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Ein Gerät für beide Prüfungen Edgar Bender, Burster, Gernsbach und Michael Birmelin, Redaktionsbüro Stutensee

Qualitätstest von Schaltern und Tastaturen
Ein Gerät für beide Prüfungen Edgar Bender, Burster, Gernsbach und Michael Birmelin, Redaktionsbüro Stutensee

Um bei Schaltern und Tastaturen steigende Qualitätsansprüche einhalten zu können, sind bereits innerhalb der Fertigung entsprechende Prüfungen der Produkte notwendig. Zur Beurteilung sind die Messung der Kräfte und Wege sowie die Kontrolle elektrischer Eigenschaften maßgebend. Konventionelle oder auf bestimmte Anwendungen zugeschnittene Prüfsysteme erweisen sich hierbei meist als zu langsam oder treiben die Kosten in unwirtschaftliche Regionen. Wirtschaftliche Lösungen bieten Standardgeräte, die fast alle relevanten Schaltkriterien in einem Prüfvorgang aufnehmen und bewerten.

Das Standard-Schalterprüfgerät Digiswitch Typ 5410 von Burster ermöglicht wirtschaftliche und schnelle Qualitätstests. Mit einer Messrate von bis zu fünf Prüflingen pro Sekunde ist das Gerät besonders für Online-Prüfung in der Schalterfertigung geeignet. Mit der gleichzeitigen Erfassung von Kraft, Weg und Schaltereignis nimmt das Gerät die komplette Schaltcharakteristik auf. Zu diesem Zweck werden an das System unterschiedliche Sensoren angeschlossen. Das können für die Kraftmessung z.B. Dehnungs-Messstreifen (DMS) oder Piezokraftsensoren sein, für die Wegmessung sind Potentiometer, DC/DC-Sensoren, Prozesssignale, inkrementale Sensoren sowie LVDT- und Differenzialdrossel-Wegsensoren möglich.

Beim Prüfvorgang werden alle Werte, wie Vorlauf- und Differenzweg, Schaltpunkt und Nachlaufweg aufgenommen, wobei gleichzeitig die Schaltbetätigungskraft und die Rückstellkräfte ermittelt werden. Das Besondere bei der Prüfung: Parallel zur Kraft-/Weg-Prüfung kann zeitgleich durch ein weiteres Ereignissignal, beispielsweise von einem Gerät zur Prüfung des Kontakt- und Isolationswiderstandes, die Schalterprüfung ergänzt werden. Die Schalter werden nach den gültigen DIN-Vorschriften (DIN 41635, DIN 41636) geprüft.
Erfassung und Bewertung in 200 ms
An Hand der aufgenommenen spezifischen Merkmale kann nun der geprüfte Schalter direkt bewertet werden. Dazu wird an den markanten Stellen jeweils ein Toleranzfenster mit vorgegebenen Grenzwerten gesetzt. In einem Zusatzfeld auf dem 120 x 88 mm großen LC-Display wird neben der Grafik die Bewertung jedes Toleranzfensters angezeigt. Nur wenn an allen spezifischen Punkten die vorgegebenen Grenzwerte eingehalten wurden, wird der Schalter als „in Ordnung“ bewertet. Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) erhält ein IO-, anderenfalls ein NIO-Signal. Die Erfassung der Schaltercharakteristik einschließlich Bewertung dauert im Idealfall nur 200 ms.
Die Eingabe der Parameter ist menügeführt am Gerät ebenso möglich wie online über einen PC. Insgesamt können 32 prüflingsspezifische Parametersätze gespeichert werden. Dadurch kann auch bei kleinen Losgrößen, bzw. beim Wechsel der Fertigung von einer zur nächsten Schalterbaureihe, schnell auf die neuen einzuhaltenden Prüf- und Qualitätsmerkmale umgestellt werden. Die genaue Abstimmung der einzelnen Prüfkomponenten, wie beispielsweise der Ablauf des gesamten Prüfvorganges oder das Betätigen des Schalters, Messen der charakteristischen Merkmale, Auswerten usw. übernimmt eine SPS. Werte wie IO, NIO, Fehler und Grenzkraft werden während der Prüfung an die SPS übertragen, die dann entsprechend in den Fertigungsablauf eingreift. Die erfassten Messkurven lassen sich über eine RS232-Schnittstelle in den PC übertragen und speichern. Dort kann der Anwender mit Digicontrol, einer unter Windows 95, 98, 2000, NT und XP lauffähigen Software, die Kurven exakt vermessen. Messdaten sowie Diagramme werden so angezeigt, dass auch einzelne Ereignisse detailliert betrachtet werden können.
Eine Weiterverarbeitung der Messergebnisse ist über eine Excel-Tabelle oder die Überführung in ein qs-Stat-System möglich. Dabei handelt es sich um ein Programm zur Auswertung von Qualitätsdaten, die in einem festgelegten Datenformat übertragen werden. Dieses Plug-in hat die Aufgabe, die von Digicontrol erzeugten Messdaten in Rohdaten zusammenzufassen. Die Rohdaten werden in einer Beschreibungs- und einer Wertedatei abgelegt. Diese können auch später mit dem qs-Stat geöffnet und editiert werden.
Prüfung an Mikroschaltern
An folgenden Anwenderbeispielen soll der praktische Einsatz von Digiswitch verdeutlicht werden: Ein bayrischer Mikroschalter-Hersteller beispielsweise überprüfte seine Schalter – insbesondere Mikroschalter – in der Fertigungsanlage mit einer speziellen dafür zugeschnittenen PC-Lösung. Gekoppelt mit einem Kraftsensor und einem Messgerät wurden an einem Handmessplatz die Schalter getestet.
Da dies jedoch auf Dauer keine praktikable Lösung war, baute man mit dem Digiswitch 5410 eine neue Messapparatur auf, bestehend aus einem Kraft- und einem Wegsensor, die in den Handmessplatz integriert wurden. Gemessen und bewertet wurden dabei die Schaltkraft mit 2,12 N, der Vorlaufweg von 0,7 mm, die Rückschaltkraft mit 1,68 N, der Rückschaltweg mit 0,624 mm und der Differenzweg von 0,076 mm. Nach mehrfachen Prüfungen an Miniatur-Wechselschaltern überzeugten die gemessenen Werte durch eine sehr gute Übereinstimmung und sehr hohe Reproduzierbarkeit mit den Werten eines Referenzschalters.
In einer anderen Anwendung prüft ein Handy-Hersteller stichprobenartig Tastaturen für Mobiltelefone an einem gesonderten Messplatz. Dabei fährt ein X/Y-Tisch die zu prüfende Tastatur unter die Prüfapparatur. Diese besteht aus einem Pneumatikzylinder mit Kraft- und Wegsensoren, die an das Prüfgerät angeschlossen sind. Gesteuert wird die Apparatur über einen PC. Das Gerät überträgt die vorher festgelegten Messgrößen wie z.B.: Betätigungs-, Rückstell- und Kontaktkraft sowie das Schaltereignis (Kraft/Weg) an den PC.
Kraft-/Weg-Messung plus Ereigniserfassung
Bei Brose Schließsysteme dreht sich alles um Schließmechanismen jeglicher Art für Seitentüren, Heckklappen und Motorhauben von Fahrzeugen. Eine typische Messaufgabe besteht darin, den Kraft-/Wegverlauf einer Hebelbetätigung auszuwerten und zusätzlich noch ein Ereignis während der Betätigung zu erfassen. Am Beispiel einer Autotür wäre das die Betätigung des Türgriffes bis zum mechanischen Anschlag und die Bestimmung, wann und bei welcher Betätigungskraft die Tür geöffnet hat. Das Öffnen der Tür wird dabei durch einen Sensor erfasst und dem Ereigniseingang des Prüfsystems zugeführt. Bisher wurde für diese Messaufgabe im Wuppertaler Entwicklungszentrum ein reines Kraft-/Weg-Messgerät vom Typ Digiforce 9306 von Burster eingesetzt. Mit diesem Gerät waren jedoch typischerweise zwei Messvorgänge für diese Aufgabenstellung notwendig.
„Wir haben das Digiswitch 5410 anstelle des alten Systems in einer relativ kurzen Zeit an unserem Prüfplatz integriert“, erläutert Bernd Ketschau, Fertigungsplaner des Schließsystem-Bereiches. „Für uns war nicht die Bezeichnung „Schalterprüfgerät“ entscheidend, sondern das, was das Gerät letztendlich konnte. Die Möglichkeit, zusätzlich zu einem Kurvenverlauf ein Schaltereignis zu erfassen, macht den hohen Nutzen des Gerätes für uns aus.“ Hierbei ist es unerheblich, ob der Kurvenverlauf eine Kraft-/Weg-, eine Drehmoment-/Winkel-, eine magnetische Feldstärke-/Winkel-Funktion oder ähnliches ist. Auch für das Schaltereignis gilt, jedes Ereignis, das sich in ein elektrisches Signal umformen lässt, kann erfasst werden. „Diese hohe Flexibilität“, so Bernd Ketschau, „hat dazu geführt, dass mittlerweile eine Vielzahl unserer Messaufgaben mit diesem Gerät gelöst werden, auch wenn es nicht um Kraft-/Weg-Messungen geht.“
Productronica, Stand A2.176
EPP 511
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