Tech in Use : Montage mit elektrischen Impulsschraubern

Elektrische Impulsschrauber gibt es kaum auf dem europäischen Markt. Desoutter hat einen im Programm, den ELRT. „Das Schraubsystem vereint die Vorzüge einer elektronischen Steuerung mit dem pulsförmigen Eintrag des Drehmoments, wodurch sich die Verschraubung bereits zwischen den Pulsen setzen kann“, erklärt Michael Loosen, Produktmanager bei der Desoutter GmbH in Maintal. „Zudem ergeben sich in den Verbindungen konstantere Vorspannkräfte.“ Der ELRT entdecke Verschraubungs-, Gewinde- oder Materialfehler schon während der Montage, betont Loosen. „Er zieht Schrauben oder Muttern drehmomentgesteuert und mit Drehwinkelüberwachung an und kann die Schraubdaten speichern.“

Unternehmen können mit diesem System interne Vorgaben mehrerer Abteilungen lösen, etwa aus der Planung, der Qualitätssicherung und der Fertigung. Eingesetzt werden die Tools unter anderem in der Triebsatzfertigung bei VW Nutzfahrzeuge in Hannover. Hier forderte die Qualitätssicherung, die Verschraubungen der Elektrokontakte mit einem überwachenden und dokumentationsfähigen Werkzeug anzuziehen, unter anderem, um eine stetige Mindestvorspannkraft sicherzustellen. Auch verfolgt die Planungsabteilung das Ziel, alle sicherheits- und funktionskritischen Verschraubungen mit überwachender Technik anzuziehen. Damit würde die in einer VW-eigenen „Norm“ hinterlegte Vorgabe des Vier-Augen-Prinzips für kritische Verbindungen obsolet werden. Wie in der Automobilindustrie üblich und neuerdings auch im Maschinenbau erforderlich, klassifiziert die Konstruktionsabteilung alle Schraubstellen anhand der VDI/VDE 2862 anhand dreier Kategorien: A („sicherheitskritisch“), B („funktionskritisch“) oder C (laut Richtlinie „unkritisch“).

Der elektrische Impulsschrauber erfüllt nicht nur die Vorgaben an ein überwachendes Schraubsystem, sondern ermöglicht es auch, mehrere Verbindungen mit ein und demselben System anzuziehen. Über eine Linienverknüpfung können die Schraubdaten mit dem richtigen Fahrzeug verheiratet werden – so wie im Beispiel VW Nutzfahrzeuge. Bei nicht ordnungsgemäßen Verschraubungen kann die Ausfahrt des Motors oder Bauteils aus der Station gesperrt werden.

Doch was war der Grund, warum man in Hannover die Impulsschrauber anderen überwachenden, gesteuerten Elektroschraubern vorzog? „Die ELRT-Impulsschrauber sind aufgrund ihrer schnellen Einschraubphase deutlich schneller als konstant drehende Elektroschrauber“, sagt Michael Loosen. Zweitens erfolgten die Setzvorgänge in der Verschraubung bereits zwischen den Pulsen. Und die Vorspannkräfte in den Verbindungen seien konstanter, was bedeutet, dass die geforderte Mindestvorspannkraft sicher erreicht wird. „Zudem ist das erreichte Vorspannkraftniveau über viele Verschraubungen konstanter als etwa bei einfachen Druckluft- oder auch Akkuschraubern beziehungsweise überhaupt bei gleichmäßig drehenden Schraubwerkzeugen“, erklärt Loosen. „Denn die Impulse wirken sich positiv auf die Reibungszahlen während der Montage aus und verringern die Reibungsverluste zwischen Schraubenkopf und Gegenlage sowie im Gewinde.“

Mit den Impulsschraubern lassen sich auch Fertigungsprozesse schlanker gestalten. So können bei als sicherheits- oder funktionskritisch klassifizierten Schrauben (Kategorie A und B) gegenüber der Montage mit Druckluft- oder Akkuschraubern mehrere Arbeitsschritte eingespart werden: Während mit solchen einfachen Werkzeugen zunächst vor-angezogen, dann aufs Endmoment nachgezogen und mit einem Drehmomentschlüssel überprüft wird, erledigt der ELRT alle drei Arbeitsschritte in einem. Die eingesparte Fertigungszeit können Unternehmen zum Beispiel nutzen, um weitere Montageinhalte in demselben Takt unterzubringen.

„Die Reaktionsmomente pulsierender Werkzeuge sind gering, so dass die Hand-Arm-Systeme der Mitarbeiter entlastet werden“, betont Michael Loosen weiter. Zudem kommen Anwender mit dem Impulsschrauber auch ihren Zielen näher, möglichst viele Schraubfälle zu standardisieren: So galten in Hannover für die besagten Schraubfälle der Dimension M8 historisch begründet sowohl 20 als auch 23 Newtonmeter als konstruktive Vorgaben; durch die konstantere Vorspannkraft des ELRT konnte der Hersteller nun überall die Vorgabe auf 20 Newtonmeter vereinheitlichen.

Deshalb überzeugte die Lösung letztlich auch die Planung und Fertigung, so dass für den ELRT weitere Verschraubungen hinzugekommen sind; inzwischen sind es pro Motor drei bis zehn Verschraubungen. Alle diese Verschraubungen werden mit Verbindungselementen derselben Festigkeitsklasse ausgeführt. Zudem erkennt das Schraubsystem die unterschiedlichen Schraubfallhärten. Entsprechend der Verzweigung im Parametersatz werden so die erforderlichen Schraubprogramme automatisch ausgeführt. Eine Verschraubungsreihenfolge ist nicht zwingend einzuhalten. „Als Steuergröße dient das Drehmoment von 20 Newtonmeter. Zuzüglich wird der Drehwinkel überwacht, um Fehler wie etwa Gewindefresser auszuschließen“, erklärt der Desoutter-Mitarbeiter. „Der Impulsschrauber wird nur einmal auf das jeweilige Drehmoment eingestellt, die Steuerung entsprechend programmiert, und die Werker können dann einfach nur noch verschrauben.“ Die Daten werden automatisch von der Steuerung gespeichert und an ein übergeordnetes System zur Dokumentation weitergeleitet.

Bislang deckten die ELRT-Schraubwerkzeuge von Desoutter Drehmomente bis 25 Newtonmeter ab; seit Sommer 2016 gibt es nun auch eine Variante bis 45 Newtonmeter. Doch auch für sehr kleine Schrauben, für solche mit höheren Drehmomente sowie vor allem für Werkzeuge ohne Kabel bestünde in der Industrie wohl Bedarf, meint Michael Loosen. „An solchen Lösungen arbeiten wir gerade“, versichert der Produktmanager: So will Desoutter schon in Kürze einen Akku-Impulsschrauber auf den Markt bringen, der ebenfalls dokumentierbar arbeitet. „Den Prototypen gibt es schon“, sagt Loosen. „Unsere Kollegen testen ihn gerade in der Zentrale in Nantes.“