Tensorschrauber

Intelligent schrauben

Effiziente Motormontage durch elektronische Steuerung
Das elektronische Schlüsselbrett (links) des Tensorschraubers enthält acht Steckschlüssel. Eine Leuchtdiode signalisiert, welches Bit für die gerade anstehende Schraubaufgabe zu entnehmen ist.
MTU baut nicht nur robuste Großmotoren, sondern fertigt auch die zugehörige filigrane Steuerungselektronik in Eigenregie. Bei deren Montage werden selbstschneidende Schrauben zweistufig in Kunststoff eingeschraubt – mit dokumentationsfähigen Tensorschrauber von Atlas Copco Tools, sogar mit automatischer Schraubenzuführung.

Beim Thema Schrauben denkt man in Verbindung mit dem Motorenhersteller MTU zuerst an riesige Bolzen, die mit hohen Drehmomenten gewaltige Motorblöcke zusammenhalten. Denn MTU Friedrichshafen, ein Unternehmen der Tognum-Gruppe, fertigt Großmotoren bis 9.100 Kilowatt Leistung, die beispielsweise Schiffe, Lokomotiven, Stromerzeugungsaggregate, Industrie- und militärische Fahrzeuge antreiben. Doch bei MTU müssen auch sehr kleine Schrauben mit Drehmomenten zwischen nur 0,4 und fünf Newtonmetern exakt angezogen werden. Die kleinen Schrauben finden sich an den Baugruppen der Motor-Elektronik, die teilweise direkt am Motor befestigt sind, und in den Automations- und Überwachungssystemen, die zu jedem Motor gehören. Für die Branche ungewöhnlich ist, dass MTU seine Elektronikkomponenten selbst fertigt. „Das ist ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber unserer Konkurrenz, die ihre Elektronik zukaufen muss“, betont Jens Kresalek, der bei MTU für die Fertigungsplanung Elektronik zuständig ist.

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Derzeit wird die Elektronikfertigung auf das Pull-Prinzip umgestellt, wodurch alle Abläufe optimiert werden sollen. Dazu gehört auch die Schraubmontage, in der früher vor allem einfache Elektroschrauber der Bauarten ELI und EBL von Atlas Copco Tools eingesetzt wurden. „In unsere neuen Fertigungsinseln haben wir viele Montageinhalte gepackt und bündeln relativ viele Schrauber an einem Arbeitsplatz. Da ist die Verwechslungsgefahr groß“, sagt der Fertigungsplaner. Bei der Montage der Motorregler für eine neu aufgelegte Motorenbaureihe kam zudem die interne Anforderung, die Schraubergebnisse künftig rückverfolgen zu können. Die Lösung dafür fand Jens Kresalek in dokumentationsfähigen Tensor-SL-Schraubsystemen von Atlas Copco Tools. Wo keine Dokumentationspflicht besteht, setzt er auch gerne Tensorschrauber der DL-Baureihe ein.

Handgelenk entlastet

An allen Tensorschraubern (SL- wie DL-Modelle) schätzt der Diplomingenieur besonders die Möglichkeit, einen so genannten Bit-Selektor anschließen zu können. „Damit können wir jede Menge Schrauber sparen.“ Denn dieses elektronische Schlüsselbrett enthält bis zu acht Steckschlüssel. Eine Leuchtdiode neben dem Steckschlüssel signalisiert, welcher für die gerade anstehende Schraubaufgabe zu entnehmen ist. Die entsprechenden Schraubparameter werden dann automatisch in der Schraubersteuerung aufgerufen. Sie weiß auch, wie viele Schrauben mit diesen Parametern anzuziehen sind, zählt also die Gruppe mit. Für den Werker bedeutet das eine Arbeitserleichterung. Mitzählen ist überflüssig, ihm wird vorgegeben, welchen Bit er nehmen muss – und wenn das System „i. O.“ sagt, kann er sicher sein, dass er alle Schrauben korrekt angezogen hat. Wird ein falscher Steckschlüssel aus dem Selektor gezogen, blockiert der Schrauber. Jens Kresalek betont die Verwechslungssicherheit des Tensor-SL-Schraubsystems: „Ich kann den Arbeitsablauf der Mitarbeiter steuern, die Schraubreihenfolge festlegen und die Gruppenanzahl überwachen. Damit haben wir den Schraubprozess unter Kontrolle und können sicher sein, dass alle Schrauben tatsächlich korrekt angezogen sind – und wir können das dokumentieren.“

Dass mit den Tensorwerkzeugen alle Schrauben zweistufig angezogen werden, hatte zunächst ergonomische Gründe. Denn auf diese Weise ließ sich (gegenüber einstufigem Anziehen) der Ruck, also das Reaktionsmoment, deutlich verringern, das aufs Handgelenk des Werkers einwirkt, wenn der Schrauber beim Erreichen des vorgegebenen Drehmoments abschaltet. Damit wollte sich der Fertigungsplaner nicht begnügen: „Ich habe festgestellt, dass zweistufiges Anziehen auch konstruktive Vorteile bietet. Wenn ich die Schraubkurve auf dem Monitor betrachte, sehe ich, was bei der Verschraubung passiert und welche konkreten Verbesserungen das zweistufige Verschrauben bringt.“ Um die Ergonomie und den Bedienkomfort für die Werker noch weiter zu verbessern, wurde der Schrauber an einem Drehmomentarm befestigt, der das restliche Reaktionsmoment abfängt. Das Resultat: Null Belastung auf das Handgelenk. Das macht das Arbeiten mit dem neuen Tensor SL spürbar komfortabler und führt zu schneller Akzeptanz durch die Werker.

30 Prozent weniger Montagezeit

Weil für die neue Motorenbaureihe BR1600 mit bis zu 20.000 Stück eine wesentlich höhere Jahresproduktion prognostiziert wird als bei der Vorgängerserie (6.000 bis 6.500 Stück), wurde das Tensor-SL-Schraubsystem am Montageplatz der zugehörigen Motorsteuerung (ADEC, Advanced Diesel Engine Control) zusätzlich mit einer automatischen Schraubenzuführung von Böllhoff ausgerüstet. Damit sinkt die Montagezeit um rund 30 Prozent.Denn bei besagter Motorsteuerung sind allein 41 Schrauben notwendig, um die Platine im Alu-Druckgussgehäuse zu befestigen: 23 Schrauben werden mit 0,8 Newtonmetern Drehmoment für die Leiterplatte benötigt, hinzu kommt die Montage von vier Steckern mit 18 weiteren Schrauben, die selbstschneidend sind und mit langsamer Einschraubstufe in Kunststoff eingedreht werden. Weitere 17 Schrauben (2,8 Newtonmeter Drehmoment) dienen der Befestigung und Abdichtung des Gehäusedeckels. Dieser muss die Elektronik zuverlässig vor Umwelteinflüssen schützen, selbst wenn der Motor später einmal mit dem Hochdruckreiniger bearbeitet wird. „Wenn da keine Dichtigkeit gegeben ist, führt das unweigerlich zum Ausfall“, sagt Jens Kresalek. Damit es nicht dazu kommt und um immer sichere Schraubergebnisse zu erzielen, werden die Schraubsysteme halbjährlich kalibriert.

Derzeit werden in der Fertigungsinsel neben dem Motorsteuergerät ADEC zwei weitere Baugruppen montiert. Welche davon gerade zur Montage ansteht, wird der Schraubersteuerung per Barcode-Scanner mitgeteilt. Dazu hängen am Arbeitsplatz kleine Magnettafeln mit Barcodes. Wenn auf eine andere Baugruppe gerüstet wird, nimmt sich der Werker die entsprechende Tafel und scannt den Code. Die Steuerung ist entsprechend umprogrammiert und weiß sofort, wie viele Schrauben nun mit welchen Parametern zu montieren sind. Bei einem Typenwechsel fallen am Montageplatz nur sehr kurze Rüstzeiten an.

Thomas Schöppl/ff

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