Qualitätskontrolle bei der Motorlaminierung: SPC für das Pressen der Laminate und die Stapelabmessungen

A geprägte Laminierung kann zwar alle angegebenen Maße einhalten und dennoch ein minderwertiges Stapelprodukt liefern.

Die Bohrung verschiebt sich nach dem Einrasten. Die Stapelhöhe variiert von Charge zu Charge. Auf einer Bandbahn bilden sich schneller Grate als auf der anderen. Die Zahnbreite liegt zwar innerhalb der Toleranz, weicht jedoch seit Stunden ab.

Bei der Endkontrolle wird ein Bauteil geprüft. Die statistische Prozesskontrolle sollte den Prozess betrachten, in dem es hergestellt wurde: Coil, Bandzuführung, Stanzwerkzeug, Einzellaminierung, Fügevorgang und fertiger Stapel.

Ein sinnvoller SPC-Plan verbindet diese Phasen miteinander. Ein umfangreicher Prüfplan leistet dies nicht automatisch. Manchmal führt er lediglich zu noch mehr Zahlen.

Welche Dimensionen sollten kontrolliert werden?

Steuern Sie vier Merkmalsgruppen:

• Materialaufwand: Blechdicke, Beschichtungszustand und Bandbreite
• Funktionale Geometrie: Bohrungs- oder Außendurchmesser, Zahnbreite, Schlitzöffnung, Schlitzposition, Teilung, Konzentrizität und Rundlaufabweichung
• Indikatoren für den Zustand der Werkzeuge: Gratehöhe, Kantenprofil, Vorschubverlauf und ausgewählte stempelabhängige Maße
• Stapel-Ergebnisse: Höhe unter einer definierten Belastung, Parallelität der Stirnflächen, Rundlauf der Bohrung oder des Außendurchmessers, Schrägstellung und Verriegelungszustand

Ein Maß gehört zur routinemäßigen SPC, wenn es die Produktfunktion vorhersagt, Werkzeugverschleiß aufzeigt, ein Problem beim Vorschub oder in der Kavität identifiziert, sich beim Stapeln ansammelt oder hohe Ausfallkosten verursacht.

Warum gute Laminierungen zu einem schlechten Stapel führen können

Ein Stapel ergibt sich nicht lediglich aus der Blattdicke multipliziert mit der Anzahl der Lagen.

H_stack = Summe(t_i + c_i + b_i + e_i) – compression_set

Wo:

• t_i = Dicke der Grundplatte
• c_i = effektiver Beschichtungsbeitrag
• b_i = Beitrag durch Grate oder Kantenkontakt
• e_i = Verbindungs- oder Verriegelungsverformung
• compression_set = durch die angegebene Last abgetragene Höhe

Dies ist keine Konstruktionsgleichung. Es soll lediglich daran erinnern, dass eine konstante Blechdicke keine konstante Stapelhöhe garantiert.

Durch das Stanzen verändert sich der Schnittkantenbereich aufgrund von Verformung, Eigenspannungen, Bruchbildung und Gratbildung. Grate können die Isolierung beschädigen oder beim Zusammendrücken des Stapels zu einem Kontakt zwischen benachbarten Blechen führen. Daher sind Grate nicht nur ein optischer Mangel, sondern auch eine Prozessvariable.

Checkliste für die SPC bei der Motorlaminierung

Hierbei handelt es sich um eine Architektur, nicht um einen universellen Kontrollplan. Verbundene, ineinandergreifende und verschweißte Stapel weisen nicht auf genau dieselbe Weise Abweichungen auf.

Universal-Fräsernummern dürfen nicht kopiert werden

“Die Grate müssen stets unter 10 Mikrometer liegen” – das klingt sinnvoll. Für das Produkt, das Sie gerade vor sich haben, könnte dies jedoch falsch sein.

Der zulässige Grenzwert hängt von der Blechdicke, der Werkstoffsorte, der Beschichtung, der Gratrichtung, der Kantenlage, der Stapelkompression, der Fügeart, der elektrischen Überprüfung, den Kundenanforderungen und der Messmethode ab.

Verwenden Sie zwei Grenzwerte, wenn das Risiko dies rechtfertigt:

1. Produktbeschränkung: die Zeichnungs- oder validierte Abnahmegrenze.
2. Wartungsauslöser: ein niedrigerer interner Schwellenwert, bei dessen Erreichen die Werkzeugprüfung vor dem Ausschuss beginnt.

Ein Werk könnte den Wartungsauslöser nach Auswertung seiner eigenen Daten zur Standzeit der Werkzeuge auf 60% bis 80% der Produktgrenze festlegen. Dies ist ein Beispiel für eine Richtlinie, keine branchenweite Vorschrift.

Standards nutzen, ohne dass sie die technische Arbeit ersetzen

Die Normenreihe ISO 22514 enthält Methoden zur Prozessfähigkeit, zur Leistungsfähigkeit und zur Messprozessfähigkeit. Die aktuelle Ausgabe der ISO 22514-2 befasst sich mit kontinuierlichen Merkmalen; die ISO 22514-7 befasst sich mit der Frage, ob ein Messprozess für eine definierte Aufgabe geeignet ist.

Die Normenreihe IEC 60404 befasst sich mit Elektrostahlwerkstoffen, Prüfungen der magnetischen Eigenschaften, Güteklassen, geometrischen Merkmalen und Prüfvorschriften. Die Norm IEC 60404-8-4 beispielsweise gilt für vollständig verarbeiteten, kaltgewalzten, nicht orientierten Elektrostahl in festgelegten Nenndicken. Sie ersetzt weder die fertige Lamellenzeichnung noch die validierte Stapelspezifikation.

Normen legen Methoden und Begriffe fest. Die Zeichnung definiert die Abnahmebedingungen. Der Kontrollplan legt fest, wie frühzeitig Maßnahmen ergriffen werden müssen.

Den Stichprobenplan anhand von Prozessereignissen erstellen

Führen Sie nach jeder Werkzeugeinrichtung, Werkzeugwartung, Spulenwechsel, Neuführung des Bandes, einer Pressblockade, einer Zufuhreinstellung, einer Stapler-Einstellung, einem Verbindungswechsel oder einer Überarbeitung des Dickenprogramms eine Überprüfung durch. Jedes dieser Ereignisse kann einen neuen Prozesszustand bewirken.

Bei der Massenprägung sind drei bis fünf aufeinanderfolgende Laminierungen oft eine sinnvolle Ausgangsuntergruppe. Diese sollten aus demselben kurzen Zeitraum, derselben Bahn, derselben Formkammer und denselben Prozessbedingungen stammen. Bilden Sie keine Untergruppe aus dem Anfang, der Mitte und dem Ende einer Schicht, da dadurch zeitliche Schwankungen in einem Bereich zusammengefasst werden.

Fügen Sie ereignis- oder zeitbasierte Prüfungen hinzu. Legen Sie das Intervall anhand der Lebensdauerhistorie des Werkzeugs, der Pressgeschwindigkeit, der Toleranz, der bisherigen Abweichungsrate, der Messzeit, der Kosten für die Eindämmung und der Schwere der Ausbreitung fest. “Alle zwei Stunden” könnte richtig sein. Die Historie sollte erklären, warum.

Trennen Sie die Einzelteil- und Stapelprobenahme voneinander. Die Einzelteildaten geben Aufschluss über das Verhalten von Stanzwerkzeug und Zuführung. Die Stapeldaten geben Aufschluss über Ansammlung, Zusammenfügen, Kompression und Indexierung. Verknüpfen Sie beide nach Spule, Bahn, Kavität, Schlagbereich, Stapler und Charge.

Wählen Sie das Diagramm aus, das zu den Daten passt

Verwenden Sie ein Xbar-R-Diagramm wenn mehrere aufeinanderfolgende Werte als Untergruppe gemessen werden können. Dies eignet sich häufig für Zahnbreite, Bohrungsdurchmesser, Schlitzöffnung, Dicke und wiederkehrende Stapelhöhe.

Verwenden Sie ein I-MR-Diagramm wenn in jedem Intervall nur ein Ergebnis aussagekräftig ist, wie beispielsweise bei der Messung des Gratprofils, des Rundlaufs des gesamten Stapels, der Schräglagenmessung, einer zerstörenden Prüfung oder bei einem Stapel mit geringer Stückzahl.

Verwenden Sie ein Attributtabelle für Stückzahlen oder Anteile, wie z. B. fehlende Verriegelungen, Beschädigungen der Beschichtung oder aussortierte Stapel.

Fassen Sie Streifenbahnen, Kavitäten, Matrizen oder Stapler nicht in einer einzigen Tabelle zusammen, nur weil die Teile dieselbe Zeichnungsnummer haben. Eine Tabelle sollte einen Prozessablauf darstellen. In der Regel.

Überprüfen Sie zunächst den Messvorgang

Messrauschen kann wie eine Prozessschwankung aussehen.

Legen Sie vor der Erfassung der Basisdaten das Bezugssystem, die Halterung, die Kraft, die Stützpunkte, die Temperaturbedingungen, die Regeln für die optische Kantenmessung, die Richtung der Gratverfolgung, die Stapelpresskraft, die Verweilzeit, die Bedienungsmethode und die Auflösung des Messgeräts fest.

Ein Ergebnis zur Stapelhöhe ohne Angabe der Belastung ist unvollständig. Ein Messwert für Grate ohne festgelegte Position lässt sich nur schwer vergleichen. Ein optisches Programm mit wechselnden Kantenschwellenwerten stellt keinen stabilen Messprozess dar.

Leistungsformeln im Klartext

Berechnen Sie die Leistungsfähigkeit erst, wenn der Prozess ausreichend stabil ist.

Cp = (USL – LSL) / (6 * sigma_within)

Cpk = min(
  (USL – Mittelwert) / (3 * sigma_within),
  (Mittelwert – LSL) / (3 * sigma_within)
)

Pp = (USL – LSL) / (6 * sigma_overall)

Ppk = min(
  (USL – Mittelwert) / (3 * sigma_overall),
  (Mittelwert – LSL) / (3 * sigma_overall)
)

USL und LSL sind die Grenzwerte der Spezifikation. sigma_within schätzt kurzfristige Schwankungen. sigma_overall beinhaltet Schwankungen innerhalb des ausgewählten Zeitraums.

Beispiel: Zahnbreite

Die folgenden Abbildungen dienen lediglich als Anschauungsbeispiel.

Nennwert = 5,000 mm
LSL = 4,960 mm
USL = 5,040 mm
Mittelwert = 5,014 mm
sigma_innerhalb = 0,006 mm

Cp = (5,040 – 4,960) / (6 * 0,006)
Cp = 2,22

Oberer Cpk = (5,040 – 5,014) / (3 * 0,006) = 1,44
Unterer Cpk-Wert = (5,014 – 4,960) / (3 * 0,006) = 3,00

Cpk = min(1,44, 3,00)
Cpk = 1,44

Der Cp-Wert ist hoch, da die Streuung relativ gering ist. Der Cpk-Wert ist niedriger, da der Prozess in Richtung der Obergrenze verschoben ist. Überprüfen Sie vor der Einstellung der Matrize die Kontrollkarte, die Spur, die Kavität, die Messstabilität sowie die jüngsten Werkzeugereignisse.

Beispiel: Zusammengeführte Daten können ein Problem verschleiern

Betrachten wir einen zweispurigen Streifen mit hypothetischen Durchschnittswerten für die Zahnbreite:

Der kombinierte Mittelwert sieht ideal aus. Keine der beiden Fahrspuren verhält sich jedoch ideal.

Unterschiedliche Diagramme können auf unterschiedliche Verschleiß-, Ausrichtungs- oder Spielzustände hindeuten. Die gleiche Verzerrung tritt auf, wenn Daten aus mehreren Kammern oder Staplern zusammengefasst werden.

Reaktionsplan für ein außer Kontrolle geratenes Signal

1. Enthält Material aus der letzten bestätigten ordnungsgemäßen Prüfung.
2. Überprüfen Sie das Signal mit dem festgelegten Messgerät und der festgelegten Methode.
3. Geben Sie die Spule, die Bahn, die Kavität, den Trefferbereich, die Presse, den Stapler und die Charge an.
4. Überprüfen Sie die miteinander verbundenen Merkmale; vergleichen Sie beispielsweise die Grate mit der Schlitzgröße und dem Kantenprofil.
5. Überprüfen Sie die möglichen Ursachen: Zuführung, Führungsstift, Stempel, Matrizenabstand, Abzieher, Halterung, Verriegelungsstation oder Fügeeinstellungen.
6. Beheben Sie die Ursache und überprüfen Sie die nachfolgenden konformen Teilgruppen.
7. Das enthaltene Material nach einer dokumentierten Regel freigeben oder sortieren.
8. Halten Sie die Ursache, die ergriffenen Maßnahmen und den bestätigten Neustartpunkt fest.

Berechnen Sie die Kontrollgrenzen nicht neu, nur weil ein Messwert eine Grenze überschritten hat. Passen Sie sie erst nach einer tatsächlichen, nachvollziehbaren Prozessänderung an.

Was Käufer bei einem Anbieter von Laminier- und Prägeverfahren beachten sollten

Fragen Sie nach mehr als einem Cpk-Wert:

• Daten zur Fahrspur- und Hohlraumtrennung
• Nachweis durch Messsysteme für die Prüfung von Bohrungen, Zähnen, Graten und Stapeln
• Genaue Stapelhöhe, Verweilzeit und Befestigungsmethode
• Burr-Karten und Auslöser für die Werkzeugwartung
• Rückverfolgbarkeit vom Coil über die Laminiercharge bis zum Stapel
• Regeln für Reaktionen, Eindämmung und Prozessänderungen
• Nachweis dafür, dass Datensätze auf Artikel- und Stapelebene miteinander verknüpft sind

Ein grünes Dashboard reicht nicht aus. Entscheidend ist die Prozessidentität, die hinter jeder Zahl steht.

FAQ

Was sind die wichtigsten SPC-Maße für Motorlamellen?

Beginnen Sie mit der Blechdicke, der Bohrung oder dem Außendurchmesser, der Zahnbreite, der Schlitzöffnung und deren Lage, dem Rundlauf, der Grat Höhe, der Ebenheit, der Verzahnungsgeometrie, der Stapelhöhe, der Parallelität der Stirnflächen und der Schrägstellung. Passen Sie die Liste an die Ausfallarten des Produkts an.

Sollte für jede Maßangabe in einer Zeichnung eine Kontrollkarte erstellt werden?

Nein. Für manche Maße ist lediglich eine Freigabe bei der Einrichtung oder eine regelmäßige Prüfung erforderlich. Die routinemäßige SPC sollte sich auf funktionale Merkmale, Verschleißindikatoren, risikoreiche Maße und Merkmale konzentrieren, die sich im Stapel ansammeln.

Gibt es eine allgemeingültige Obergrenze für die Schleifhöhen?

Nein. Der zulässige Grenzwert sollte sich aus der Zeichnung, dem Beschichtungssystem, der Stapelkompression, der elektrischen Validierung, den Kundenanforderungen und der vereinbarten Messmethode ergeben.

Wie oft sollte die Fräserhöhe überprüft werden?

Überprüfen Sie die Anlage nach der Inbetriebnahme und Wartung sowie anschließend in Abständen, die sich nach der Anzahl der Stöße und der festgestellten Abnutzungsrate richten. Messen Sie festgelegte Stellen mit hohem Risiko und nicht einfach die Kante, die am leichtesten zu erreichen ist.

Warum kann die Stapelhöhe variieren, obwohl die Blechdicke konstant ist?

Beschichtung, Grate, Welligkeit, Fremdkörper, Verformung durch Verriegelung, Fügebedingungen, Teileanzahl, Druckverhalten, Messkraft und Verweilzeit können alle eine Rolle spielen.

Was ist wichtiger: Cp oder Cpk?

Der Cp-Wert gibt die potenzielle Leistungsfähigkeit auf der Grundlage der Streuung wieder. Der Cpk-Wert spiegelt zudem die Zentrierung wider. Ohne einen stabilen Prozess und eine geeignete Messmethode sind beide Werte nicht zuverlässig.

Kann eine gute SPC-Laminierung einen guten Motorkern garantieren?

Nein. Der fertige Stapel muss noch auf Höhe, Rundlauf, Parallelität, Schräglage, Verbindung, Isolationszustand sowie produktspezifische Leistungsprüfungen überprüft werden.

Eine praktische Regel

Überwachen Sie Maße, die Aufschluss über die Funktion geben. Erfassen Sie Messwerte, die Verschleißerscheinungen aufzeigen. Prüfen Sie den fertigen Stapel unter definierten Bedingungen.

Die Daten sollten nach ihrer tatsächlichen Quelle getrennt bleiben: Coil, Spur, Formnest, Werkzeug, Presse und Stapler.

Auf diese Weise erkennt SPC eine Prozessänderung, bevor bei der Endkontrolle ein fehlerhafter Stapel festgestellt werden muss.

Eine Überprüfung der SPC-Laminierung beantragen

Für eine aussagekräftige Prüfung der Herstellbarkeit oder eine aussagekräftige Angebotsprüfung legen Sie bitte die Laminierungs- und Schichtstapelzeichnungen, die Materialgüte und -dicke, die Beschichtung, das Jahresvolumen, das Fügeverfahren, die Belastungswerte für die Stapelhöhe, die Anforderungen an Gratfreiheit und Ebenheit, die Anforderungen an die Schräglage, die erforderlichen Fähigkeitsindizes sowie die Erwartungen hinsichtlich der Rückverfolgbarkeit vor.

Ein Angebot wird genauer, wenn die Kontrollmethode bereits bei der Definition des Teils festgelegt wird und nicht erst nach Produktionsbeginn hinzugefügt wird.