Zuführtechnik als Schmutzbremse im Montageprozess

Abrieb ist nicht erwünscht

Bei der Montage von Verbindungselementen, die mit vollautomatischen Schraubsystemen verarbeitet werden, dürfen die Werkstücke möglichst nicht durch zugeführten Abrieb verschmutzt werden.

WSM-Schraubenzuführgerät SZ-300k mit verkürzter Förderstrecke. (Foto: WSM)

Der Schraubautomatenhersteller WSM-Automation hält daher für seine Schraubsysteme verschiedene Möglichkeiten zur Reinhaltung des Montageprozesses bereit.

Reinraumbedingungen – wie in der Medizintechnik üblich – sind in der industriellen halb- oder vollautomatischen Serienmontage von Schrauben, Muttern und Stiften bisher die Ausnahme. Doch auch in Bereichen, in denen in der Vergangenheit kaum auf die Verschmutzung der zu fügenden Bauteile durch den Fügeprozess selbst geachtet wurde, steigen die Qualitäts- und Sauberkeitsanforderungen stetig an. Der im Förder- und Sortierprozess anfallende Abrieb sollte nicht mit jedem Zuführvorgang auf das Werkstück verbracht werden. Kommt es dennoch dazu, verteilen sich die meist metallischen Mikropartikel, die mit den Schrauben durch das Schraubermundstück auf das Werkstück geblasen werden, gleichmäßig auf der Bauteiloberfläche. Die negativen Auswirkungen durch diese Partikel können vielfältig sein und durchaus fatal – beispielsweise dann, wenn sie sich auf den Leiterbahnen von Platinen ablegen.

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Die effektivste Maßnahme gegen Abrieb ist, von Anfang an so wenig Abrieb wie möglich entstehen zu lassen. Jedes Zuführsystem hat dabei seine Vor- und Nachteile. Hubbalken-, Stufen- oder Schwertförderer arbeiten ohne oder mit nur wenig Vibration. Dennoch wird auch bei diesen Systemen eine große Teilemenge in Bewegung gehalten, immer wieder durchgerührt, mehrfach angehoben und gefördert, um dann doch wieder in den Vorratsbehälter zurückzufallen. Außerdem sind sie bezüglich Antrieb und Steuerung recht aufwendig in Betrieb zu nehmen und somit teuer. Auch die Maschinensicherheit führt oft zu erheblichem Mehraufwand, da sich an den Fördermechaniken Quetschstellen befinden können.

Entstehender Abrieb verteilt sich auf komplettes Fördergut
Wendelförderer sind hingegen meist leicht einzurichten und einfach in der Ansteuerung. Ihnen haftet aber der Makel an, dass sie die zuzuführenden Bauteile stark verschmutzen würden. Der Hauptgrund hierfür ist die Vibration und die Verweildauer der Teile in den Sortiertöpfen. Wird der Kessel mit dem Vorrat für eine ganze Schicht bis zum Rand befüllt, reiben die Schrauben über einen langen Zeitraum aneinander. Entstehender Abrieb kann dann auch durch Schmutzöffnungen kaum abgeführt werden, da er sich immer wieder gleichmäßig im gesamten Fördergut verteilt und an diesem anhaftet. Diesen Sachverhalt löst WSM durch die neuen Zuführgeräte SZ-250k und SZ-300k. Das „k“ steht in der Typbezeichnung für „kurz“ und bedeutet, dass die effektive Länge der Sortierwendel außerordentlich verkürzt wurde. Für das lagerichtige Sortieren von Schrauben, Muttern und Gewindestiften sind bei diesen Zuführgeräten keine nacheinander angeordneten Sortiermechanismen im Topf notwendig. Daher müssen die Teile auch keinen langen Weg auf der Wendel zurücklegen, bis sie am Kopf hängend in der Sortierschikane zur Vereinzelung bereitgestellt werden.

Weniger Abrieb durch kurze Vibrationszeit
Für einen minimalen, aber immer ausreichenden Füllgrad der Förderstrecke sorgt eine Füllstandskontrolle per Ultraschallsensor. Erkennt der Sensor keine Bewegung mehr in seinem Abtastbereich, fördert der oberhalb angeordnete Bandbunker eine geringe Menge Fördergut nach. Das Füllvolumen des Bunkers kann dabei zwischen einem und 20 Litern gewählt werden. So lässt sich die autarke Zeit dem Takt der Anlage und den Vorgaben des Kunden anpassen. Schrauben, die so verarbeitet werden, sind der Abrieb verursachenden Vibration nur eine minimale Zeit ausgesetzt. Wie bereits bei den etablierten Fördergeräten von WSM ist die Förderstrecke auch bei den neuen Geräten mit hochwiderstandsfähigem und Fördergut schonendem PU beschichtet. Der Abrieb, der allein durch die Auflage auf dem Förderweg und den Berührungen des Förderguts untereinander entsteht, wird somit zusätzlich effektiv minimiert. Insbesondere bei Schrauben, deren Gewinde mit Kleber beschichtet sind, ist dies ein wichtiger Punkt zur Aufrechterhaltung der Kleberfunktionalität in der Schraubverbindung.

Gesaugte Späne sind besser als geblasene Späne
Unabhängig davon, wie die Verbindungselemente in die Vereinzelung und dann in den Zuführschlauch gelangen – eine Anhaftung von Mikrospänen und Mikropartikeln lässt sich nie völlig ausschließen. Seien es Partikel, die durch den Herstellprozess entstanden sind oder Partikel aus dem Förder- und Sortierprozess, seien es Teile des Korrosionsschutzes, oder sei es einfach Staub aus der Umgebungsluft, der sich im Lager auf der Kiste mit den Schrauben abgelegt hat. Werden die Schrauben nur mittels Blasluftimpuls zugeblasen, lösen sich diese Partikel und bewegen sich mit der Blasluft in Richtung Schraubermundstück. Dort wird die Schraube für den Schraubvorgang gefangen und ausgerichtet, die Blasluft jedoch strömt durch das Mundstück hindurch in Richtung Werkstück beziehungsweise Schraubort.

Pfiffige Schmutzbremsen: Saugluft
WSM bietet zur Vermeidung dieser Situation zwei Typen Schmutzbremsen an. Entweder wird der Zuführkanal mechanisch komplett verschlossen, die Blasluft durch Saugluft ersetzt oder unterstützt und die Schraube bis kurz vor das Schraubermundstück auf eine Prallplatte zugeführt. Von dort wird die Schraube über eine zusätzliche Bewegung quervereinzelt, um anschließend nur noch durch Eigengewicht in das Schraubermundstück zu fallen. Wenn diese Technik aus Taktzeitgründen nicht möglich ist, kann durch Verwendung des zweiten Typs die Blasluft unter Verwendung eines Standardmundstücks komplett durch Saugluft ersetzt werden. Am Ende des Zuführschlauchs mit dem Saugluftanschluss übernimmt dann eine Saugdüse im Schraubermundstück, um die Schraube weiterzufördern. Diese Technik funktioniert auch bei einer Schraubrichtung von unten nach oben. Zusätzlich kann die Mundstück-Saugluft auch noch während der Verschraubung eingeschaltet bleiben. So können die im Schraubprozess entstehenden Späne gleich mit abgesaugt werden. Bei beiden Schmutzbremsen wird die Saugluft über entsprechende Filter und Auffangbehälter geführt, wo die ausgeschleusten Partikel für eine spätere Entsorgung gesammelt werden.   pb

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