeingang, über den das Ist-Signal (soweit das Proportionalventil über eine Rückmeldung verfügt) ebenfalls aufgezeichnet wird.

Die gemessenen Signale werden mit 500 Punkten/Kurve in den Datensätzen der Schweißungen gespeichert. Eine Vielzahl relevanter Rechengrößen und interner Messwerte (z.B. Datum, Zeit, Zähler, Rücksetzzähler, Maschinendaten, externe Auftrags-ID, Energien, Spitzenströme, Strom-Zeit-Integrale, Stromanstiegszeiten, Schweißzeiten, Spannungswerte, Widerstände, Aufsetz- und Einsinkpositionen, Kraftwerte) sowie das vollständige Schweißprogramm ergänzen einen jeden Datensatz. Die PrimusKE verzichtet bewusst auf einen externen PC, um die Aufzeichnung der Daten in jedem Fall sicherzustellen. Selbstverständlich ist es aber möglich, alle Daten zyklisch oder parallel zur Fertigung auf einen gesonderten PC zu sichern. Auch sind die Kommunikation und Übertragung auf eine übergeordnete SPS-Schnittstelle möglich, sodass externe Datenbanken gespeist werden können.

Die außerordentlich breite Datenbasis bildet eine sichere Grundlage für die Archivierung der relevanten Prozessparameter.
Damit lassen sich auch noch nach Jahren einzelne Schweißvorgänge detailliert analysieren bzw. ihr Ablauf mit allen Zusammenhängen nachweisen.

Ebenso wichtig wie die Archivierung der Prozessdaten ist die Überwachung eines jeden Schweißablaufs, um Abweichungen von den Sollwerten automatisch zu erkennen. Die Fa. Kapkon GmbH setzt auf eine Parameterüberwachung, bei der die Größen Kondensatorladeenergie (Energie), Kraft, Spitzenstrom, Strom-Zeit-Integral, Aufsetzposition (Aufsetz) und Einsinken (Einsink) mit entsprechenden Grenzen in einem speziellen Fenster eingestellt werden können.

Dabei werden die Sollwerte von Energie und Kraft direkt aus dem Schweißprogramm entnommen. Die Grenzen sowie weiteren Werte sind entsprechend den Anforderungen zu ergänzen. Die Istwerte werden nach dem Schweißen automatisch über die Schweißsteuerung aus der Datenaufzeichnung entnommen und gespeichert. Das Einhalten der Grenzen wird visuell mittels Balkendiagramm dargestellt. Grenzüberschreitungen werden durch einen roten Balken visualisiert. Die Schweißung wird als n.i.O. deklariert und kann ausgesondert werden. Liegen die Werte in den Grenzen, erscheint der Balken grün. Zur Archivierung werden neben den Daten auch die Balken abgespeichert und können im Archiv der Prozessdaten erneut geöffnet werden.