Rauheitsmessung Gasfeder.

Ausgabe 03 | 2023

Reibungsverhalten von Oberflächen erfassen

OptoSurf GmbH

ZF Friedrichshafen produziert unter anderem technologisch anspruchsvolle, elektronisch geregelte Stossdämpfer für Automobile und Schienenfahrzeuge. Die Oberflächenqualität dieser hochwertigen Produkte stellt das Messsystem OptoScan von OptoSurf sicher, das seine Stärken in der rauen Fertigungsumgebung nicht zuletzt durch die schnelle Messdatenerfassung eindrucksvoll ausspielt.

OptoScan bietet uns eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber Tastschnittgeräten: Zu nennen sind hier zuallererst das kontaktlose Messen sowie die schnelle Messdatenerfassung in weniger als fünf Sekunden, unterstreicht Mathias Balensiefer aus dem Advanced Process Development von ZF Friedrichshafen im nordrheinwestfälischen Werk Eitorf. «Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass das Messverfahren bei ZF bereits wohlbekannt ist. Last but not least überzeugen uns die Einsatzmöglichkeiten von OptoScan in einer rauen Fertigungsumgebung.»

Messmittel zur Qualitätssicherung
Mit dem von OptoSurf entwickelten Messsystem OptoScan lassen sich Gasfedern oder Stossdämpferstangen – bei denen die Reibung eine grosse Rolle spielt – in Sekunden messen. Funktionsuntersuchungen namhafter Automobilzulieferer bestätigen, dass der Rauheitskennwert Aq direkt das Reibverhalten widerspiegelt und Fertigungsprozesse damit optimiert werden können. Daher ist das Messsystem fest in der Fertigung als Messmittel zur Qualitätssicherung verankert.
Das Reibverhalten von mechanischen Komponenten hat in der modernen Fertigung eine grosse Bedeutung. Traditionell wird die Rauheit mit den Kennwerten Ra und Rz beschrieben. Diese erfassen aber nur die Höhenwerte und können keine Aussagen über die Funktion wie Reibung machen. Die Reibung wird im Wesentlichen über die Verteilung der Profilwinkel bestimmt. Viele steile Winkel erzeugen eine grössere Reibung als flache Winkel. Der Messparameter für die Profilwinkel ist der Rdq-Wert, der sich aber mit taktilen Tastschnittgeräten nur relativ unzuverlässig messen lässt. Dies liegt unter anderem daran, dass die Tastschnittprofile immer etwas verrauscht sind und deshalb eine Berechnung des Rdq-Wertes mit Unsicherheiten behaftet ist. Hier hat die optische Streulichtmethode den grossen Vorteil, dass sie die Profilewinkelverteilung direkt messen kann. Der aus der Streulichtverteilung gemessene Aq-Wert (Varianz der Verteilung) kann direkt mit dem Rdq-Wert verglichen werden mit dem Vorteil, dass er sehr viel stabiler ist.

Rauheit ohne Störsignale messen
Herzstück der Messvorrichtung ist der Streulichtsensor OS 500, der nach der VDA 2009 Richtlinie arbeitet und über ISO 17025 zertifizierte Normale auch rückführbar ist. Zu den Hauptanwendungen gehören neben der Rauheitsmessung von Oberflächen auch Form und Welligkeitsmessungen. Seine Stärke spielt der Sensor dort aus, wo zum Beispiel ganzflächige Messungen neue Möglichkeiten in der Prozessanalyse und Qualitätssicherung ermöglichen. Ein taktiles oder konfokales Messsystem erfasst hier nur einen winzigen Bruchteil der Funktionsfläche.
Aufgrund des optischen Winkelmessprinzips und der damit verbundenen Abstandsunempfindlichkeit des Streulichtsensors wirken sich kleine mechanische Ungenauigkeiten in der Bewegungsachse nicht aus, sodass Oberflächen mit sehr geringer Rauheit ohne Störsignale gemessen werden können. Diese Features beeindrucken auch bei ZF im Werk Eitorf: «Bei uns hat sich die OptoSurf Messtechnik absolut bewährt», zieht Mathias Balensiefer ein positives Fazit.

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