Kurzfassung: Qualitätsmanagement fängt bei der Wahl des stationären Schraubers an EC-Technik oder Druckluftschrauber? Was die Antriebsfrage bestimmt Die Nullfehlerproduktion zu erreichen, hat in der industriellen Montage oberste Priorität. Immer wieder ...

[DEPRAG - 28.01.2011] Das richtige Werkzeug für die Nullfehlerproduktion


Qualitätsmanagement fängt bei der Wahl des stationären Schraubers an
EC-Technik oder Druckluftschrauber? Was die Antriebsfrage bestimmt

Die Nullfehlerproduktion zu erreichen, hat in der industriellen Montage oberste Priorität. Immer wieder hört man von Rückrufaktionen wegen fehlerhafter Verschraubungen. Den damit verbundenen materiellen Schaden und Imageverlust fürchtet jede Branche. Geht es gar um sicherheitsrelevante Bauteile wie im Fahrzeugbau, liegt den Herstellern alles daran, höchste Prozesssicherheit im Montageverfahren zu gewährleisten. Ein wichtiger Eckpfeiler für den Aufbau einer fehlerfreien Produktion mit hochwertiger Qualität ist die Auswahl des richtigen Schraubwerkzeugs für die industrielle Serienfertigung.

Eine Schraube presst Bauteile so gegeneinander, dass äußere Kräfte sie nicht verrücken können, die verschraubten Komponenten verhalten sich nun wie ein einziges Teil. Der Konstrukteur errechnet, wie hoch die aufgebrachte Vorspannkraft sein muss, damit das verschraubte Bauteil höchsten Beanspruchungen Stand hält. Ob die vorbestimmte Vorspannkraft im Schraubprozess auch erreicht wird, ist aber die Frage. Unbekannte Setzerscheinungen und Montage bedingte Schwankungen gelten als kniffelige Probleme in der Schraubtechnik.

Da die erzielte Vorspannkraft in der Serienmontage nur schwer und aufwändig messbar ist, gilt das Drehmoment zusammen mit dem Drehwinkel, als die bestimmenden Prozessgrößen in der Schraubtechnik. Je präziser ein Industrieschrauber das vorbestimmte Drehmoment oder den Drehwinkel erreicht, desto eher ist die angestrebte Nullfehlerproduktion zu realisieren.

Die vielfach diskutierte Auswahl der geeigneten Antriebstechnik für den Einbauschrauber ist nicht allgemeingültig zu beantworten. Die richtige Antwort ist immer das Ergebnis der Suche nach dem optimalen Schrauber für den jeweiligen Anwendungsfall. Fullserviceanbieter wie die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. in Amberg/Bayern bieten beides: Druckluftschrauber und Schrauber basierend auf EC-Technik. Der Spezialist für Schraubtechnik hat sich mit technisch anspruchsvollen und wirtschaftlichen Einbauschraubern einen Namen gemacht.

DEPRAG Fachleute beraten ihre Kunden mit hoher Kompetenz bei der Wahl des richtigen Schraubers. Gerd Zinn, Leiter der DEPRAG Entwicklungsabteilung Serienmaschinen, nennt ein Beispiel: "Einbauschrauber mit EC- Antrieb aus unserer Linie MICROMAT®-EC/MINIMAT®-EC mit wartungsarmen bürstenlosen EC-Motoren sind immer da besonders geeignet, wo es darum geht unterschiedliche Anzugsmomente oder -sequenzen in einer Montageanlage zu realisieren und zu dokumentieren."

Der bürstenlose Elektromotor, den die DEPRAG für ihre Schraubspindeln entwickelt hat, ist praktisch frei von Verschleißteilen und garantiert so eine lange Lebensdauer. Der EC-Motor ist in der Lage, auch bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment zu liefern. Mit seiner schlanken Bauweise und der hohen Energiedichte ist er prädestiniert für die Anforderungen in der Schraubenmontage.

Die EC-Schraubtechnik steht bei DEPRAG in zwei Varianten zur Verfügung: Für den frei programmierbaren Schraubenanzug bietet sich der MICROMAT®-EC-Servo-Schrauber oder der MINIMAT®-EC-Servo-Schrauber mit integriertem direktem Messsystem an, er deckt Drehmomente von 0,2 bis 500 Nm ab. Ein EC-Servoschrauber kommt bei Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen zum Einsatz, bei denen ein direkt messendes System vorgeschrieben ist. Die zugehörige Ablaufsteuerung AST30 lässt sich komfortabel über einen Industrie-PC bedienen. Dort werden die benötigten Parameter für den Schraubfall ausgewählt, die dann in der Montage realisiert werden. Im Automatikbetrieb erfolgt die Ansteuerung über die Anlagen-SPS.

In einem Montagetakt kann sogar mit mehreren verschiedenen Drehmomenten verschraubt werden, zum Beispiel wenn ein Schraubfall ein zweistufiges Eindrehen der Schraube erfordert. Dafür wird die Schraube zunächst mit voller Drehzahl auf ein niedriges Voranzugsmoment eingeschraubt. Danach erfolgt der zweite Anzugsschritt auf den Enddrehmomentwert mit reduzierter Drehzahl. Eine zusätzliche Drehwinkelkontrolle steigert die Aussagekraft der Ergebniswerte. Diese in der AST30 hinterlegten Vorgaben werden nacheinander abgearbeitet. Per integriertem DMS-Aufnehmer ermittelt der MICROMAT®-EC-Servo/MINIMAT®-EC-Servo dabei die erzielten Anzugsmomente, die dokumentiert werden und sich so für das Qualitätsmanagement auswerten lassen.

Die zweite Variante stellt der MICROMAT®-EC/MINIMAT®-EC dar. Er wird mit der Stromabschaltsteuerung AST10 betrieben und ist vom Werker mit Hilfe des Bedienfelds an der Steuerung programmierbar. Mit hoher Genauigkeit, leise und präzise, erfüllt der Einbauschrauber die vorgegebene Schraubaufgabe an Hand der festgelegten Anzugsparameter, die sich aus vier Grundprogrammen zusammenstellen lassen. Auch die AST10 ermöglicht die Kontrolle und Dokumentation des jeweiligen Schraubfalls.

Schnell und einfach entsteht aus einzelnen EC-Schraubspindeln mit ihrer Steuerung ein funktionssicheres Gesamtsystem. Das DEPRAG Standard Schraubfunktionsmodul (SFM) ermöglicht den komfortablen Aufbau von Mehrspindelschraubeinheiten. Diese Zustellvorrichtung, mit der die Schraube und der Einbauschrauber in die richtige Position zur Schraubstelle gebracht werden, kann an beliebige Halterungen angebaut werden. Die Spezialisten der DEPRAG Schraubtechnik finden aus einer Vielzahl von Möglichkeiten schnell das Modul, das sich für die jeweilige Anwendung am besten eignet.

Die zweite Antriebsvariante, für die der Name DEPRAG steht, ist der Druckluftmotor. Seine Vorzüge umschreibt Entwickler Gerd Zinn so: "Für enge Schraubabstände eignen sich unsere Druckluftschrauber besonders gut, ihre geringe Baugröße und das hervorragende Leistungsgewicht sprechen für diese Antriebsart." Die robuste und einfache Bauweise des Lamellenmotors bildet die Basis für hochbelastbare Schraubwerkzeuge im industriellen Dauereinsatz. Im Drehmomentbereich von 0,008 bis 180 Nm punktet die Familie der Druckluftschrauber MICROMAT®/MINIMAT® mit hoher Eindrehgeschwindigkeit und dem günstigen Systempreis und erreicht damit ein exzellentes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Unabhängig von Druckluftschwankungen oder Schraubfall erreichen die Schrauber der DEPRAG eine Drehmomentgenauigkeit von oftmals deutlich unter plus/minus drei Prozent Standardabweichung, gehalten über Millionen von Schaltungen. Das ist das Verdienst der bewährten MICROMAT®/MINIMAT® Abschaltkupplung.

Ihre Funktion verhindert unkontrollierte Drehmomentabweichungen. Die Abschaltkupplung überträgt das Drehmoment bis zum voreingestellten Sollwert auf die Schraube, verringert dann trotz Weiterdrehens des Antriebs das Drehmoment und schaltet den Druckluftmotor bei 50 Prozent des maximalen Moments ab. Drehzahlschwankungen bei weichem oder hartem Schraubfall sowie Druckluftschwankungen nehmen somit keinen Einfluss auf das Einschraubmoment. Es kann demnach am Schrauber unabhängig vom Schraubfall sicher eingestellt werden. Die hohe Genauigkeit ist auch Voraussetzung für den vielfach geforderten Maschinenfähigkeitsnachweis, der auf Wunsch für jeden dieser Schrauber erhältlich ist.

Darüber hinaus führt die DEPRAG Schraubwerkzeuge für verschiedenste Spezialanwendungen im Programm. Bei selbstfurchenden Schrauben liegt das Eindrehmoment höher als das Festsitzmoment. Hier fällt die Wahl auf die eigens entwickelten SENSOMAT® Einbauschrauber. Sie drehen zunächst mit vollem Motormoment die Schraube ein – bis zur Kopfauflage. Dann aber wird die hochgenaue Abschaltkupplung aktiviert und so ein Überdrehen der Schraube verhindert. Grundmodell ist der Schrauber MICROMAT®/MINIMAT®, dessen integrierte Funktionskontrolle den Schrauberanlauf anzeigt und mit der Abschaltung das Erreichen des eingestellten Drehmoments signalisiert. Auch die Einschraubtiefe wird über den Längenausgleich mit Hilfe eines Näherungsinitiators kontrolliert.

Jürgen Hierold, Vertriebsleiter der DEPRAG: "Bei der Auswahl des richtigen Schraubers steht die jeweilige Anwendung im Focus." Müssen für das Qualitätsmanagement Prozessparameter erfasst und dokumentiert werden, kommt ein EC-Schrauber oder EC-Servo-Schrauber zum Einsatz. Elektronisch betriebene, frei programmierbare Schrauber eignen sich auch, wenn eine hohe Flexibilität, z.B. variierende Parameter, gefordert ist. Im Gegenzug bedeutet dies aber auch: wo diese Anforderungen nicht zwingend vorgeschrieben sind, ist der pneumatische Abschaltschrauber die wirtschaftlichere und technisch bessere Lösung. Jedoch sind Flexibilität und die Forderung nach Prozesskontrolle nicht die einzigen Parameter, die bei der Auswahl des geeigneten Schraubsystems für die eigene Anwendung, beachtet werden müssen. Darüber hinaus entscheiden z.B. auch die geforderte Drehmomentgenauigkeit, Anforderungen an die Betriebsdatenerfassung und Statistische Prozesssteuerung, Anschaffungs-, Betriebs- und Wartungskosten, der gewünschte Leistungsbereich, die Lebensdauer und das Vorhandensein der Antriebsmedien über das zu verwendende Werkzeug. So kann die Kombination der verschiedenen Einflussfaktoren oder sogar ein einzelner Faktor ausreichen, um über die Auswahl des Antriebsmediums zu entscheiden. Z.B. stellt das Nichtvorhandensein von Druckluft bereits ein Ausschlusskriterium für den Druckluftschrauber dar. Zusammenfassend kann man deshalb behaupten, dass eine Auswahl des für den jeweiligen Einsatzfall optimalen Systems nur mit Experten und durch umfangreiche Vorversuche (wie z.B. durch eine Schraubfallanalyse) möglich ist.

Vertriebsleiter Jürgen Hierold: "Unsere DEPRAG-Spezialisten helfen gern bei der Suche nach dem genau passenden Schraubwerkzeug und stehen auch bei der Konfiguration der Gesamtanlage beratend zur Seite."

Darüber hinaus verfügt die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. über ein Labor für Schraubfallanalyse, das problematische Schraubfälle untersucht, Lösungsansätze für die Schraubenmontage bietet, sowie die geeigneten Schraubparameter herausfindet. Die langjährige Kompetenz auf dem Gebiet der Schraubtechnik mit der dazu passenden Messtechnik setzt der Fullserviceanbieter mit 600 Mitarbeitern in über 50 Ländern gern in der Unterstützung bei der Auswahl des richtigen Einbauschraubers für die Industrie um.