Montageüberwachung

Kurbel ohne Fehler

Bedienerführung gegen Montagefehler. Die Produktqualität steht an oberster Stelle – deshalb prüft HPP seine Erzeugnisse zu hundert Prozent. Bei der Montage von Kurbelgehäusen übernimmt gesteuerte Schraubtechnik von Atlas Copco Tools Teile dieser Qualitätsüberwachung – bereits während des Zusammenbaus und in Echtzeit – und führt Bediener sicher durch den Prozess.

Clevere Schraubstrategien, Positionsüberwachung des Montagewerkzeugs und intelligente Werkerführung lösten bei HPP das beschwerliche mehrmalige Anziehen von Hand und die Überprüfung jeder einzelnen Verschraubung mit einem Drehmomentschlüssel ab. (Foto: Atlas Copco Tools)

„Wir sind ein Nischenspezialist und bieten der Automobilindustrie die Fertigung kompletter Baugruppen an“, umschreibt Arbeitsvorbereiter und Industrietechniker Steffen Bauer das Leistungsspektrum von HPP; hierzu gehörten etwa Schwenklager, Pumpen- und Getriebegehäuse sowie weitere Kernkomponenten der Fahrzeugantriebstechnik. Am Beispiel des Kurbelgehäuses eines PS-starken Sondermotors erläutert Bauer einzelne Produktionsschritte: „Von der Rohteilanlieferung über die zerspanende Fertigung und die Dichtigkeitsprüfung der Trennflächen bis zur Montage und anschließenden Funktionsprüfung in klimatisierten Messräumen stellen wir für den gesamten Prozess die höchste Qualität sicher.“ Genau das wisse auch jener Pkw-Premiumproduzent zu schätzen, der den vollständigen Fertigungsprozess für eine Motorenkleinserie an HPP übertragen hat.

Flexibilität auch ohne Handarbeit
Dass Präzision bereits vor dem kritischen Schritt der Schraubmontage das A und O sei, verstehe sich von selbst: „Die Zylinderkopfflächen müssen absolut fluchten, und es gilt, letzte Maßabweichungen an den Bauteilen auf der Getriebe- und Steuerkettenseite im Zusammenbauzustand plan abzufräsen“, sagt Bauer. „Erst wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind und die Maßhaltigkeit in allen Punkten überprüft ist, können wir die Ober- und Unterteile der Motoren ordnungsgemäß zusammenfügen.“ Obgleich HPP im positivsten Sinne manufakturhaft arbeitet, hat sich das Unternehmen für diesen entscheidenden Montageschritt doch von der reinen Handarbeit abgewendet. Zum Verschrauben von Motorenkomponenten, die aus einer robusten Leichtmetalllegierung bestehen, wird eine flexible Schraubstation von Atlas Copco Tools genutzt, die den Fertigungsfluss verbessert. 

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Die Schraubsteuerung gibt die Anziehreihenfolge vor und zeigt sie auf einem Touchscreen an. (Foto: Atlas Copco Tools)

16 Schraubfälle, drei Durchgänge
Atlas Copco installierte an diesem Arbeitsplatz ein gesteuertes Tensor-Elektroschraubsystem in einem AX-1-Montagearm mit Positionserkennung. Neben einem Selektor-Magazin, in dem die unterschiedlichen Steckschlüssel bereitgehalten werden, ist hier ein Touchscreen zur Werkerführung zu finden. Die Station verbannt das beschwerliche mehrmalige Anziehen von Hand und die parallele Überprüfung jeder einzelnen Verschraubung per elektrischem Drehmomentschlüssel in die Geschichte. „Wir montieren jetzt die 16 Schraubfälle des Kurbelgehäuses in insgesamt drei Durchgängen mit lückenloser Überwachung“, beschreibt Steffen Bauer seine prozesssichere Lösung: Die Werker scannen ihren Mitarbeiterausweis und autorisieren sich damit für den Montagevorgang. Auch die Seriennummern der Kurbelgehäuseteile erfassen und verheiraten sie über den Barcode-Scanner. Die beiden in einem Montagebock fixierten Gehäusehälften werden durch acht innere M12- und acht äußere M13-Schauben von unterschiedlicher Länge miteinander verbunden. Nicht irgendwie, sondern in einer ganz bestimmten Reihenfolge und nach einem festgelegten Schema: „Nur so unterbinden wir Verspannungen in den Bauteilen und schließen weitere Fehlerquellen aus“, hebt Steffen Bauer die Bedeutung des gleichmäßigen Zusammenbaus hervor.

Die Winkelsensoren des flexiblen Handling-Arms übermitteln der Power-Focus-4000-Schraubersteuerung permanent die Position des Werkzeugs. Nur wenn dieses wirklich auf der richtigen Verbindung aufgesetzt ist, wird die Schraubspindel für den Anziehprozess freigeschaltet. Das Bildschirm-Display gibt über seine farbige Visualisierung und Nummerierung die Verbindung vor, die als nächste an der Reihe ist. „Damit wird unser Bedienpersonal zuverlässig durch den Zyklus geleitet“, erklärt Bauer. „Optische und akustische Signale am Schrauber, seiner Steuerung und auf dem Touchscreen geben nach jeder Verschraubung eine Rückmeldung.“

Steffen Bauer, Arbeitsvorbereiter und Industrietechniker bei HPP in Bad Friedrichshall. (Foto: Atlas Copco Tools)

Von 50 auf 15 Minuten
Bei jedem der 16 Schraubfälle beginnt der Zyklus mit dem Einfädeln des passenden Steckschlüssels auf den Schraubenkopf. In einer Eindrehphase („Run-down“) werden alle Schrauben zur Kopfauflage gebracht und nach einem Überkreuz-Muster auf das einheitliche Ausgangsdrehmoment von fünf Newtonmeter vorgezogen. Nach dem Erreichen ihres Schwellmoments wechselt die Tensor-Spindel in die Drehwinkelphase und schaltet von Kraft- auf Wegsteuerung um. Sie zieht die M12er Schrauben um 50 Winkelgrade weiter, die M13-Schrauben werden um 70 Grad weitergedreht. „Der Drehwinkel als Steuergröße und die Überwachung des Drehmoments bringen uns genau die gewünschten Vorspannkräfte“, sagt Montagespezialist Bauer. „Was bei konventioneller Technik 30 bis 50 Minuten je Kurbelgehäuse in Anspruch genommen hat, schaffen wir dank der handgeführten Schraubspindel in dem AX-1-Montagearm in weniger als 15 Minuten – bei verbesserter Ergonomie und höherer Sicherheit.“

Drehwinkel automatisch überwacht
Ganz im Sinne der 100-Prozent-Qualitätsphilosopie bei HPP verhindern clevere Details der Montagestation viele Fehlerquellen. Beispielsweise bliebe der banale Fehlgriff in eine Kiste mit zu kurzen Schrauben bei einer nicht überwachten Fertigung unter Umständen unentdeckt. Dies könnte im späteren Betrieb bis zum Versagen des Motors führen. Die automatische Drehwinkelüberwachung des Atlas-Copco-Systems hingegen entlarvt solch ein Vertauschen schon im Schraubprozess. Ebenso erfolglos wäre der Versuch, etwa eine Stecknuss der falschen Schlüsselweite zu verwenden, was Schraubenköpfe beschädigen könnte. Wird unmittelbar vor Ort in der Fertigung ein schneller Überblick benötigt, lassen sich die Montagedaten der zurückliegenden 5.000 Schraubfälle direkt am Display abfragen. Zudem speist die Station in Echtzeit sämtliche Montageinformationen in das HPP-eigene Dokumentationssystem ein. pb

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