Optimierte Energie- und Datenübertragung über Schleifringe

Hirschmann MCS ist Spezialist für Automatisierungs- und Netzwerktechnologie und stellt Bauteile für Netzwerkinfrastruktur, Verbindungstechnik, mobile Steuerungen und Sensorik her. Die gefertigten Produkte kommen in der Fabrikautomatisierung, der Prozesssteuerung sowie im Transport und Maschinenbau zum Einsatz.

Der nachhaltige Umgang mit Ressourcen ist fest in der Unternehmenskultur verankert. Der Fokus von Hirschmann MCS liegt auf den in den Produkten verarbeiteten Rohstoffen, insbesondere vor dem Hintergrund des Dodd-Frank-Act zu Konflikt-Edelmetallen. Im Rahmen der Analyse wurde bei der in Sensoren verbauten Produktteilkomponente „Schleifring“ festgestellt, dass die Verarbeitung von Gold als Kontaktmaterial in den herkömmlichen Dimensionen heute nicht mehr zeitgemäß ist. Da die Sensoren in großen Stückzahlen verbaut werden und des Weiteren als Ersatzteile geliefert werden, wurde einem Projektteam die Aufgabe gestellt, Lösungen zur Minimierung oder Substitution von Gold als Kontaktmaterial zu erarbeiten.

In Innovationsworkshops wurden mit Brainstorming-Methoden Ideen gesammelt und nachfolgend strukturiert auf ihre Potenziale untersucht. Die drei besten Ideen wurden herangezogen und in einem Test umgesetzt. Durch die Anwendung von KVP- und LEAN Methoden – wie SixSigma und Shop-Floor-Management – lieferten die Tests und Analysen innerhalb der geplanten Zeit ein optimales Ergebnis.

Das gesamte Projekt wurde inhouse umgesetzt. Während der Testphasen wurde nachhaltiges Wissen bezüglich der Entwicklung und Anwendung von Analyse- und Testmethoden, Galvanisierungstechnologien sowie konstruktiver Verbesserungsprozesse aufgebaut.

Durch eine Konstruktionsänderung konnte eine optimierte Teilbeschichtung des Schleifrings erreicht werden. Im gleichen Zug wurden die Galvanikprozesse verbessert. Ein weiterer positiver Effekt waren Materialeinsparungen.

Um die Material- und Produkteigenschaften vollständig analysieren zu können, mussten bei der Umsetzung für das Forschungsprogramm zunächst Messreihen mit unterschiedlichsten Schleifringkonfigurationen durchgeführt werden. Zur Aufzeichnung und Überwachung der Messungen ist ein vollautomatisierter Aufbau entwickelt worden.

Durch die Teilgalvanisierung, bei der weniger Fläche beschichtet wird, konnten bei den Federkontakten 70 % weniger und bei den Schleifringen 60 % weniger Gold verwendet werden. Es wurde eine Schichtdickenreduzierung für die verbleibenden beschichteten Flächen vorgenommen. Die eingeleiteten Maßnahmen amortisierten sich damit innerhalb eines Jahres.

Umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsleistungen haben die Materialoptimierungen ermöglicht und letztlich zu einer vollständigen Neukonstruktion des Produktes sowie der mit ihm verbundenen Produktionsprozesse geführt.

Die Tests zeigten folgende Ergebnisse:

1. Nur Gold als Kontaktmaterial erfüllt elektrisch, mechanisch und thermisch die Qualitätsanforderungen bezüglich Übertragungs- und Langzeitstabilität.
2. Die Teilgalvanisierung des Schleifrings und der Kontaktfeder haben keine Auswirkungen auf die elektrischen, mechanischen und thermischen Qualitätsparameter.
3. Die Tests ergaben, dass eine Reduzierung der Goldbeschichtung keine Auswirkungen auf die Soll-Lebenszeit hat und damit ein dreifacher Sicherheitspuffer vorhanden ist.

Hirschmann Mobile Machine Control Solutions (MCS) ist eine Business Unit der Firma Hirschmann Automation and Control GmbH und ein Unternehmen des amerikanischen Konzerns Belden Inc. Unter den Markennamen Belden®, GarrettCom®, Hirschmann™ und Lumberg Automation™ vertreibt der weltweit agierende Konzern ein kombiniertes Produktportfolio aus Datenkabeln, Steckverbindern, I/O-Modulen, Netzwerkausrüstungen und Systemen für mobile Automation.

Hirschmann MCS ist Weltmarktführer im Bereich Lastmomentbegrenzung für Krane und Spezialist für robuste und innovative Steuerungen in mobilen Arbeitsmaschinen. Das Unternehmen setzt als einer der führenden Systemanbieter Maßstäbe im Bereich innovativer Automatisierungsplattformen für mobile Anwendungen in rauen Umgebungen.

Die Business Unit Hirschmann MCS produziert, entwickelt und optimiert an drei Standorten in Deutschland, USA und China mit ca. 450 Mitarbeitern ihre Produkt- und Systemlösungen. Die Aufgaben umfassen Konstruktion, Software- und Hardwareentwicklung in den Bereichen Sensorik, Steuerungen und Konsolen (HMI) für mobile Maschinen und Anwendungen.