Optimierung der gesamten Fertigungskette: Mit piezoelektrischer Messtechnik zum Erfolg

Aufgrund des globalen Wettbewerbs in der industriellen Fertigung werden die Anforderungen an Qualität und Präzision immer grösser. Zur Optimierung und Kontrolle der gesamten Fertigungskette hat sich die integrierte Überwachung von dynamischen Prozessen, insbesondere mithilfe piezoelektrischer Messtechnik, für viele produzierende Unternehmen als die effizienteste und wirtschaftlichste Lösung herausgestellt.

Bereits heute wird die Vision der Industrie 4.0 in vielen industriellen Anwendungen, wie in der Automobilindustrie, Medizintechnik oder Elektrotechnik, mit Erfolg umgesetzt. Die fortschreitende Digitalisierung und eine immer engere Vernetzung von Maschinen und Systemen führen zu einer bisher nie dagewesenen Optimierung sämtlicher Produktionsprozesse. Insbesondere die konsequente Kontrolle der Fertigungskette mit dem Ziel der Null-Fehler-Produktion ist für moderne Produktionsbetriebe unerlässlich, um am Markt der Zukunft bestehen zu können.

Während Produkte noch vor wenigen Jahren fast ausschliesslich „off-line“, also nach dem eigentlichen Herstellungsprozess, geprüft wurden, wird die Herstellung von Produkten heute immer öfter bereits während des Prozesses, also „in-line“, überwacht, um unnötigen Kosten vorzubeugen. Eine zentrale Basis für die Optimierung der Produktionsprozesse in Richtung Null-Fehler-Produktion bei Füge-, Montage- und Prüfprozessen bildet die auf dem piezoelektrischen Prinzip beruhende Messtechnik, die sich für die Messung physikalischer Grössen wie Kraft, Druck, Beschleunigung und Drehmoment besonders gut eignet.

Grundlagen des piezoelektrischen Sensors

Physikalische Grundlage für die Anwendung solcher Sensoren bildet der sogenannte piezoelektrische Effekt, der im Jahr 1880 von Pierre und Jacques Curie entdeckt wurde: Piezoelektrische Materialien erzeugen bei mechanischer Belastung (griechisch "pie-zein": drücken) elektrische Ladungen. Ein wichtiger Schritt hin zur Anwendung des piezoelektrischen Effekts erfolgte mit der Patentierung des Ladungsverstärkers für piezoelektrische Signale durch Walter P. Kistler im Jahr 1950.

Die XY-Monitore maXYmos können die Qualität eines Produktes oder Fertigungsschrittes anhand eines Kurvenverlaufs überwachen und bewerten. Mithilfe von Bewertungselementen passt der Anwender die Kurvenauswertung an die individuelle Überwachungsaufgabe an.

Platzsparende, kompakte Bauweise der Kleinkraftsensoren für optimale Integration ins Maschinendesign.

Mit seinem besonders geringen Durchmesser von nur 8 mm ergänzt der Messdübel die breite Palette an Kistler Dehnungssensoren geradezu perfekt.

Mit dem Quarzkristall lässt sich der piezoelektrische Effekt besonders gut nutzbar machen: Es erzeugt bei mechanischer Belastung ein Ladungssignal, das direkt proportional ist zur einwirkenden Kraft.

Abhängig von der Einbausituation stehen verschiedene Sensoren zur Verfügung, die eine optimale Produktionsüberwachung ermöglichen: 1. Direkte Messung (Die gesamte Prozesskraft geht durch den Sensor), 2. Indirekte Messung (Ein kleiner Teil der Kraft geht durch den Sensor), 3. Nebenschluss-Messung (Kraft wird indirekt über die Aufbiegung des C-Gestells gemessen)