Kurzfassung: Schmutzteilchen können in miniaturisierter Technik Unheil anrichten Technische Sauberkeit neues Qualitätsmerkmal in der Schraubmontage Kleinste Partikel bei der Schraubmontage zu eliminieren ist in der miniaturisierten Technik ein neues ...

[DEPRAG - 22.03.2012] Störende Partikel minimieren im Sauberraum


Schmutzteilchen können in miniaturisierter Technik Unheil anrichten

Technische Sauberkeit neues Qualitätsmerkmal in der Schraubmontage

Kleinste Partikel bei der Schraubmontage zu eliminieren ist in der miniaturisierten Technik ein neues Qualitätsmerkmal. Verirrt sich beim Verschrauben ein mit bloßem Auge nicht sichtbares Stahlteilchen in eine Leiterplatine, ist der Gau vorprogrammiert. Es kommt zum Kurzschluss, wenn der Span ungewollt zwei Leiterbahnen verbindet. Werden die Montageteile immer kleiner, werden auch Kleinstteilchen, die nur 500, 200 oder gar 100µ messen, zum Störfall. Die so genannte "technische Sauberkeit" in der Fügetechnik gerät daher beim Bau von Schraubmontageanlagen immer stärker in den Fokus. Die Anforderungen steigen. "Eine Angelegenheit für Spezialisten", weiß Jürgen Hierold, Vertriebsleiter der DEPRAG. Und auch: "Die DEPRAG kann das."

Schon in den 1980iger Jahren hat sich der Amberger Schraubspezialist DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. mit dieser Problematik befasst. Mit Erfolg. Der Maschinenbauer lieferte Schraubanlagen für die Montage von Diskettenlaufwerken für namhafte US-Hersteller. "Die Montagebedingungen entsprachen sogar Reinraumanforderungen", erinnert sich Hierold. "Ein hoher Anspruch an uns Anlagenbauer." Hier erweist sich als Vorteil, wenn alle Komponenten auf einander abgestimmt werden können, weil sie aus einer Hand kommen. Der One-Stop-Shop überzeugt mit hochwertigen, ausgewogenen Segmenten, die alle eines zum Ziel haben – die Vermeidung von Abrieb beim Zuführen der Verbindungsteile und beim eigentlichen Schraubprozess.

Wenn es um Sauberkeit in der Montage geht, muss der gesamte Schraubvorgang unter die Lupe. Jürgen Hierold: "Sämtliche Planungs-, Fertigungs- und Montageschritte müssen in Betracht gezogen werden." Zunächst gilt es, die Sauberkeitsanforderungen für das entsprechende Produkt exakt zu definieren. Nur in der Kooperation von Konstruktion, Fertigung, Logistik und Qualitätsmanagement ergibt sich die größtmögliche technische Sauberkeit und damit Sicherheit. Geschultes Personal ist ebenso wichtig wie die saubere Fertigungsumgebung. Dabei erweist es sich meist als unnötig, teure Reinraumbedingungen mit Klimaanlagen und Partikelfiltern zu schaffen. Entscheidend ist, den Sauberraum akribisch rein zu halten. Es gilt vor allem, weder durch Mensch, Material oder Transport Störpartikel einzuschleppen.

Schon bei der Konstruktion von Bauteilen kann der Verschmutzung mit Schmutzteilchen vorgebeugt werden. Ecken und Kanten, in denen sich Schmutz "fängt" und die schlecht zu reinigen sind, sind zu vermeiden. Rundungen lassen sich besser von Partikeln befreien. Durchgängige Bohrung statt Sackloch an der Schraubstelle tragen ebenfalls zur besseren Reinigungsfähigkeit bei. Jürgen Hierold: "Geeignete Reinigungsprozesse gehören ebenso zu den Fundamenten der Sauberraum-Fertigung wie die Verwendung von speziell behandelten Verbindungselementen". Der namhafte Schraubenhersteller Arnold bietet beispielsweise mit Cleancon® Verbindungselemente an, die durch Herstellung, Reinigung und Verpackung besonders für die Anforderungen der technischen Sauberkeit im Schraubprozess konzipiert wurden.

Doch auch die Schraubmontage selbst erzeugt durch Abrieb gefährliche Partikel, haben Untersuchungen nachgewiesen. Alternative Materialien und Verfahrensweisen wirken dem entgegen. Jürgen Hierold erläutert: "Verwende ich unbeschichtetes Aluminium oder unbehandelten Stahl für die Montageanlage, sind Schmutzteilchen durch Abrieb oder Korrosion Tor und Tür geöffnet. Die Wahl von alternativen Materialien wie poliertem Edelstahl und eloxiertem Alu vermindert die Partikelzahl und erleichtert die Reinigung der Anlagenkomponenten".

Wird bei der Konzeptionierung einer Fertigungsanlage ein Druckluftschrauber gewünscht, sollte auch er die Sauberkeitsanforderungen erfüllen. DEPRAG hat Reinraum geeignete Druckluftschrauber mit poliertem Edelstahlgehäuse und kontrollierter Abluftführung im Standardsortiment, die sich für Verschraubungen im Sauberraum empfehlen. Jürgen Hierold unterstreicht: "Solche hochwertigen Industrieschrauber sind an die hohen Sauberkeitsanforderungen hervorragend angepasst und haben sich bewährt."

Bei der Vereinzelung der Schraubverbindungselemente lässt sich die Partikelzahl ebenfalls durch die Wahl der richtigen Technik entscheidend verringern. Die gängigen Vibrationswendelförderer transportieren Schrauben durch Wurfbewegungen im Fördertopf. Die Schrauben reiben aneinander - es entstehen Störpartikel durch Abrieb. Jürgen Hierold: "Geht es um technische Sauberkeit, ist die schonende Teilezuführung mit einem Hubsegmentfördergerät empfehlenswert."

Wird die Schraube dem Schraubgerät direkt über dem Bauteil zugeführt, ist eine Kontaminierung mit Teilchen nicht auszuschließen. "Besser ist es, nach Alternativen zu suchen", unterstreicht der Experte. So funktioniert die Zuführung sauber und sicher: Der Schrauber fährt auf eine definierte Position über eine Vakuumquelle. Hier wird die benötigte Schraube für den nächsten Schraubvorgang mit Blasluft eingeschossen. Eventuell dabei austretende Schmutzteilchen werden vom Vakuum aufgenommen. Erst dann fährt der Schrauber auf die Position "Schraubstelle" zurück und die Schraube wird montiert. "Vakuumquellen an allen relevanten Stellen erhöhen die Sauberkeit und empfehlen sich an sämtlichen Restabriebsstellen", stellt DEPRAG Vertriebsleiter Hierold fest.

Doch der Experte hat noch weitere Montageschritte im Blickfeld. Wenn die Schrauberklinge nicht präzise in den Schraubenantrieb eingreift, entstehen unerwünschte Abriebpartikel. DEPRAG Schrauber aus der Serie MINIMAT®EC-SERVO senken die Drehzahl während des Einfädelns der Schraube ab. Eingebaute Sensorik verhilft zur Erkennung der genauen Schrauberposition und unterstützt den korrekten Eingriff der Klinge in den Schraubenkopf. Erst nach erfolgreichem Einfädeln erfolgt der Impuls zur Drehzahlerhöhung für das Verschrauben. Die Folge: Auch hier wird schädlicher Abrieb und die Entstehung von Schmutzpartikel verhindert.

Die Verwendung von Abdeck- und Schraubschablonen im Fertigungsprozess reduziert die Zahl gefährlicher Partikel ebenso wie die ESD-Fähigkeit einer Montageanlage. Die sich im Prozess ergebene elektrostatische Aufladung aller Anlagenkomponenten wird dabei durch gezielte Erdung abgeleitet und die Ablagerung von schädlichen Schmutzteilchen unterbunden. Jürgen Hierold: "Das Gesamtpaket der verschiedenen Maßnahmen ist es, das die Partikelbildung minimiert."

Deshalb empfiehlt er, für den Aufbau einer Produktion im Sauberraum einen Anlagenbauer auszuwählen, der alle Kernkomponenten des Schraubautomaten aus eigener Entwicklung und Fertigung anbietet. "So ist die Abstimmung der einzelnen Teile und Prozesse wie Zuführen, Positionieren, Schrauben bestmöglich gewährleistet. Der Gesamtprozess lässt sich unter dem Aspekt der technischen Sauberkeit betrachten, auswerten und weiter optimieren."

Die Miniaturisierung in der Technik schreitet voran. Die technische Sauberkeit im Fertigungsprozess steht im Brennpunkt und wird zum Qualitätszeichen. Was in Automobilbau und Computertechnik in sensiblen Bereichen zum Standard gehört, greift auch auf Zulieferer oder andere Branchen über. Wer die hohen Sauberkeitsanforderungen erfüllt, hat gute Marktchancen. Jürgen Hierold: "Die Spezialisten der DEPRAG sind auf die Zukunft vorbereitet. Wir beherrschen das."

Die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. ist weltweit mit rund 600 Mitarbeitern vertreten. Der mittelständische One-Stop-Shop gilt als profunder Spezialist für Schraubtechnik und Anlagenbau. Mit dem Problem der technischen Sauberkeit ist DEPRAG durch ihr Engagement im Automobilbau sowie der Elektronikbranche wohl vertraut.