Fügeverfahren Schrauben
Durch axiale Drehbewegung werden Bauteile durch Formschluss miteinander verbunden
Im Fügeverfahren des Schraubens werden Komponenten mit axialer Drehbewegung durch Formschluss verbunden. Durch entsprechendes Drehmoment beim Anziehen der Schraube wird eine Vorspannung in die Verbindung eingebracht, welche durch Reibschluss in den Gewindeflanken eine Selbsthemmung gegenüber Losdrehen erzeugt. Zusätzlich können noch Losdrehsicherungen wie Kleber oder Lacke verwendet werden, welche ein Absinken der Vorspannkraft verhindern.
Das Schrauben ist eine flexible und zuverlässige Verbindungstechnik, die sich in der modernen Fertigung vielseitig einsetzen lässt. Sie ermöglicht sowohl temporäre als auch dauerhafte Verbindungen und ist daher für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet.
In Verbindung mit Automatisierung sorgt die Schraubtechnik für hocheffiziente, konsistente und zuverlässige Montageprozesse und senkt gleichzeitig die langfristigen Kosten.
Der Schraubvorgang
Die Schraube wird in eine Vorbohrung im Bauteil eingesetzt. Anschließend wird mithilfe eines Schraubendrehers eine axiale Drehbewegung ausgeführt, um das Gewinde der Schraube in das Bauteil einzudrehen.
Das aufgebrachte Drehmoment erzeugt eine axiale Klemmkraft, auch Vorspannung genannt, die die verbundenen Teile zusammenpresst. So entsteht eine formschlüssige Verbindung.
In der Industrie wird das Schrauben automatisiert, um die Effizienz zu steigern und eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten. Dies wird durch spezielle Schraubsysteme ermöglicht, mit denen sich das Drehmoment, der Drehwinkel und der Weg exakt steuern lassen.
Roboter-Montagesystem für Schraubelemente
Ausführung als EOAT-Werkzeug oder Arbeitsplatz für Roboter
Das flexible Schraubsystem ermöglicht eine vollautomatische und zuverlässige Schraubverbindung. Der überwachte Schraubvorgang verhindert Fehler und gewährleistet eine konstant hohe Verbindungsqualität. Das Schraubsystem kann auf einem Gestell aus geschweißten Stahlprofilen montiert und als stationärer Roboterarbeitsplatz A240-SAS verwendet werden. Es kann auch direkt als Endeffektor Werkzeug A230-SAS am Arm eines Roboters angebracht werden.
Mit diesem Schraubautomat können verschiedene Arten von Schraubelementen installiert werden, darunter Standardschrauben, Gewindeeinsätze, gewindefurchende (gewindeformende) Schrauben und Fließformschrauben. Mit diesem Werkzeug können die meisten Schrauben- und Gewindeeinsatzanwendungen mit einem Drehmoment von bis zu 40 Nm ausgeführt werden. Eine weitere Version des Werkzeugs für gewindeformende Schrauben liefert ein Drehmoment von bis zu 80 Nm.
Automatisierter Prozessablauf
Der Roboter nimmt das zu bearbeitende Bauteil auf und führt es dem Schraubautomaten zu. Die übergeordnete Steuerung gibt die Freigabe zum Verschrauben. Der Setzvorgang startet, sobald sich ein Schraubelement in Setzposition befindet. Ein integriertes Wegmesssystem gibt das Startsignal für den Schraubvorgang.
Treten hierbei Abweichungen zu den Sollvorgaben auf, beispielsweise bei der Blechdicke des Bauteils oder der Höhe des Verbindungselements, wird der Setzvorgang abgebrochen und eine Fehlermeldung an die übergeordnete Steuerung gesendet. Dadurch ist ein fehlerhafter Setzvorgang nahezu ausgeschlossen. Der Setzvorgang erfolgt drehmomentgesteuert. Sobald das vorgegebene Drehmoment erreicht ist, wird eine Meldung ausgegeben, die den erfolgreichen Abschluss des Vorgangs bestätigt.
Vorteile des Schraubsystems
Das Montagesystem erzielt dank paralleler Zuführ- und Schraubprozesse eine hohe Produktivität. Während eine Schraube gesetzt wird, wird bereits das nächste Verbindungselement zugeführt und bereitgehalten. Dadurch fließt die Beladezeit nicht in die Taktzeit ein, was zu einem schnelleren Durchsatz führt. Die optimierte Synchronisation von Zuführ- und Schraubvorgängen sorgt für eine hohe Prozesseffizienz und reduziert Leerlaufzeiten in der Montagesequenz.
Alle kritischen Komponenten bestehen aus verschleißfesten Materialien und sind für hohe Belastungen in industriellen Umgebungen ausgelegt. Die robuste Konstruktion minimiert die Abnutzung, reduziert die Wartungshäufigkeit und gewährleistet eine zuverlässige, langfristige Leistung unter dauerhaften Produktionsbedingungen.
Alle relevanten Komponenten sind leicht zugänglich. Die stabile Konstruktion des Systems gewährleistet zudem eine hohe Betriebssicherheit. Der übersichtliche Aufbau und die modulare Bauweise ermöglichen eine schnelle Fehlerbehebung und sichern die langfristige Verfügbarkeit.
Sowohl die Schraubvorrichtung als auch das Zuführsystem sind kompakt und platzsparend aufgebaut. Dadurch lassen sie sich leicht in bestehende Produktionslinien oder in Montagezellen mit begrenztem Platzangebot integrieren. Das kompakte Design führt außerdem zu kürzeren Kabelstrecken und einer optimierten Ergonomie. Dies vereinfacht die Installation und Wartung und spart gleichzeitig wertvolle Stellfläche.
Die Zuführeinheit des Systems ist außerhalb der Robotersicherheitszelle positioniert. Dadurch haben Bediener und Wartungstechniker einfachen Zugang. Verbindungselemente können schnell nachgefüllt, Sichtprüfungen durchgeführt und Wartungsarbeiten ausgeführt werden, ohne dass die Produktion unterbrochen oder der geschützte Bereich des Roboters betreten werden muss. Somit werden die Ausfallzeiten für Wartungs- und Ladevorgänge minimiert.
Das System bietet für jeden Montagevorgang umfangreiche Überwachungs- und Auswertungsfunktionen. Zu Dokumentations- und Rückverfolgbarkeitszwecken werden alle relevanten Prozessdaten erfasst, ausgewertet und gespeichert. Diese Funktionen garantieren eine gleichbleibend hohe Qualität und gewährleisten vollständige Prozesssicherheit. Abweichungen oder Unregelmäßigkeiten werden sofort erkannt, sodass Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können, bevor fehlerhafte Teile die Produktionslinie verlassen.
Mithilfe einer grafischen Benutzeroberfläche wird der Schraubvorgang anhand einer Drehmoment-Drehwinkel- bzw. einer Drehmoment-Weg-Auswertung visualisiert. Durch diese Echtzeit-Visualisierung kann jede Schraubverbindung präzise analysiert werden. Somit ist sichergestellt, dass alle Verbindungen die festgelegten Anforderungen an Qualitätssicherung und Dokumentation erfüllen.
Die Steuerungssoftware ermöglicht eine schnelle Anpassung des Systems an unterschiedliche Situationen. Dadurch ist das Montagesystem ideal für flexible Produktionsumgebungen geeignet, in denen sich der Montageprozess ändern kann. Durch das Bearbeiten der Programmparameter lassen sich verschiedene Anwendungsszenarien abdecken.
Anwendungsbeispiele
Bei der Montage von Fahrzeugchassis, Aufhängungen und Karosseriebauteilen spielen vollautomatische Schraubsysteme eine entscheidende Rolle. Im Chassis befestigen robotergestützte Schrauber mit präziser Drehmomentsteuerung Achsträger, Querträger sowie Motor- und Getriebehalterungen.
Das automatisierte Schrauben in Aufhängungs- und Lenksystemen gewährleistet, dass Querlenker, Federbeinbaugruppen und Halterungen mit höchster Präzision verschraubt werden. Diese Verbindungen müssen kontinuierlichen dynamischen Belastungen standhalten und während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs für eine sichere Befestigung sorgen.
Bei Rohkarosserien und Strukturmodulen kommt die Schraubverbindung neben Nieten und Schweißen auch dann zum Einsatz, wenn verschiedene Werkstoffe wie Aluminium, hochfester Stahl und Verbundwerkstoffe flexibel miteinander verbunden werden sollen. Typische Anwendungsbereiche sind kollisionsrelevante Verstärkungen, Sitzrahmen und Batteriegehäuse von Elektrofahrzeugen.
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