Erfolgreich bei BMW im Einsatz 23.11.2021, 07:30 Uhr

Positionserkennung: Garant für hohe Qualität in der Motoren-Manufaktur

Wenn es wie in der Automobilindustrie auf die perfekte Lage jedes Einzelteils ankommt, sind besonders fortschrittliche Assistenzsysteme gefragt, die den Werker wirkungsvoll entlasten können.

In der Motoren-Manufaktur von BMW sorgt ein Positionserkennungssystem für perfekte Qualität: Beim Einlegen der Lagerschalen in das Kurbelwellengehäuse wird damit die ideale Lage jedes Einzelteils sichergestellt und Mitarbeitende entlastet. Foto: Sarissa

In der Motoren-Manufaktur von BMW sorgt ein Positionserkennungssystem für perfekte Qualität: Beim Einlegen der Lagerschalen in das Kurbelwellengehäuse wird damit die ideale Lage jedes Einzelteils sichergestellt und Mitarbeitende entlastet.

Foto: Sarissa

Überall dort, wo Fehlervermeidung an erster Stelle steht, garantiert das „Local Positioning System“ (LPS) aus Weingarten den einwandfreien Ablauf von Fertigungsprozessen. Die Lösung bewährt sich mit Erfolg beim Einsatz in der „Motoren-Manufaktur“ der BMW Group im Werk München.

Wie lassen sich Fehler vermeiden, bevor sie passieren?

Das innovative Positionserkennungssystem „Sarissa PositionBox“ gewährleistet, dass Montageprozesse immer einwandfrei ablaufen – selbst wenn sie von den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in der Produktion stets ein sehr hohes Maß an Konzentra­tion abverlangen. In der Motoren-Manufaktur werden für die optimale Lagerung der Kurbelwelle unterschiedlich dicke Lagerschalen verwendet, welche jedoch optisch nur schwer zu unterscheiden sind.

Ein Mitarbeitender in der BMW-Motorenmanufaktur legt die Lagerschalen in das Kurbelwellengehäuse ein.

Foto: Sarissa

Deshalb wird mit dem System des Spezialisten für Werkerassistenzsysteme zu 100 % gewährleistet, dass die jeweilige Lagerschale stets ihre richtige Position findet. Die Lösung leistet somit eine wertvolle Unterstützung für den stets fehlerfreien Mon­tageprozess.

Der intelligente 3D-Koordinaten­sensor PositionBox ermittelt millimetergenaue Raumkoordinaten für die Qualitätssicherung und liefert ein zuverlässiges Feedback in Echtzeit. Fehler werden somit vermieden, bevor sie passieren. Alle Anwendungen, in denen die korrekte Position eines Einzelteils bestimmt werden soll, können somit reibungslos abgesichert werden. Diese Funktionsweise kommt in der Motorenmontage für Kleinserien der BMW Group in München seit 2017 erfolgreich zum Einsatz.

Durch das Einscannen des auf der Lagerschale aufgedruckten Codes mit dem Lesegerät bestimmt das System die Position der Lagerschale.

Foto: Sarissa

Zur Geschichte des LPS und seines Erfinders

Die Firma Sarissa betrat 2010 als Start-Up den Markt und stellte das Local Positioning System (LPS) zur Positionserkennung der Hände des Werkers vor. Das System wurde rasch um die Möglichkeit der Positionsbestimmung der Spitze von handgeführten Werkzeugen ausgeweitet. Die Entwickler verbesserten es im Laufe der Jahre kontinuierlich weiter – im Hinblick auf Genauigkeit, Nutzungsfreundlichkeit und individuelle Einsetzbarkeit. So können etwa Anwendungen in der Fließfertigung und an bewegten Werkstücken mühelos abgesichert werden. Besonders geeignet ist das System zur Qualitätssicherung, da die Positionserkennung in jeder Lage und unter jedem Winkel möglich ist. Weltweit ist das LPS in beinahe 800 Anwendungen – und mit teilweise kundenspezifischen Besonderheiten – im Einsatz. Dazu gehören die Branchen Automobilindustrie und deren Zulieferer, die allgemeine Industrie und seit einigen Jahren auch die Luft- und Raumfahrttechnik. In diesem sensiblen Segment wird das LPS zur millimeter­genauen Positionsüberwachung der Schraubtechnik sowie von elektrischen Bohrsystemen eingesetzt.

Montage bei BMW verwechslungssicher gestalten

Die BMW-Motoren für die Kleinserien werden in der Motoren-Manufaktur auf fahrbaren Werkstückträgern gebaut. Um die perfekten Lagerungen der Kurbelwellen für die Sechs- und Zwölfzylindermotoren gewährleisten zu können, müssen passend abgestimmte Lagerschalen an jedem Lagerstuhl verbaut werden. Dies setzt eine exakte Vermessung des jewei­ligen Lagerstuhls vor dem Einbau der Lagerschalen voraus. Anhand dieser Daten können die passenden Schalen mit der korrekten Dicke für die jeweilige Stelle im Lagerstuhl bestimmt werden.

Genau hier kann das Positionserkennungssystem seine Vorzüge ausspielen: Denn obwohl die Lagerschalen unterschiedlich sind, können sie von den Mitarbeitenden in der Produktion optisch fast nicht unterschieden werden, und Verwechslungen liegen immer im Bereich des Möglichen. Dies gilt es, mit einem Fehlervermeidungssystem während der Wertschöpfung zu verhindern.

Fehlmontagen werden zuverlässig ausgeschlossen

Das Local Positioning System gewährleistet Fehlerfreiheit und spart Kosten ein, da Abweichungen in der Produktion verhindert werden. Weil Genauigkeit und Präzision im Millimeterbereich liegt, eignet es sich für Anwendungen mit handgehaltenen Werkzeugen aller Art. Das System aus Weingarten ist unabhängig von Licht­quellen und hörbarem Schall. Dabei sind die lautlosen Ultraschallsignale, die ausgesendet werden, physiologisch unbedenklich.

Der Codeleser befindet sich in dieser Ansicht in der Induktions-Ladestation (mit Sarissa-Positionssender). Foto Sarissa

Sarissa hat bereits vor dem beschriebenen Projekt erfolgreich mit der BMW Group zusammengearbeitet und vielfäl­tiges Know-how aufgebaut. Das Ziel lautete: Absicherung von Prozessen mithilfe des Positionserkennungssystems. Für die Lagerschalenmontage in München ist somit eine spezifische Lösung entstanden, die „wie die Faust auf’s Auge passt“. Der Clou hierbei: In diesem Anwendungsfall bestimmt die Software von Sarissa nicht wie sonst üblich die Koordinaten der Werkzeugspitze, sondern die Koordinaten der Lagerschale. Eine unsichtbare „Tube“ zwischen dem Code-Leser mit Positionssender und dem QR-Code auf der Lagerschale macht es möglich, dass die Positionsdaten der Lagerschale im Motor ermittelt und an die Stationssteuerung übertragen werden.

Einscannen des auf der Lagerschale aufgedruckten DataMatrix-Codes mit dem Codeleser.

Foto: Sarissa

Doppelte Unterstützung durch den Spezialisten

Das moderne LPS unterstützt die Mitarbeitenden gleich zweifach – bei der Auswahl der richtigen Lagerschale und als Endkontrolle nach deren Montage. Dies gewährleistet eine Null-Fehler-Produk­tion, die besonders hohe Qualitätsansprüche erfüllt und Verwechslungen ausschließt. Wie funktioniert das?

Der Ablauf ist folgender: Die PositionBox bekommt von der SPS (speicherprogrammierbaren Steuerung) den aktuell in der Montagestation stehenden Motorentyp sowie die zu verbauenden Lagerklas­sifizierungen je Lagerstuhl übermittelt. Daraufhin sehen die Produktionsmitarbeitenden am Bildschirm anhand einer Visualisierung, welche Lagerschalen für den bestimmten Motortyp benötigt werden.

Die Software bestätigt dem Mitarbeitenden, dass alle Lagerschalen richtig montiert wurden.

Foto: Sarissa

Die mit einem DataMatrix-Code versehenen Lagerschalen werden von Hand an die dafür vorgesehenen Stellen im Lagerstuhl gelegt. Im speziellen Anwendungsfall bei der BMW Group kommt ein Code-Leser zum Einsatz, auf den ein Positionssender aufgebracht wurde. Die Produktionsmitarbeiterinnen und -mitarbeiter scannen den auf der Lagerschale aufgedruckten DataMatrix-Code mit dem Codeleser ein. Daraufhin sendet der Positionssender des Code-Lesers hochfrequente Ultraschallsignale in den Raum, die von einem Sarissa-Ultraschallempfänger empfangen werden.

Die PositionBox ermittelt anhand des QR-Codes – und nach Kommunikation mit der SPS – in Echtzeit, ob sich die richtige Lagerschale an der vorgeschriebenen Montageposition befindet. Obwohl sich der Werkzeugsender auf dem Codeleser befindet, bestimmt die Software aus Weingarten stets die XYZ-Position des QR-Codes und somit der Lagerschale (und nicht etwa die Position des Code-Lesers). Dabei ist es bedeutungslos, ob dieses Gerät während des Lesevorgangs in unterschiedlichen Winkeln – oder zum Beispiel von einem Rechts- oder Linkshänder – gehalten wird. Ein virtueller Pointer von beliebig einstellbarer Länge, mit einem fiktiven Code-Leser an seiner Spitze, ist besonders innovativ und in dieser Ausführung einzigartig.

Mühelose Korrektur von eventuellen Fehlern

Sollte eine Lagerschale versehentlich an der falschen Position montiert worden sein, wird der Motorblock direkt daran gehindert, die Arbeitsstation zu verlassen. Der Fehler wird am Bildschirm visua­lisiert und die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der Produktion können den Arbeitsschritt selbständig korrigieren. Nach der Korrektur bestätigt die Software am Bildschirm, dass alle Lagerschalen schließlich richtig montiert wurden.

Sollte eine Lagerschale an der falschen Position montiert worden sein, wird der Motorblock daran gehindert, die Arbeitsstation zu verlassen. Der Fehler wird am Bildschirm visualisiert und der Werker kann den Arbeitsschritt mühelos korrigieren.

Foto: Sarissa

Dank der einfach zu bedienenden Anwender-Software der PositionBox wird eine mögliche Fehlhandlung im Sinne von Poka-Yoke (ein japanisches Konzept der ständigen Qualitätsverbesserung durch Vermeidung unbeabsichtigter Fehler) wirkungsvoll verhindert. Die intelligente Sensorik des Systems leistet somit einen bedeutenden Beitrag zur Fertigungsqua­lität in der Automobilindustrie – und in diversen Branchen da­rüber hinaus.

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Von Volker Jauch

Dipl.-Ing. Volker Jauch ist Geschäftsführer der Sarissa GmbH in Weingarten.

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