Auf dem Prüfstand

Spezial Steuerungstechnik

Positionieren – Ein Prüfsystem für Dreh- und Druckschalter in Kraftfahrzeugen überprüft neben ihrer Funktion auch ihre Bedienung. Linearantriebe gewährleisten das schnelle Positionieren.

12. November 2009

Ein Schalter muss nicht nur funktionieren, er soll auch angenehm zu bedienen sein. Vor allem in Autos erwarten die Fahrer, dass sich die Bedienelemente berechenbar und mit vorgegebener Kraft betätigen lassen. Die Automobilindustrie fordert deshalb über die selbstverständliche Funktionsprüfung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften hinaus weitere Tests, welche die haptischen Eigenschaften abfragen. Die Hersteller geben in ihrer Leistungsbeschreibung genau vor, wie sich das Betätigen eines Dreh- oder Druckschalters, die häufig Nebelscheinwerfer, -schlussleuchten oder spezielle Zusatzfunktionen aktivieren, anfühlen soll.

Für Kfz-Lichtdrehschalter hat der in Schalksmühle bei Lüdenscheid ansässige Spezialist für Prüfsysteme Soma eine End-of-Line-Prüfstation entwickelt, die sowohl elektrische als auch haptische Eigenschaften von Lichtdrehschaltern für Kraftfahrzeuge testet. Die weitgehend selbstständig arbeitende Anlage ist als Zelle aufgebaut, die über ein Transfersystem mit dem Montagebereich verbunden ist. Insgesamt werden auf der Anlage 30 verschiedene Teilevarianten geprüft. Dabei beträgt die Taktzeitvorgabe pro Teil 16 Sekunden. Um dies zu erreichen, fahren die Werkstückträger nacheinander drei einzelne Prüfstationen an: Die erste ist für alle optischen Prüfungen vorgesehen. Die zweite Station deckt die Haptik-Prüfungen und Funktionstests von Drucktastern ab. Dazu verfährt das System ein Betätigungselement mit integriertem Kraftmesssystem über der zu prüfenden Taste. Zuständig für dessen punktgenaue Positionierung in X- und Y-Richtung sind zwei motorisierte Linearschlitten der Serie EZS von Oriental Motor, die mit bis zu 800 Millimetern pro Sekunde verfahren. Die Linearantriebe liefern eine Wiederholgenauigkeit von 0,02 Millimetern. Der eingesetzte Schrittmotorantrieb Alpha Step zeichnet sich durch schnelles Ansprechverhalten aus und vermeidet Fehlschritte durch die automatische Aktivierung des geschlossenen Regelkreises. Die Umsetzung der Antriebsenergie durch eine gerollte Kugelumlaufspindel ermöglicht kurze Positionierzeiten von durchschnittlich 0,19 Sekunden.

DRL für die Z-Achse

Um die Taste selbst zu betätigen, also eine Bewegung in Z-Richtung auszuführen, verwendet Soma den DRL-Linearaktuator, der ebenfalls von Oriental Motor stammt. DRL ist ein kompakter Positionierantrieb mit gerollter oder geschliffener Kugelumlaufspindel. Hierbei wird der Verlauf der Betätigungskraft wegabhängig ermittelt und anschließend bewertet. Zur synchronen Aufnahme des Betätigungsweges ist die Betätigungseinheit mit einem inkremetalen Wegmesssystem ausgerüstet. Die bestromten Prüflinge werden mit einer definierten Geschwindigkeit betätigt und dabei die benötigte Kraft über den Weg aufgezeichnet. Abhängig von diesem Weg lassen sich die Schaltpunkte ermitteln.

Die dritte Station prüft das haptische Verhalten der Drehknöpfe. Die Einheit verfügt dazu über zwei separate Betätigungselemente mit unterschiedlichen Drehmoment-Messsystemen und Prüflings-Adaptierungen. Die stärkere Einheit dient zur Prüfung eines großen Knaufs, die andere prüft die kleineren Drehknöpfe. Auch an dieser Station verfahren die Betätigungselemente in X und YRichtung mit den EZS-Linearschlitten, und der Drehkopf wird mit dem DRL-Aktuator in ZRichtung adaptiert. Die Drehelemente werden dann mit definierter Winkelgeschwindigkeit betätigt und in dem jeweils benötigten Winkel gedreht. Als Antrieb der Rotationsachse dient der Mikroschrittantrieb Alpha Step. Bei großen Drehelementen beträgt die Drehung 90 Grad, Encoderräder prüft das System auch bis 360 Grad. Hierbei wird das Drehmoment über den Drehwinkel aufgezeichnet. Zur synchronen Aufnahme des Drehwinkels ist die Rotationseinheit mit einem zusätzlichen Inkremental-Encoder ausgerüstet. Die für gut befundenen Teile kennzeichnet die Druckerstation der End-of-Line-Testzelle mit weißer Tinte. Hierzu wird der Prüfling vom Werkstückträger entnommen, geschwenkt und mit konstanter Geschwindigkeit am Druckkopf vorbeigeführt. Für die zweiachsigen Bewegungen sind auch hier die EZS-Schlitten zuständig.

Die Testzelle am Ende der Montagestrecke muss möglichst kompakt aufgebaut sein. Weil die Gesamtlänge der Führung lediglich 209 Millimeter zusätzlich zum Hub beträgt, sparen die EZS-Schlitten Platz bei der Konstruktion. Die Antriebe können dabei direkt an den Aufbau installiert werden. Zum Gesamtpaket der Prüfstationen gehört daneben auch die entsprechende Software der Prüftechnikspezialisten. Die Ansteuerung der Aktoren, die Varianten der Schalter sowie das Anfahren der Prüfstationen muss in der SPS kombiniert werden.

Gunnar Siebel, Oriental Motor/aru

Fakten

- Die Oriental Motor (Europa) GmbH in Düsseldorf ist die europäische Zentrale der japanischen Oriental Motor Co. Ltd. mit Sitz in Tokio.

- Das Unternehmen besitzt mehr als 120 Jahre Erfahrung mit elektrischen leinmotoren. Es bietet mehr als 5.000 Produktlösungen aus den Bereichen Asynchronmotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Schrittmotor- und Linearantriebe und Lüfter an.

Erschienen in Ausgabe: 08/2009