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Schraubsystem

Intelligentes Schraubsystem für Leichtbauverbindungen

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die neue Montageeinheit Deprag Fastening System für die Fließformverschraubung ermöglicht eine automatisierte, gesteuerte Fließformverschraubung und stellt die Verschraubungsqualität auch bei schwankenden Toleranzen und Bauteilvarianten sicher.

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Das Adaptive DFS ist eine adaptive Montageeinheit für die Fließformverschraubung mit geregeltem elektrischen Antrieb sowohl für den Vorschub- als auch den Schraubprozess.
Das Adaptive DFS ist eine adaptive Montageeinheit für die Fließformverschraubung mit geregeltem elektrischen Antrieb sowohl für den Vorschub- als auch den Schraubprozess.
(Bild: Deprag)

CO2-Reduktion und die Verlängerung von Ladezyklen bei der E-Mobilität: beides Ziele, denen man durch leichtere Fahrzeuge näher kommt. Der moderne Fahrzeugbau hat das längst erkannt und setzt auf Leichtbaustoffe anstelle von konventionellem Stahl im Karosseriebau. Für die Montage bedeutet dies ein Umdenken: Die Wahl der richtigen Verbindungstechnik ist im Leichtbau von entscheidender Bedeutung. Im Karosseriebau der Automobilindustrie hat sich die Fließlochverschraubung etabliert.

Prozess in mehreren Schritten

Die speziell geformte Spitze der sogenannten Fließloch- oder Fließformschraube generiert durch hohen Anpressdruck und hoher Drehzahl Reibungswärme und erwirkt einen Fließprozess des nicht vorgebohrten Metallbleches. Zu Beginn des Prozesses bildet sich zunächst ein „Krater“, in den nach Durchtritt der Schraube und Formung eines „Durchzugtrichters“ bei reduziertem Anpressdruck das mehrgängige Gewinde gefurcht wird. Ein Maschinengewinde entsteht, das im Reparaturfall auch eine „normale“ Schraube aufnehmen kann. Nach dem Ausformen dieses Fließlochs wird die Drehzahl herabgesetzt, es folgen der Voranzug der Schraube bis zur Kopfauflage und der Endanzug des Verbindungselements auf die zuvor festgelegten Parameter Drehmoment und Drehwinkel.

Der komplette Vorgang dauert in der Regel weniger als 2 s. Zusätzliche Sicherungselemente wie Muttern oder Bolzen sind nicht erforderlich, da sich bei der Montage Durchzug und Gewinde der Schraube optimal anpassen. Die Schraube „sitzt“. Vorbereitendes Bohren oder Stanzen der Bauteile entfällt.

Dieses Verfahren erlaubt nicht nur das Verbinden von Blechen verschiedener Materialien, sondern bietet auch in Bezug auf Prozesskosten und -zeiten deutliche Vorteile. Doch eignet sich dieses Schraubverfahren auch bei schwankenden Toleranzen und Bauteilvarianten?

Verschraubungsqualität aufwändig sicherstellen

Um die Verschraubungsqualität trotz Bauteiltoleranzen wie Lageabweichungen, Blechdickentoleranzen, Schraubenlängentoleranzen oder Gefügeunterschieden sicherzustellen, müssen bei den derzeit am Markt verfügbaren Schraubsystemen für alle Schraubstellen die Schraubparameter aufwändig und separat ermittelt werden. Üblicherweise basieren deren Zustellbewegungen und -kräfte auf Druckluftzylinder mit Proportionalventil. Die notwendige Genauigkeit der Statusänderung von Zustellkräften und -positionen lassen dann unter Umständen zu wünschen übrig. Das Verhalten komprimierter Luft kann verhindern, dass die einzelnen Prozessschritte mit der gewünschten Genauigkeit erfolgen.

Besonders kritisch ist dabei der Übergang von der Ausformung des Durchzuges (Phase 3) zum Gewindefurchen (Phase 4). Hier besteht bei verfrühter Reduzierung von Schrauberdrehzahl und/oder Andruckkraft die Gefahr, dass der Durchzug nicht vollständig ausgebildet wird und durch erhöhtes Furchmoment die Schraube oder das Bauteil zerstört wird. Eine verspätete Umschaltung führt durch Beschädigungen am Gewinde ebenfalls zur Beeinträchtigung der Schraubverbindung.

Schraubparameteranalyse entfällt

Diese Risiken hat der Schraubtechnikexperte Deprag nun völlig eliminiert: Das Unternehmen bietet eine adaptive Montageeinheit für die Fließformverschraubung mit geregeltem elektrischen Antrieb sowohl für den Vorschub- als auch den Schraubprozess an. Damit wird eine hochdynamische Beeinflussung der Prozessgrößen Andruckkraft und Schrauberdrehzahl abhängig vom kontinuierlich ermittelten Istzustand möglich.

Anders als bei herkömmlichen Systemen werden mit der neuen adaptiven Montageeinheit Adaptive DFS Vorschubgeschwindigkeit und Vorschub hochgenau vorgegeben und überwacht. Die kontinuierlich rückgemeldeten Daten aus den Steuermodulen ermöglichen eine exakte und automatische Erkennung der relevanten Durchdringungspunkte. Zeitkritische und notwendige Parameteränderungen werden autonom durch die Schraub- und Vorschubsysteme vorgenommen.

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