Qualitätssicherung in der Produktion von Mountainbikes

Hochwertige Mountainbikes mit Rahmen aus Carbon sind in der Produktion sehr aufwändig. Je nach Modell besteht allein der Rahmen des Bikes aus bis zu 1.046 einzelnen Carbon-Zuschnitten, die in ihrer Form exakt auf die Belastungen der entsprechenden Rahmenabschnitte ausgelegt sind. Hier gibt es einen entsprechenden Einblick in die ROTWILD Carbon Fertigung.

Es vergehen über 60 Arbeitsstunden, bis der finale Rahmen hergestellt und lackiert ist. In der Produktion werden die einzelnen Arbeitsschritte von etwa 35 unterschiedlichen Spezialisten ausgeführt. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass der Qualitätssicherung im gesamten Herstellungsprozess eine besondere Bedeutung zukommt.

Der im Rahmenbau verwendete carbonfaserverstärkte Kunststoff (CFK) muss in Bezug auf Festigkeit, Steifigkeit, Optik und Gewicht höchsten Ansprüchen gerecht werden. Damit dies gelingt, ist eine lückenlose Qualitätskontrolle unerlässlich. Nur durch die vollständige Dokumentation aller Produktionsschritte kann das Produktions-Know-how weitergegeben und die Wiederholung von Fehlern vermieden werden.

Kontrolle der Rohmaterialien

Die Qualitätskontrolle beginnt bereits mit der Prüfung der eingesetzten Rohmaterialien und deren manueller oder maschineller Verarbeitung. Nur so können Rahmenteile entstehen, die alle Vorgaben aus der Konstruktion erfüllen und den berechneten Belastungen standhalten. Außerdem sorgt eine gewissenhafte Qualitätskontrolle in der Serienfertigung dafür, dass die Eigenschaften aller Rahmenbauteile gleich bleiben.

Die Eigenschaften von Rahmenteilen aus CFK-Material hängen stark von einer sorgfältigen Fertigung ab. Nachdem ein Bauteil fertiggestellt wurde, lassen sich mögliche Produktionsmängel wie fehlerhaftes Material oder unsaubere Ausrichtung der Carbonlagen nur noch mit extrem hohem Aufwand feststellen. Im Zuge der Qualitätskontrolle versucht man deshalb, Materialfehler und mangelhafte Teile so früh wie möglich aus dem Fertigungsprozess zu eliminieren.

Qualitätssicherung beim Rahmenbauer

Die Serienproduktion aller ROTWILD-Carbonrahmen erfolgt in einer der modernsten Fabriken Asiens. Für die Qualitätssicherung beim Bau des Rahmens ist eine Standard Operating Procedure (SOP) für jeden einzelnen Prozessschritt definiert. Diese umfasst die Kontrolle sämtlicher Werkstücke, Hilfsmittel, Betriebsstoffe und Arbeitsanweisungen. Die einzelnen Qualitätsprüfungen lassen sich in vier Schritte unterteilen:

  1. Wareneingangskontrolle der Rohstoffe, der vorgefertigten Rohmaterialien und der Einzel- und Anbauteile.
  2. Qualitätskontrollen zwischen den einzelnen Abteilungen: Verarbeitung der Rohteile, CNC-Bearbeitung, Oberflächenbearbeitung, Lackierung.
  3. Durchleuchtung per Röntgengerät.
  4. Mechanische Prüfung - Belastungstests.
  5. Abschließende Inspektion per Prüfprotokoll.

 

1. Wareneingangskontrolle

Einwandfreie Materialien sind die Voraussetzung für eine hohe Qualität des fertigen Produkts. In diesem Schritt wird deshalb kontrolliert, ob die verschiedenen Ausgangsmaterialien fehlerfrei sind und somit in der Produktion bedenkenlos eingesetzt werden können. Geprüft werden dabei: Carbon-Prepregs, Glasfasermatten, Harze, PU-Formteile, Styropor-Kerne, Metall-Inserts (Gewindeeinsätze, Rohlinge zur späteren CNC-Bearbeitung), Lager (Hinterbau, Steuersatz etc.), Verschraubungen (Norm- und Sonderteile), Inlays (Dropouts, Abdeckungen, sonstige Einlegeteile), Rahmenteile (Linkage), Rahmenschützer, Dekor- und Schutzfolien.

2. Qualitätskontrollen und prozessbegleitende Qualitätssicherung zwischen den einzelnen Abteilungen

Zuschnitt

Hochqualitative Bauteile erfordern einwandfreies Ausgangsmaterial. Deshalb erfolgt zuerst eine optische Kontrolle der einzelnen Carbonzuschnitte auf Fehlstellungen, Verzug der Fasern oder Schäden am Gewebe. Anschließend werden für die Dokumentation alle Zuschnitte zur entsprechend nummerierten Materialcharge zugeordnet. Zuletzt werden die maschinell erzeugten Zuschnitte mit den Vorgaben abgeglichen und die Materialcharge dem konkreten Bauteil zugeordnet.

 

Gelege

Für eine fehlerfreie Produktion sind die einzelnen Laminierschritte in einem Gelegeplan bildlich und schriftlich beschrieben. Zur Dokumentation erhält jeder Rahmen einen eindeutigen QR-Code.

 

Aushärten

Für diesen Arbeitsschritt definiert die Qualitätssicherung eindeutige Aushärtungsparameter. Diese gelten für den Anpressdruck auf die Formhälften und Werkzeuge, die Druckbeaufschlagung von Luftblasen im Inneren, den Temperaturverlauf und die Aushärtezeit.


Qualitätskontrolle nach Entformung (Rohteil)

In diesem Schritt wird sichergestellt, dass es bei den verwendeten Formen für die Rahmenteile und den Werkzeugen nicht zu Verwechslungen kommt. Es erfolgt eine Sichtprüfung des Rahmen-Rohlings mit einem besonderen Augenmerk auf: Harzanhäufung (Fasermangel), Falten im Gelege, Delamination, Verunreinigung (Partikel), Dellen, Löcher, Brüche, Beschädigungen infolge der Entformung, Zustand der Inserts (keine Verformung), Ausprägung der Hohlräume (fehlerhafte Innenbedruckung – Air Bladder), Zustand der Werkzeuge (Formhälften, Schieber). Um kleinste Produktionsfehler aufzuspüren, folgt die Bedruckung im Wasserbad. Hierbei wird der mit Luft gefüllte Rahmen-Rohling eingetaucht. Aufsteigende Luftblasen verraten mangelhaft verarbeitete Stellen.

CNC-Bearbeitung

Verschiedene Rahmenteile werden in der Produktion mit CNC-Fräsen bearbeitet. Eine exakte Beschreibung der Bearbeitungsschritte je Teil, die Auflistung der zu verwendenden CAM-Programme und die Definition der Fräser und Kühlmittel garantieren eine hohe Produktqualität. Nach jedem Bearbeitungsschritt werden die bearbeiteten Flächen mit Hilfe von Messwerkzeugen und Prüflehren stichprobenartig kontrolliert und so die Prozessparameter validiert.

Verkleben

Für das Verkleben der Rahmenteile sind die zu verwendenden Bauteile exakt definiert. Gleiches gilt für die eingesetzten Reinigungsmittel, Klebstoffe etc. Durch die genaue Dokumentation der einzelnen Arbeitsschritte lässt sich überprüfen, ob alle Verarbeitungsvorgaben eingehalten wurden. Auch die beim Verkleben verwendeten Lehren zur Positionierung der Rahmenteile werden in der Dokumentation dieses Arbeitsschritts erfasst.

 

Qualitätskontrolle nach mechanischer Bearbeitung

In diesem Arbeitsschritt werden alle Abmessungen und Schnittstellen des Rahmen-Rohlings kontrolliert. Anhand der Maßzeichnung kontrolliert man zunächst alle Rahmenabmessungen. Auch der Sitz der Lager sowie die Aufnahmen für Motor und Batterie werden mit den Vorgaben aus der Maßzeichnung abgeglichen.

Dann erfolgt die Prüfung der Rahmenschnittstellen. Hierbei wird die Freigängigkeit der Reifen, des Hinterbaus, der Kurbel und der Kettenblätter kontrolliert. Auch die Kabeldurchführungen, die Ausrichtung bzw. der Verzug des Rahmens (Achsen, Geradheit) und alle Anschlussmaße am Flaschenhalter, der Sitzrohrdurchmesser, die Achsbreite und die Bremsaufnahme werden überprüft.

 

Füllen & verschleifen

Nachdem alle Maße des Rahmen-Rohlings abgeglichen wurden, wird die Oberfläche geschliffen. Hierbei wird die Oberflächenbearbeitung kontinuierlich optisch kontrolliert. Der Rahmen entspricht erst dann den Anforderungen, wenn alle Grate entfernt, alle Flächen geglättet und alle unsauber verarbeiteten Laminatschichten gefüllt sind.

 

Qualitätskontrolle – Übergabe an die Lackierung

Bevor der Rahmen-Rohling lackiert wird, erfolgt eine Sichtprüfung mit einem besonderen Augenmerk auf Farbveränderungen und Gewebefehler im Sichtcarbon, sauber geglättete Oberflächen, mögliche Löcher durch fehlendes Material, Kratzer, Beulen, Tropfen- und Blasenbildung. Ebenso wird kontrolliert, ob alle Körperkanten wie vom Design vorgesehen sichtbar sind und nicht durch übermäßiges Schleifen geglättet wurden. Zudem kontrolliert man den Rohling auf mögliche Verunreinigungen durch Partikel im Laminat und überprüft die Härte der Oberfläche.

Lackierung

Zur Qualitätssicherung werden die bei der Lackierung verwendeten Reinigungsmittel, die Grundierung, die Farben und die Maskierfolien genau definiert. Gleiches gilt für die Farben, das Artwork (Maskierung) und das Finish (matt, glänzend). Nach jedem Zwischenschritt erfolgt eine optische Kontrolle der Maskierung, der Farbtöne und der Oberflächenqualität.

 

Dekor

Nach dem Lackieren wird das Dekor aufgebracht. Für alle zu verwendenden Aufkleber gibt es hinsichtlich ihrer Größe, der Position, der Farben und des Materials genaue Vorgaben. Während der

Applikation werden die aufgebrachte Anzahl, der Typ und die Lage optisch kontrolliert.

 

Qualitätskontrolle nach Lackierung und Dekor

Sind alle Dekore aufgebracht, erfolgt eine finale Sichtprüfung des Rahmens. Hierbei gilt es, Lackschäden, Maskierfehler, Verfärbungen, unerwünschte Matt- und Glanzeffekte, Orangenhaut, Tropfen- und Blasenbildung, Kratzer, Beulen und fehlerhafte Position und Unvollständigkeit von Artwork und Dekor auszuschließen. Auch die Eigenschaften der Oberflächen hinsichtlich ihrer Schichtstärken, Verunreinigungen (Partikeldichte), Härte und Widerstandsfähigkeit (Drop-Ball-Test) werden kontrolliert.

Montage

Alle in der Montage verwendeten Bauteile und Mittel sind im Zuge der prozessbegleitenden Qualitätssicherung vorgegeben. Dies gilt für alle Rahmenteile, Lager, Verschraubungen und sämtliche Sonderteile. Dies gilt auch für alle bei der Montage verwendeten Werkzeuge, die Montagepaste, alle Schmierstoffe und den Kleber für die Schraubensicherung. Definiert sind auch alle Arbeitsschritte sowie alle Einsatzorte der Arbeitsmittel und die Anzugsmomente der Verschraubungen.

3. Durchleuchtung per Röntgengerät

Die Durchleuchtung des Rahmens per Röntgengerät ermöglicht einen Blick ins Innere des Rahmens. So können die Verbundstruktur kontrolliert und mögliche fehlerhafte Stellen erkannt werden. Auch die Wandstärken lassen sich auf dem Röntgenbild überprüfen. Durch die Röntgenkontrolle werden alle vorgelagerten Prozesse (Layup, Curing) validiert.

4. Mechanische Prüfung - Belastungstests

Bei den Belastungstests sind Geometrie, Lastrichtungen, Material und Betriebsstoffe der eingesetzten Prüfstände vorgegeben. Auch Prüfparameter wie die Höhe der Lasten und die Anzahl der Lastwechsel bei Ermüdungsprüfungen sind einheitlich definiert. Die Prüfergebnisse der Tests werden dokumentiert und alle Messwerte aus der Steifigkeitsprüfung in den Wert zur Angabe der Steifigkeit umgerechnet.

5. Abschließende Qualitätskontrolle – Inspektion per Prüfprotokoll

Bei der abschließenden Qualitätskontrolle werden einzelne Rahmen stichprobenartig inspiziert. Die Inspektion erfolgt nach den Vorgaben des ROTWILD-Prüfprotokolls im Vier-Augen-Prinzip. Besonders wichtige Rahmeneigenschaften werden im Protokoll dokumentiert.

 

Mit Messwerkzeugen und Prüflehren werden bei der abschließenden Qualitätskontrolle die folgenden Parameter überprüft:

- Anschluss der vollintegrierten Sattelstütze

- Steuerrohrlänge, Innendurchmesser

- Koaxialität der Hinterbau-Drehpunkte

- Lagerabstände

- Rahmengewicht

- Überprüfung der Anzugsmomente aller Verschraubungen

- Position der Bremsaufnahme

- Sonstige: Motoraufnahme, Reifen-Freigängigkeit, Achsaufnahme etc.

Abschließend erfolgt die qualitative Inspektion mit der Überprüfung der Beweglichkeit aller Lagerungen und der Freigängigkeit des Hinterbaus sowie die Kontrolle der Dämpferaufnahmen. Auch alle Oberflächen, Gewinde, das Artwork und das Dekor sowie die Haptik von Bauteilverbindungen und die Prüfung von Kabeldurchführungen sind Bestandteil der abschließenden Qualitätskontrolle.

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