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Kugelgehäuse fehlerfrei montiert

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.

Werkerführung und Positionserkennung gegen Montagefehler

Kurbelgehäuse fehlerfrei montiert

Weil die Produktqualität für den Automobilzulieferer HPP an oberster Stelle steht, prüft das schwäbische Unternehmen seine Erzeugnisse zu 100 %. 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.

Essen, Oktober 2016. - "Wir sind ein Nischenspezialist und bieten der Automobilindustrie die Fertigung kompletter Baugruppen an", umschreibt Arbeitsvorbereiter und Industrietechniker Steffen Bauer das Leistungsspektrum der HPP GmbH, die beispielsweise Schwenklager, Pumpen- und Getriebegehäuse sowie weitere Kernkomponenten der Fahrzeug-Antriebstechnik herstellt. Am Beispiel des Kurbelgehäuses eines besonders PS-starken Sondermotors geht Bauer näher auf die einzelnen Produktionsschritte ein: "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 süddeutsche 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. Diese verbessert den Fertigungsfluss in wesentlichen Punkten, wie der Industrietechniker zufrieden feststellt.

16 Schraubfälle, drei Durchgänge

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 5 Nm vorgezogen. Über eine Wegesteuerung mit verschiedenen Drehwinkeln werden alle Schrauben anschließend aufs Endmoment angezogen. (Bild: Atlas Copco Tools)

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.

"Malen nach Zahlen"

Die Schraubsteuerung gibt die Anziehreihenfolge vor und zeigt sie auf einem Touchscreen an. Derzeit wird Schraube Nummer 10 montiert (Fadenkreuz), danach ist die orange umrandete 11 an der Reihe. Wird der Schrauber auf eine falsche Schraube aufgesetzt, erkennen die Positionssensoren den Fehler sofort und geben das Werkzeug nicht frei.

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 große 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."

Statt 50 nur noch 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 5 Newtonmeter (Nm) 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° weitergedreht. "Der Drehwinkel als Steuergröße und die Überwachung des Drehmoments bringen uns genau die gewünschten Vorspannkräfte", sagt Montagespezialist Bauer, der sich über einen Produktivitätssprung freut. "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, noch dazu bei verbesserter Ergonomie und höherer Sicherheit."

“ Der Zusammenbau von Kurbelgehäusen brauchte bei konventioneller Technik 30 bis 50 Minuten. Mit der Tensor-Schraubspindel benötigen wir kaum noch 15 Minuten. Durch den Montagearm ist auch die Ergonomie besser geworden. ”

Steffen Bauer , Arbeitsvorbereiter und Industrietechniker der HPP GmbH in Bad Friedrichshall

Drehwinkel automatisch überwacht

Über Winkelgeber in der X-, Y- und Z-Achse des flexiblen Montagearms wird die exakte Position des Schraubers jederzeit abgefragt. Die intelligente Schraubtechnik stellt sicher, dass nur die vorgesehenen Schraubverbindungen angezogen werden können. Das vermeidet Verspannungen in den Bauteilen, wie sie durch Abweichungen von der Anziehreihenfolge entstehen könnten, und erhöht die Qualität. (Bild: Atlas Copco Tools)

"Ganz im Sinne der 100-Prozent-Qualitätsphilosopie bei HPP bewahren uns clevere Details der Montagestation vor zahlreichen Fehlermöglichkeiten." Beispielsweise bliebe der banale Fehlgriff in eine Kiste mit zu kurzen Schrauben bei einer nicht überwachten Fertigung unter Umständen unentdeckt. Der Techniker Bauer kennt die möglichen Konsequenzen: "Das kann im späteren Betrieb von mangelnder Stabilität bis zum Versagen des ganzen Motors führen."

Die automatische Drehwinkelüberwachung des Atlas-Copco-Systems hingegen entlarvte solch ein Vertauschen schon im Schraubprozess und schlüge umgehend Alarm. Ebenso erfolglos bliebe der Versuch, etwa eine Stecknuss der falschen Schlüsselweite zu verwenden, was Schraubenköpfe beschädigen könnte. "Das Selektor-Steckschlüsselmagazin mit seinem Induktivsensor ist gleichfalls in die Schraubstation integriert und tauscht seinen Status mit dem Montagesystem aus."

Wird unmittelbar vor Ort in der Fertigung ein schneller Überblick benötigt, lassen sich die Montagedaten der zurückliegenden 5000 Schraubfälle direkt am Display abfragen. Zudem speist die Station in Echtzeit sämtliche Montageinformationen in das HPP-eigene Dokumentationssystem ein. "Dort liegen in Zukunft dann weit zurückliegende Anziehresultate abrufbereit. Sollte es in kommenden Jahren einmal einen Reklamationsfall geben, können wir rückführbar nachweisen, dass alle Anziehparameter korrekt umgesetzt wurden", blickt Steffen Bauer gelassen nach vorn.

(Autor: Heiko Wenke, Atlas Copco Tools Central Europe GmbH, Essen)

Über die Böllinger-Gruppe


Die Böllinger-Gruppe vereint vier Unternehmen aus den Sparten Produktion und Dienstleistung, die von der Beschaffung über das Projektmanagement und den Guss bis zur Endbearbeitung des Materials und der industriellen Qualitätssicherung tätig sind. Das Hauptaugenmerk der Gruppe, für die rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter tätig sind, liegt auf der Automobilindustrie, insbesondere auf der Motoren- und Antriebstechnik.


Der Firmenname HPP geht auf die Abkürzung des englischen Begriffs High Performance Production zurück, was sich mit Hochleistungsbearbeitung übersetzen lässt. Und die lebt der baden-württembergische Hersteller in seinem Werk in Bad Friedrichshall: Auf modernsten Fünf- und Sechs-Achsen-Bearbeitungszentren sowie mit computerunterstützten Montagewerkzeugen produziert HPP in seiner klimatisierten Fertigung Bauteile mit höchsten Anforderungen an die Komplexität. Egal, ob es um Prototypen oder Sonderserien geht - die 70-köpfige HPP-Mannschaft ist darauf spezialisiert, aus Ideen einbaufertige Komponenten werden zu lassen. Mehr unter www.boellinger-group.de