Schraubverbidnung

Impulsschrauber versus Elektroschrauber

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Zeitverhalten nimmt Einfluss auf die Prozesszeit

Der Drehwinkel, mit dem die Schraube auf das Enddrehmoment montiert wird, ist gegenüber dem Drehwinkel, der zum Eindrehen der Schraube benötigt wird, normalerweise relativ kurz. Dadurch scheint dieser Vorgang für die Gesamtprozesszeit nicht von Bedeutung zu sein. Bei näherer Betrachtung ergibt sich jedoch ein Zeitverhalten, das je nach Drehwinkel von der Kopfauflage bis zum Enddrehmoment einen bedeutenden Einfluss für die Prozesszeit hat. Bei einer Schraubverbindung, die zehn Umdrehungen benötigt, um die Schraube zur Kopfauflage zu bringen und anschließend einen Winkel von 45° um die Schraube zum Enddrehmoment zu montieren, ergeben sich folgende Relationen: Der Impulsschrauber dreht die Schraube in weniger als einer Zehntelsekunde bis zur Kopfauflage ein, während der gesteuerte Elektroschrauber mit einer Drehgeschwindigkeit von 200 Umdrehungen pro Minute etwa drei Sekunden braucht, um die Schraube zur Kopfauflage zu bringen.

Zur Montage auf das Enddrehmoment benötigt der Impulsschrauber etwa 1,3 Sekunden, der Elektroschrauber schafft es jedoch in 0,4 Sekunden. Trotz der höheren Geschwindigkeit des Elektroschraubers bei der Montage auf das Anziehdrehmoment ergibt sich eine Gesamtmontagezeit von etwa 1,3 Sekunden beim Impulsschrauber und 3,4 Sekunden beim Elektroschrauber. Die aufgewendete Zeit ist in diesem Fall beim Elektroschrauber mehr als doppelt so hoch wie beim Impulsschrauber. Zumindest bei diesem Beispiel scheint sich zu bewahrheiten, dass der Impulsschrauber deutlich schneller ist.

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Verhältnis von Eindrehgeschwindigkeit zu Anziehgeschwindigkeit entscheidend

Geht man jedoch von einer Schraubverbindung aus, die nur fünf Umdrehungen benötigt, um die Schraube einzudrehen und es liegt ein Schraubfall vor, bei dem die Schraube von Kopfauflage bis zum Enddrehmoment noch eine halbe Umdrehung, also 180° gedreht werden muss, so ist der Elektroschrauber bereits deutlich im Vorteil. Beim Eindrehen liegt der Impulsschrauber wieder deutlich vorne. Mit einer Eindrehzeit, die deutlich unter einer zehntel Sekunde liegt, bringt er die Schraube zur Kopfauflage. Der Elektroschrauber benötigt dafür etwa 1,5 Sekunden. Beim Anziehen jedoch benötigt der Impulsschrauber etwa fünf Sekunden, um das Enddrehmoment zu erreichen. Der Elektroschrauber hingegen dreht die Schraube in etwa 1,5 Sekunden bis zum Enddrehmoment. Es ergibt sich eine Gesamtmontagezeit von ca. drei Sekunden für den Elektroschrauber und von fünf Sekunden für den Impulsschrauber.

Gesteuerter Elektroschrauber ist bei höheren Anziehdrehwinkeln überlegener

Es zeigt sich offensichtlich, dass man bei beiden Schraubsystemen nicht nur auf die Leerlaufdrehzahl schauen darf, sondern dass sich ein Verhältnis ergibt, das durch die Anzahl der Gewindegänge beim Eindrehen und den Drehwinkel ab Kopfauflage definiert wird. In dem aufgeführten Fall beträgt das Verhältnis von Eindrehgeschwindigkeit zu Anziehgeschwindigkeit beim Impulsschrauber 7000 Umdrehungen pro Minute/6 Umdrehungen pro Minute. Der Elektroschrauber hingegen bietet ein Verhältnis von 200 Umdrehungen pro Minute/20 Umdrehungen pro Minute. Um die Ratio zu berechnen, bei welchem Verhältnis von Eindrehwinkel und Anziehwinkel der Elektroschrauber überlegen ist, muss man mathematisch die Differenz der Kehrwerte ins Verhältnis setzen und für diesen Fall ergibt sich ein Verhältnis von 24. Das heißt, nur dann, wenn der Eindrehwinkel mehr als 24 mal so hoch ist wie der Anziehwinkel, ist der Impulsschrauber schneller als der Elektroschrauber. Dies bedeutet für dieses Beispiel, dass bei Anziehdrehwinkeln ab Kopfauflage bis zum Enddrehmoment über 180° der gesteuerte Elektroschrauber dem Impulsschrauber von der Prozesszeit her überlegen ist. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, das Impulsschrauber im Prozess ohnehin nicht länger als drei Sekunden pulsen sollten. Für das Rechenbeispiel bedeutet dies, dass ein Schraubfall mit einem Anziehdrehwinkel größer als 90° für das Werkzeug zu weich ist und man auf eine andere Schraubtechnologie ausweichen sollte.

Mathematisches Verfahren zur Schraubsystem-Wahl eher ungeeignet

Die oben aufgeführten Rechenbeispiele beziehen sich auf eine einzige Schraubverbindung und im Falle des Elektroschraubers und des Impulsschraubers jeweils auf einen einzigen Werkzeugtyp. Ein mathematisches Verfahren bietet sich für die Auswahl des geeigneten Schraubsystems deshalb nicht an, weil eine Menge von Informationen benötigt werden, die oftmals aus den Datenblättern der Werkzeughersteller nicht hervorgehen. Insbesondere Verhältnisse wie der Weiterdrehwinkel pro Puls beruhen auf komplexen physikalischen Zusammenhängen, die besser im Feld experimentell ermittelt werden können, als auf Grundlage von mathematischen Modellen berechnet.

Messsystem analysiert Drehmomente und Drehwinkel

Das portable Messsystem von Schatz ermöglicht Analysen vor Ort, um die Drehmomente und Drehwinkel an den verschiedenen Schrauboperationen zu analysieren. Es besteht aus einem rotierenden Drehmoment-/Drehwinkelsensor, einem tragbaren Messgerät für Drehmoment und Drehwinkel sowie der Auswertesoftware testXpert. Darüber hinaus verfügt die Software zur graphischen Analyse der Messverläufe über ein Mathematik-Modul, so dass auch das Geschwindigkeitsverhalten von verschiedenen Schraubwerkzeugen analysiert und dargestellt werden kann. Darüber hinaus bietet das Unternehmen als Serviceleistung eine Analyse in der Schraubenmontage vor Ort an und unterstützt bei der Auswahl geeigneter Schraubsysteme.

Bei der Wahl des geeigneten Schraubsystems kann die sorgfältige Analyse der Schraubverbindungen sowie die gesamtheitliche Betrachtung der Leistungsdaten der Werkzeuge die Prozesszeiten gezielt verkürzen und somit die Produktionskosten senken. (jus)

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