Montageeinheit

Der Schrauber wird autonom

Adaptive Montageeinheit. Schraubeinheit von Deprag nimmt Parameterveränderungen beim Schraubprozess selbst vor.

Montageerleichterung für die Automobilindustrie: Neue modulare Schraubeinheit mit selbstständiger Parametrierung. (Foto: Deprag)

Hohe Sicherheitsanforderungen, die Werkstoffverfügbarkeit, eine einfache Reparatur, der leichte Austausch von Karosseriebauteilen bis hin zum Recycling und der Möglichkeit zur Wiederverwertung stellen die Automobilindustrie vor große Herausforderungen. Auch für die Montage bedeutet dies ein Umdenken: Die Wahl der richtigen Verbindungstechnik ist im Leichtbau von entscheidender Bedeutung. Im Karosseriebau der Automobilindustrie hat sich die Fließlochverschraubung etabliert.

Die speziell geformte Spitze der sogenannten Fließloch- oder Fließformschraube generiert durch hohen Anpressdruck und hoher Drehzahl Reibungswärme und erwirkt einen Fließprozess des nicht vorgebohrten Metallbleches. Zu Beginn des Prozesses bildet sich zunächst ein „Krater“, in den nach Durchtritt der Schraube und Formung eines „Durchzugtrichters“ bei reduziertem Anpressdruck das mehrgängige Gewinde gefurcht wird. Ein Maschinengewinde entsteht, das im Reparaturfall auch eine „normale“ Schraube aufnehmen kann. Nach dem Ausformen dieses Fließlochs wird die Drehzahl herabgesetzt, es folgen der Voranzug der Schraube bis zur Kopfauflage und der Endanzug des Verbindungselements auf die zuvor festgelegten Parameter Drehmoment und Drehwinkel. Dieses Verfahren ermöglicht nicht nur das Verbinden von Blechen verschiedener Materialien, sondern bietet auch in Bezug auf Prozesskosten und -zeiten deutliche Vorteile. Doch eignet sich dieses Schraubverfahren auch bei schwankenden Toleranzen und Bauteilvarianten?

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Bauteilschäden unerwünscht
Um die Verschraubungsqualität trotz Bauteiltoleranzen wie Lageabweichungen, Blechdickentoleranzen, Schraubenlängentoleranzen oder Gefügeunterschieden sicherzustellen, müssen bei den derzeit am Markt verfügbaren Schraubsystemen für alle Schraubstellen die Schraubparameter aufwändig und separat ermittelt werden. Üblicherweise basieren deren Zustellbewegungen und -kräfte auf Druckluftzylinder mit Proportionalventil. Die notwendige Genauigkeit der Statusänderung von Zustellkräften und -positionen lassen dann unter Umständen zu wünschen übrig. Besonders kritisch ist dabei der Übergang von der Ausformung des Durchzuges zum Gewindefurchen. Hier besteht bei verfrühter Reduzierung von Schrauberdrehzahl und/oder Andruckkraft die Gefahr, dass der Durchzug nicht vollständig ausgebildet wird und durch erhöhtes Furchmoment die Schraube oder das Bauteil zerstört wird. Eine verspätete Umschaltung führt durch Beschädigungen am Gewinde ebenfalls zur Beeinträchtigung der Schraubverbindung.

Schlanke Bauform: Die Schraubeinheit ist 170 Millimeter breit. (Foto: Deprag)

Stets ideale Prozessparameter
Diese Risiken hat der Schraubtechnikexperte Deprag nun eliminiert: Das Unternehmen bietet eine adaptive Montageeinheit für die Fließformverschraubung mit geregeltem elektrischen Antrieb sowohl für den Vorschub- als auch den Schraubprozess an. Anders als bei herkömmlichen Systemen werden mit der neuen Montageeinheit Adaptive DFS Vorschubgeschwindigkeit und Vorschub genau vorgegeben und überwacht. Die kontinuierlich rückgemeldeten Daten aus den Steuermodulen ermöglichen eine exakte und automatische Erkennung der relevanten Durchdringungspunkte. Zeitkritische und notwendige Parameteränderungen werden autonom durch die Schraub- und Vorschubsysteme vorgenommen. Dies sichert ideale Prozessparameter unabhängig von Toleranzen in Bauteil oder Schraube und reduziert damit maßgeblich den Analyse- und Parametrieraufwand im Vorfeld. Ideale und sich der jeweiligen Situation angepasste Prozessparameter stellen zudem sicher, dass die Verbindungsteile Schraube und Bauteil den geringstmöglichen Belastungen ausgesetzt sind. Die zusätzlichen Prozessdaten erhöhen zudem die Durchgängigkeit der Dokumentation von Schraubprozessen.

Aufwändige Schraubparameteranalyse entfällt
Die getrennte elektronische Regelung von Vorschub- und Schraubantrieb bietet weitreichende Parametriermöglichkeiten. Dies sichert eine hohe Flexibilität bei der Verarbeitung verschiedener Materialien und Materialkombinationen. Zudem wird die Verwendung spezieller Schraubverfahren für neue Verbindungselemente zur Umsetzung anwendungsspezifischer Prozessabläufe ermöglicht. Die gesteuerte Zustellbewegung bietet jetzt die Möglichkeit, bei zukünftigen Materialien und Materialpaarungen wie Kohlenstoffverbundwerkstoffe und CFK genaue Zustellabläufe und Umschaltpunkte zu definieren. Das neue Montagesystem arbeitet mit maximal 8.000 Umdrehungen pro Minute bei maximal 15 Newtonmeter Drehmoment. Durch den geregelten elektrischen Antrieb des Vorschubs lassen sich beliebige Positionen zielgenau anfahren. Das ermöglicht ein sicheres Halten der Schraube durch den Steckschlüssel, was bei Unterflurverschraubungen notwendig ist. Darüber hinaus verkürzt sich dadurch die Taktzeit je Verschraubung, da nur noch ein kurzer Zustellhub auszuführen ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der adaptiven Montageeinheit ist die zentrale Einleitung der Andruckkraft in der Schraubachse. Andruckkräfte bis 3.000 Newton führen damit nicht mehr zu Querbelastungen, was sich wiederum positiv in Bezug auf Verschleiß von Lagern und Führungen auswirkt. Ein kompakter und gewichtsoptimierter Aufbau ist sichergestellt. Durch das geringe Gesamtgewicht eignet sich die Einheit für den Robotereinsatz. Durch die schlanke Bauform mit einer Baubreite unter 170 Millimeter und minimalen Störkonturen können auch schwer zugängliche Schraubstellen erreicht werden. Das Schraubsystem kann durch Austausch der schraubenspezifischen Baugruppen einfach an unterschiedliche Verbindungselemente angepasst werden. Der modulare Aufbau in Verbindung mit Schnellwechselfuttern macht das System wartungsfreundlich. Optional kann das System mit einem automatischen Werkzeugwechselsystem ausgestattet werden.

Die Schraubenzuführung ist in zwei Varianten lieferbar: Schraubenzuführung über Schlauch oder Bereitstellung über Wechselmagazin. Um den hohen Anforderungen im Sinne von Wartungs- und Servicefreundlichkeit gerecht zu werden und Ausfallzeiten zu minimieren, ist die Montageeinheit modular aufgebaut. Komponenten, die kontinuierlich in Berührung mit dem Bauteil oder dem Verbindungselement kommen und dadurch höherem Verschleiß ausgesetzt sind, können ohne Werkzeug und besondere Kenntnisse per Knopfdruck getauscht werden. Und: Mechanische und elektrische Schnittstellen sind vorbereitet für den schnellen Anbau einer Kamera oder eines Laserpointers zur Dokumentation der Schraubstellengeometrien, der Zugänglichkeitsprüfung der Schraubstellen oder dem komfortablen „Teachen“ der Schraubpositionen. bw

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