Mit Expertise zum optimalen Zuführsystem

Smartphones, Autos oder Computer: die Produktlebenszyklen werden immer kürzer. Trotzdem benötigt jedes neue Produkt auch das zugehörige Produktionsequipment, das ebenfalls umso schneller geplant und realisiert werden muss, wie beispielsweise die Montageanlage inklusive Zuführtechnik. Viele Informationen und Parameter müssen berücksichtigt werden, um ein optimales Ergebnis im Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten für einen reibungslosen Prozessablauf zu erzielen. Langjährige Erfahrung, Innovationskraft und standardisierte Module für schnelle Verfügbarkeit qualifizieren die Amberger DEPRAG SCHULZ GMBH zum Global Player im Markt der Zuführtechnik. Um die verschiedenen Hintergründe und Zusammenhänge der Zuführbarkeit von Verbindungselementen und deren optimaler Konzeption zu erläutern, hat Thomas Lederer, Anwendungsexperte für Schraubtechnik und Automation bei DEPRAG, in einem Interview einige Fragen beantwortet.

Frage: Die Bereitstellung von Verbindungselementen, wie z.B. Schrauben, per Zuführschlauch ist die bevorzugte Variante der Zuführung, da sie aktuell die höchste Prozesssicherheit und die kürzesten Zykluszeiten ermöglicht. Ob eine Zuführung mit Schlauch möglich ist, bewerten die Experten der DEPRAG in einer Zuführbarkeitsanalyse. Wie erfolgt eine solche Analyse unter Betrachtung aller Eventualitäten?

Lederer: Die zentrale Frage lautet: Ist eine automatische Zuführung der Schrauben über Schlauch möglich und wenn nicht, kann eventuell durch eine einfache Änderung der Schraubengeometrie eine Zuführung über Schlauch dennoch realisiert werden? Eine Möglichkeit die Zuführführbarkeit über Schlauch zu prüfen, bietet eine Näherungsformel (siehe Abbildung 1). Anhand dieser lässt sich die Zuführbarkeit vorab ermitteln. In der Formel wird das Verhältnis Schraubenlänge zu Schraubenkopfdurchmesser ermittelt und daraus der mögliche Winkel einer Schrägstellung des Verbindungselements im Zuführschlauch berechnet. Ist das Winkelergebnis grenzwertig, kommen unsere Spezialisten ins Spiel. Anhand eines Schraubenmaßblattes besteht die Möglichkeit, die tatsächliche Schrägstellung der Schraube im passenden Zuführschlauch mittels CAD-Prüfung festzustellen. Bei einem negativen Ergebnis kann oft durch kleine Änderungen der Schraubengeometrie, wie Reduzieren des Kopfdurchmessers oder Verlängern des Schraubenschaftes eine Zuführbarkeit erreicht werden. Sollte eine Änderung der Schraubenabmessungen nicht möglich sein, bietet sich das Pick-and-Place Verfahren an. Mit dieser Zuführtechnik wird das Verbindungselement in eine klar definierte Position gebracht und steht somit zur Abholung durch das Schraubwerkzeug mittels Vakuum, Greifsystem oder Magnetismus, zielgerichtet bereit. Außerdem erlaubt diese Zuführtechnik über Pick-and-Place auch die Bereitstellung anderer Teile, wie z.B. O-Ringe oder Etiketten.

Frage: Nachdem das Verbindungselement jetzt durch Schlauch oder Pick-and-Place Verfahren zugeführt wurde, muss es jetzt über der Schraubstelle positioniert werden. Dies geschieht mit Hilfe einer Schraubenaufnahme, die als Kugel- oder Schnabelhülse ausgeführt werden kann. Von welchen spezifischen Kriterien hängt die Wahl der Hülse ab und welche Lösungen gibt es für Extremfälle, wie z.B. sehr tiefe Schraubstellen?

Lederer: Die ausschlaggebenden Kriterien für die Schraubenaufnahme sind die verfügbaren Platzverhältnisse am Bauteil. Die Schnabelhülse benötigt Platz zum Öffnen der Schnabelbacken, die Kugelhülse wiederum eine Zentriermöglichkeit im Bereich der Schraubstelle, um eine stabile Position für die Verschraubung zu gewährleisten. Die Art der Schraubenaufnahme wird erst nach ausgiebiger Analyse festgelegt, um die optimale Lösung für höchste Prozesssicherheit und ergonomisches Arbeiten zu ermitteln. Liegt beispielsweise eine tief liegende Schraubstelle vor und die Schraube muss durch eine Senkung geführt werden, kann es passieren, dass die Schraube in die Bohrung fällt und das Kernloch nicht trifft. Sie stellt sich dabei schräg und blockiert damit den Gesamtprozess. Gegen dieses, von uns als „Freier Fall“ genannte Problem, setzen wir das DEPRAG Feed Module ein. Durch vakuumbasierte Schraubenaufnahme, entsprechendem Zustellhub und einem geführten Vakuumröhrchen wird die Schraube bis zur Verarbeitung in die vertiefte Schraubstelle gebracht.

Frage: Stichwort Platzverhältnisse – falls erforderlich, werden Schraubschablonen zur besseren Positionierung der Kugel- oder Schnabelhülsen eingesetzt. Abrutschen auf schrägen Gehäusegeometrien wird so beispielsweise verhindert und die Prozesssicherheit erhöht. Hat das wiederholte Positionieren der Schablone Auswirkungen auf die Taktzeit der Schraubvorgänge?

Lederer: Ja, da die Schraubschablone bei jedem Bauteilwechsel neu aufgesetzt und anschließend wieder entfernt werden muss, ist natürlich mit Taktzeitänderungen zu rechnen. Einen Zeitverlust gibt es jedoch nur unter Vorbehalt, da jede Bohrung in der Schablone konische Führungsfasen besitzt, die das Positionieren der Kugelhülse erleichtern. Mit zunehmender Schraubstellenanzahl kann der Zeitverlust durch das Positionieren und Entfernen der Schablone also kompensiert, bzw. die Gesamttaktzeit sogar verkürzt werden. Der Einsatz von Schraubschablonen wird im Vorfeld, unter Berücksichtigung aller relevanten Gesichtspunkte, präzise analysiert und nur dann umgesetzt, wenn es sich positiv auf die Anwendung auswirkt. Ansonsten beschränkt sich der Einsatz auf Fälle, in denen die Verwendung einer Schablone unausweichlich ist. Dies trifft beispielsweise auf sensible Bauteile aus der Elektronikproduktion zu, wie sie in Smartphones oder Automobilen verwendet werden, um Beschädigungen beim Positionieren des Schraubers durch den Bediener zu verhindern.

Frage: Für den Einsatz einer Mehrfachzuführung gibt es verschiedene Möglichkeiten der Systemauslegung – beispielsweise mittels Verteilersystemen, einem Zwillingsgerät mit Doppelwendel oder einer Kombination aus beidem. Welche Kundenvorteile bieten die beiden Varianten und wovon ist die Entscheidung abhängig?

Lederer: Die Auslegung der Zuführsysteme ist abhängig von der Anzahl der zu versorgenden Schraubsysteme sowie der Produktionsrate. Einfache Verteiler können lediglich vereinzeln, haben jedoch keinen Einfluss auf die Sequenz der Zuführung. Vereinfacht gesagt können damit nur Schraubplätze versorgt werden, die den gleichen Bedarf an Schrauben pro Zeit haben. Vibrationswendelförderer mit Doppelwendel, auch Zwillingsgerät genannt, können zwei Schraubstellen völlig unabhängig voneinander bedienen und so unterschiedliche Bedarfe abdecken. Der Vibrationswendelförderer eacy feed von DEPRAG ist als Zwillingsgerät verfügbar. Er bietet darüber hinaus weitere Vorteile für den Anwender: Mit dem eacy feed sind Energieeinsparungen von 80 % möglich. Zudem ist eacy feed Industrie 4.0-fähig. Mit den standardisierten, modularen DEPRAG Komponenten können beide Konzepte der Mehrfachzuführung auch kombiniert werden, weshalb wir auf verschiedenste individuelle Kundenwünsche reagieren können. Unsere Experten berechnen für die gewünschte Anwendung die ideale Konzeption hinsichtlich der Schraubenanzahl, der Zykluszeitanforderungen, des Gerätebedarfs und der ökonomischen Faktoren. Die Anzahl der Ausgänge ist zwar beliebig erweiterbar, jedoch macht dies nur bis zu einem gewissen Grad in der Anwendung Sinn.

Frage: Die Qualität der zu fördernden Schrauben ist ein relevantes Thema hinsichtlich der Anlagenverfügbarkeit. Je nach Anwendung können die notwendigen Reinheitsgrade höher oder niedriger ausfallen. Wie ermitteln die Experten der DEPRAG den empfohlenen Qualitätswert, um eine möglichst wirtschaftliche und dennoch prozesssichere Anlage zu garantieren?

Lederer: Die Schraubenqualität nach DIN beträgt 3 %, demnach dürfen sich unter 100 Schrauben 3 fehlerhafte Teile befinden. Dies ist für die Verfügbarkeit der Zuführtechnik oft nicht ausreichend. Einen allgemeingültigen Wert für alle Anwendungen gibt es nicht. Höhere Qualitätsstufen wirken sich direkt positiv auf die Anlagenverfügbarkeit aus. Zunächst muss der optimale Reinheitsgrad unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Anlagenverfügbarkeit nach VDI 3423 berechnet werden. Diesen ermitteln unsere Zuführtechnikexperten unter Betrachtung der Ausfallrisiken, um ein aus technischer und wirtschaftlicher Sicht optimiertes und prozesssicheres Gesamtergebnis für unsere Kunden zu erzielen.