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Zweifachschrauber sorgen bei Momenten bis 1000 Nm für Null-Fehler-Montage

19.11.2008
Mehrfachschrauber sind heutzutage fast schon Standard, nicht nur in der Automobilindustrie, sondern auch bei der Fertigung von Bau- und Landmaschinen.

Kein Standardwerkzeug ist jedoch ein ganz besonderer Zweifachschrauber, der seit anderthalb Jahren im Mannheimer Traktorenwerk von John Deere im Einsatz ist. Denn er schafft Drehmomente bis 1000 Nm, stellt sich automatisch auf unterschiedliche Schraubbilder ein, überprüft, ob die Verschraubungen korrekt abgearbeitet wurden, und dokumentiert alle Schraubergebnisse.

Die digital überwachten Schraubspindeln der Tensor-ST-Bauart und die zugehörigen Power-Focus-Steuerungen, die das möglich machen, stammen von Atlas Copco Tools. Sie erlauben es auch, diesen Spezialschrauber in das übergeordnete Produktionsleitsystem des Traktorenwerks einzubinden. Das ist die Voraussetzung für die von John Deere bei sicherheitskritischen Schraubverbindungen angestrebte höchste Stufe an Prozesssicherheit in der Schraubmontage: die Null-Fehler-Montage.

Der Zweifachschrauber ist mitsamt seinen Steuereinheiten und einer pneumatisch unterstützten Hubvorrichtung in einen Rollwagen eingebaut. So können ihn die Werker mühelos bewegen und praktisch schwerelos von unten an die Traktorchassis ansetzen, die an Gehängen schwebend die Montagelinie durchlaufen.

Zweifachschrauber ist in Rollwagen eingebaut

Gebaut hat den Schraubwagen Innovatec, ein auf Montagevorrichtungen spezialisierter Maschinenbauer aus Zweibrücken. Als Schraubspindeln fungieren zwei Tensor-ST-Stabschrauber, die normalerweise als handgeführte Werkzeuge eingesetzt werden.

Der Schraubwagen wird in zwei Fällen eingesetzt. Erstens bei allen Traktoren mit gefederten Vorderachsen und Allradantrieb: Bei diesen Modellen ist mit vier M20-Schrauben (Drehmoment 610 Nm) der sogenannte Lagerbock für das Schubrohr zu montieren, das die Kraft vom Getriebe auf die Vorderachse überträgt. Zweitens wird mit dem Schraubwagen bei einem kleineren Traktormodell die Vorderachsaufhängung montiert, ebenfalls mit vier M20-Schrauben (Drehmoment 550 Nm). In beiden Fällen sind die fraglichen Schrauben bereits an einem vorgelagerten Arbeitsplatz vorangezogen worden, damit die zu montierenden Bauteile am Gehänge nicht abfallen.

Um alle vier Schrauben schließlich aufs Endmoment anzuziehen, muss der Zweifachschrauber jeweils nur zweimal angesetzt werden. Der Schraubvorgang läuft zweistufig ab, mit einer schnellen Eindrehphase und einem langsameren Endanzug. Die für die Drehmomente geforderte Toleranz von höchstens ±10% wird locker eingehalten. In der Tat sind die Tensor-ST-Spindeln sogar für eine Drehmomentgenauigkeit von ±5% ISO-zertifiziert. Und auch bei den Drehmomenten haben sie noch Reserven: Bis zu 1000 Nm sind möglich.

Dokumentationsfähige Schrauber verbessern Qualität

Früher montierten die Werker die Lagerböcke und Vorderachsaufhängungen per Impulsschrauber. Im Zuge von Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung hat man sich bei John Deere entschieden, für diese als sicherheitskritisch eingestuften Verschraubungen ein dokumentationsfähiges Schraubsystem einzuführen, vor allem, um sicherzustellen, dass keine Schraube vergessen wird.

Denn die Traktorchassis wandern anschließend direkt in die Lackierstraße, wo ihnen die typische grüne Hausfarbe verpasst wird. Unter der dicken Lackschicht ist dann aber nicht mehr feststellbar, ob die Schrauben nur vorangezogen oder korrekt montiert worden sind.

Zwar werden bei jedem Traktor vor der Auslieferung die Grundfunktionen getestet. Doch wenn diese Schrauben nicht richtig angezogen wären, würde das nicht sofort auffallen, sondern erst später beim Kunden.

Zweifachschrauber stellt sich automatisch auf Schraubenabstände ein

Die Schraubbilder sind bei beiden Schraubfällen unterschiedlich. Der Zweifachschrauber stellt seine Abtriebsachsen automatisch auf die unterschiedlichen Schraubenabstände ein, gesteuert durch die Entnahme der entsprechenden Stecknüsse aus einem Magazin. Die Schraubersteuerung weiß, welches Traktormodell gerade zur Montage ansteht. Würde der Werker es mit den falschen Stecknüssen versuchen, blockiert der Schrauber.

Die Vorderachsaufhängungen (zweiter Fall) werden wegen der schlechten Zugänglichkeit mit taillierten Schraubnüssen montiert. Dabei unterscheiden sich auch noch die Spindelabstände der ersten und der zweiten Doppelverschraubung. Derzeit muss der Werker deshalb noch manuell per Knopfdruck auf den anderen Schraubabstand umstellen.

Zweifachschrauber soll in Produktionsleitsystem eingebunden werden

Im Zuge der Kompletteinbindung des Zweifachschraubers in das übergeordnete Produktionsleitsystem des Traktorenwerkes soll aber auch dieser Vorgang zukünftig automatisiert über den Leitrechner ablaufen. Bei John Deere fiel die Entscheidung auf diese Schraubspindeln, weil man sich hinsichtlich Dokumentation und Vernetzung weiterentwickeln wollte, ohne jedoch eine Insellösung zu schaffen.

Dabei kam die zugehörige Netzwerk-Software namens Toolsnet sehr gelegen. Sie hilft bei der Sammlung der Schraubdaten und bei der Prozessoptimierung. So kann man jederzeit über einen Standard-Web-Browser auf historische Daten, Statistiken und Prozessfähigkeitskennzahlen zugreifen oder Schraubdaten in Echtzeit betrachten. Die Schraubersteuerung wurde beispielsweise so programmiert, dass bei jedem N.-i.-O.-Schraubfall die Schraubkurve gespeichert wird.

Schrauber bewältigen 500000 Arbeitszyklen mit gleicher Genauigkeit

Nicht zuletzt habe auch die hohe Anzahl von 500000 Arbeitszyklen mit gleichbleibender Genauigkeit und der damit verbundene geringe Wartungsaufwand für die Tensor-ST-Schraubspindeln gesprochen. Zudem sind sie auch noch sehr schnell.

Dass der synchron anziehende Zweifachschrauber – auch dank dieser schnellen Tensor-ST-Spindeln – daher die Montagezeiten verkürzt, ist jedoch letztlich nur ein angenehmer Nebeneffekt gewesen. Vielmehr sei es vor allem darauf angekommen, dass sich die beiden Spindeln quasi gegenseitig abstützen und so trotz der hohen Drehmomente keine Reaktionskräfte in die an Ketten frei hängenden Traktorchassis einleiten.

Sonst könnten die Chassis in Bewegung geraten und sich die Ketten verdrehen. Das wäre ein Sicherheitsrisiko und würde die Fördertechnik belasten.

Schraubersteuerung kann Werker vor schlechter Verschraubung warnen

Stellt die Schraubersteuerung während der Montage eine N.-i.-O.-Verschraubung fest, teilt sie das dem Werker über ein Lichtsignal und eine Hupe mit. Außerdem ist der Schrauber so programmiert, dass er im N.-i.-O.-Fall die Schrauben um eine Umdrehung löst. So wird dem Werker klargemacht, dass er diese Schrauben noch mal richtig anziehen muss.

Damit sorgt der Schraubwagen für eine hohe Disziplin bei der Montage. Zusätzlich würden nach erfolgter Anbindung an den Leitrechner fehlerhafte Verschraubungen automatisch in ein Nacharbeitssystem eingetragen. Somit ist einhundertprozentig gewährleistet, dass kein fehlerhafter Traktor das Werk verlässt.

Fertigung mit Losgröße eins

In seinem Mannheimer Werk fertigt John Deere zweischichtig rund 39000 Traktoren pro Jahr auf einer einzigen Linie. Rund 40% davon werden mit dem Schraubwagen bearbeitet. Gefertigt wird rein auftragsbezogen mit Losgröße eins.

Alle Traktoren sind bereits verkauft. Von der Bestellung bis zur Auslieferung vergehen gerade mal sechs Wochen. Und das bei einer sehr großen Ausstattungsvielfalt.

So können die Kunden beispielsweise allein unter 540 verschiedenen Reifengrößen wählen. Insgesamt gibt es 18 Modelle mit 54 bis 149 kW. Gebaut wird höchstens zwei Mal im Jahr der gleiche Traktor. Wäre man ein Automobilwerk, würde vom Kleinwagen bis zum Lkw alles auf einem Band laufen.

Leszek Irla ist Produktmanager gesteuerte Elektroschrauber und Messsysteme bei der Atlas Copco Tools Central Europe GmbH, 45141 Essen.

Leszek Irla | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/montageundhandhabungstechnik/articles/154780/

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