Individuelle Schraubsysteme mit Handlingvorrichtungen und Positionsüberwachung

Individuelle Schraubsysteme mit Handlingvorrichtungen und Positionsüberwachung


Maintal/Genk (Belgien), Juni 2018. Der Montagespezialist Desoutter hat den Automobilzulieferer Rhenus mit einer Komplettlösung vom Feinsten ausgestattet: Für die Montage von Pkw-Achsen wurden Einbauschrauber mit den unterschiedlichsten Handlingvorrichtungen konstruiert, mit Dreh- und Schwenkachsen, Teleskoparmen, Positionsüberwachung und synchronisierten Prozessen.
 

Das Automobil-Zulieferwerk im belgischen Genk hat viel gesehen. Vor Jahren bauten hier 450 Mitarbeiter zahlreiche Komponenten für das benachbarte Ford-Werk: Motoren und Getriebe wurden montiert und direkt an die Linie geliefert, ebenso Vorder- und Hinterachsen, Kühl- und Cornermodule (die Stoßdämpfer mit den Bremseinheiten), Benzintanks und Sitze. Viele Teile wurden sequenziert: Die richtige Variante musste in der richtigen Reihenfolge für die jeweils nächsten 38 Minuten am Band bereitstehen. „Wir hatten einen Puffer von etwa 30 bis 40 Minuten“, erinnert sich Davy Loos, Prozessingenieur beim Zulieferer und Logistikspezialisten Rhenus. „Das waren ganz andere Zeiten.“

Ford hatte vor Jahren entschieden, sein Werk zu schließen. Das kostete auch die Tier-1-Zulieferer im Umfeld Hunderte Arbeitsplätze. Als wir das Werk kürzlich besuchten, waren hier wieder knapp 50 Mitarbeiter tätig. Sie bereiteten sich gerade für den Produktionsstart (SOP, „Start of Production“) eines neuen Modells für einen anderen OEM vor. Inzwischen montiert ein Teil des Teams Vorder- und Hinterachsen. „Wir sind sehr stolz darauf, dass der Hersteller uns für seine neue Baureihe ausgewählt hat“, sagt Loos, der am Standort für das gesamte Projekt und speziell die Montage verantwortlich ist. „Dafür haben wir hier auch die modernste Schraubtechnik am Start.“

„Traceability“-Software koordiniert die gesamte Montage

Die Schraubspindeln wurden samt der Handling-Mechaniken – Teleskoparme, Dreh- und Schwenkachsen – sowie Steuerungstechnik und zum Teil Positionsüberwachung von der Desoutter GmbH mit Sitz in Maintal als Lösungsanbieter geliefert. Die Bauarten der Schraubwerkzeuge, die Handlingmechaniken sowie die Drehmomente wurden auf die Schraubfälle abgestimmt. Für die Arbeit an vier Vor- und fünf Hauptmontagestationen wurde ein kleines Team zusammengestellt.

„Wir koordinieren die Montage hier mit einer Software, die wir zusammen mit einen Partner entwickelt und aufgebaut haben“, erklärt Davy Loos. „Daran sind die Schraubcontroller und speicherprogrammierbaren Steuerungen angebunden, es gibt Schnittstellen zum Kamerasystem des Prüfstands und zu automatisierten Montagetischen.“ Das System nennt Rhenus „PTS“, „Process Traceability System“. Es erhält über eine Schnittstelle zum SAP-System die Abrufinformationen des Endkunden – welche Achsen wann geliefert werden müssen – und generiert daraus über eine weitere Schnittstelle, die von der IT-Abteilung des Zulieferers selbst entwickelt worden ist, Aufträge für die Produktion. Für Rhenus ist Industrie 4.0 längst Usus.

Das PTS steuert auch die Schraubtechnik. Der jeweilige Werker scannt einen Barcode und erhält dadurch an seiner Station die Montageinformationen für den gesamten Prozess. Das PTS erkennt, wenn alle Schritte der jeweiligen Station abgearbeitet sind, und gibt im Wortsinne grünes Licht für die folgende Station. Davy Loos kann Berechtigungen für einzelne Stationen oder Prozessschritte vergeben, zum Beispiel definieren, wer eine Schraubspindel nach einer Fehlermeldung wieder freischalten darf.

Jeder Montageschritt aus dem Jahr 2018 wird bis 2048 gespeichert

Desoutter-Produktmanager Michael Loosen zeigt die Linie in Genk gern als Referenz: „Wir haben hier mit einem Partner eine Komplettlösung umgesetzt, die aus unserer Sicht gut abbildet, was wir alles können.“ So habe Desoutter nicht einfach nur neue Winkel- und Stabschrauber, handgehalten oder als Einbauversion, geliefert. Vielmehr habe man die gesamte Mechanik projektiert und umgesetzt: „Viele Schraubspindeln sind an Handlingsystemen mit mehreren Dreh- und Schwenkachsen sowie Teleskoparmen fixiert“, erklärt Michael Loosen. Einige seien mit Positionsabfragen versehen, damit der Mitarbeiter das Werkzeug nur auf die richtige Schraube setzen könne oder es ausschließlich an der richtigen Stelle arbeite. „Das Ziel ist natürlich, dass die Werker überhaupt keine Fehler mehr machen können“, betont Loosen. Und Davy Loos ergänzt: „Wir dokumentieren jede einzelne Verschraubung und speichern die Daten noch 15 Jahre nach Ende der Produktion.“ Wobei die neue Baureihe – in mehreren Varianten – nach heutigem Stand ähnlich lange laufen soll. Soll heißen: Wenn die Dokumentationspflicht ausläuft, dürften viele der demnächst vom Band rollenden Karossen längst ein H-Kennzeichen haben.

Rhenus koordiniert und übernimmt die Logistik für insgesamt rund 60 Lieferanten, deren Komponenten in diese Achse einfließen, und liefert die fertigen Achsen an den Endkunden. Beim Gang durch die Linie fällt auf, dass viele Stationen auf Deutsch beschriftet sind. „Das war für alle Beteiligten am einfachsten“, sagt der Belgier Davy Loos augenzwingernd, „allein schon, weil wir gar nicht wüssten, wie wir zum Beispiel ‚Hinterachsenschräglaufregelung‘ ins Flämische übersetzen sollten.“ Was Otto Normalfahrer nicht kennt, ist eine automatische Korrektur der Neigung der Hinterräder in Abhängigkeit von der Straßenlage des Fahrzeugs, womit die Bodenhaftung verbessert wird.

Ergonomische Handlingvorrichtungen

Für die Montage der Achsen in der aktuellen Konstruktion, die in mehreren Varianten gefertigt werden, wurden für kleinere Drehmomente überwiegend Schraubstrategien programmiert, die mit einem Drehmoment als Steuergröße arbeiten und dabei den Drehwinkel überwachen; an anderen, sicherheitsrelevanten Stellen stellt der Winkel die Steuergröße dar. Die Parametersätze für alle Verschraubungen sind in der jeweiligen CVI3-Schraubersteuerung von Desoutter hinterlegt. Die Steuerungen selbst werden von dem übergeordneten Montageleitrechner (PTS) angesprochen. Die kleinsten Drehmomente liegen im Endanzug bei 8 Nm, die größten bei 400 Nm.

An einer Station werden zum Beispiel die Streben an das Schwenklager montiert. Das erforderliche Drehmoment wird von einem Winkelschrauber aufgebracht, der an einen Carbonarm geflanscht wurde und drehbar gelagert ist. Der Carbonarm fängt das Reaktionsmoment sicher ab, lässt sich locker mit zwei Fingern an die Schraubstelle führen und macht die Montage sehr ergonomisch.

Mehr-Stufen-Programmierung für ordnungsgemäße Verschraubung

An einer sehr komplexen Vormontagestation sind mehrere Schraubsysteme installiert. Hier werden unter anderem mit einem Zweifach-Schraubsystem die Bremssättel an Schwenklager oder Radträger montiert. Den Zweifachschrauber hat Desoutter an einem Kran hängend konzipiert, so dass er in drei Achsen bewegt werden kann. Damit wird der Mitarbeiter nicht behindert, wenn er die anderen Montageschritte ausführt. „Den beiden Spindeln haben wir ein definiertes Drehmoment vorgegeben“, erklärt Davy Loos. „Wenn das erreicht ist, ziehen sie noch einmal synchron um einen jeweils ebenfalls definierten Drehwinkel weiter. „Mit dieser Mehr-Stufen-Parametrierung erzielen wir eine konstantere Klemmkraft, weil wir den Einfluss der Reibung verringern.“ Ist alles „i. O.“, geht die Verschraubung als ordnungsgemäß vollzogen in die Datenbank ein.

Hold-and-drive für nur einseitig zugängliche Schraubstellen

Eine weitere Besonderheit an der Rhenus-Linie ist die sogenannte „Hold-and-drive“-Technik, die zum Beispiel bei der Montage der Lenkungen an die Achsen eingesetzt wird. Hier arbeitet Rhenus mit einem Winkelschrauber, der an einem Teleskop fixiert ist. Hold-and-drive ist dann nötig, wenn die Schraubstelle nur von einer Seite zugänglich ist und der Schraubenkopf – oder die Mutter – nicht anders mechanisch festgehalten werden kann. Um zu verhindern, dass sich Schraube und Mutter im Gleichklang drehen, wird ein Hold-and-drive-Werkzeug eingesetzt: Bei diesem steckt im Hohlraum der eigentlichen Nuss eine zweite Klinge, die in den Innentorx der Schraube greift und diese festhält. Die Schraube dreht sich dann nicht weiter, wenn der Schrauber die Nuss antreibt und so die Mutter festzieht.

Null-Fehler-Fertigung durch Bitselektoren und Positionsüberwachung

An zwei Stationen arbeitet Rhenus mit Positionserfassung: bei den verschiedenen Schritten für die Montage der Stabilisatoren mit einem Zweifach-Schrauber oder mit einem EAD-Winkelschrauber aus dem CVI3-Programm, der an einem Teleskop fixiert ist. An einigen Stellen werden zudem Nussselektoren eingesetzt. Beides dient der Null-Fehler-Produktion: Damit die Werker an Stationen, an denen mehrere Schraubstellen mit unterschiedlichen Werkzeugen und Nüssen bearbeitet werden müssen, nicht durcheinander kommen, werden sie von dem PTS durch den Prozess geführt. Der Nussselektor zeigt über eine Leuchtdiode an, welcher Steckschlüssel jeweils zu verwenden ist. Nimmt der Mitarbeiter den falschen Schrauber, den falschen Steckschlüssel oder will er das richtige Schraubwerkzeug auf die falsche Schraube aufsetzen, so wird das Tool gar nicht erst freigegeben.

Schulungen waren für das gut ausgebildete Personal in Genk nicht erforderlich: „Unsere Mitarbeiter kennen sich seit Jahren mit den Systemen aus“, sagt Davy Loos. „Die haben nach einer kurzen Einweisung einfach losgelegt.“ Auch er selbst ist schon seit über 15 Jahren in der Schraubtechnik zu Hause. Für ihn selbstverständlich, dass er die Schraubfallanalysen und das Feintuning der Parametersätze, das nach einer größeren Stückzahl fertig montierter Achsen grundsätzlich anzuraten ist und noch im Herbst anstand, zusammen mit dem zuständigen Desoutter-Servicetechniker vornahm.

Desoutter übernimmt Wartung, Justage und MFU

Abgerundet wird die von Desoutter in Genk umgesetzte Komplettlösung von einem umfassenden Wartungsvertrag: „Wir haben hier gar keine eigene Instandhaltung mehr“, bekennt Davy Loos. „Zwar verfügen wir über ein Ersatzteillager mit Austauschschraubwerkzeugen und -steuerungen, aber die jährlichen Wartungen und Justagen beziehungsweise Maschinenfähigkeitsuntersuchungen (MFU) lassen wir von Desoutter durchführen.“ Dafür kämen die Kollegen mit eigenen Messmitteln ins Werk. Sie prüfen dann, ob die eingesetzten Werkzeuge noch die richtigen Drehmomente liefern und die geforderte Wiederholgenauigkeit einhalten. Andernfalls justieren sie nach und stellen in jedem Falle die erforderlichen Zertifikate aus.

Rhenus hat zudem eine eigene Datenbank programmiert, in der alle Werkzeuge samt Wartungsterminen verwaltet werden. „Vor Jahren, als wir hier die Stückzahlen eines Massenherstellers bedienen mussten, wurden viele Werkzeuge nach einer festgelegten Anzahl an Verschraubungen gewartet. Bei den niedrigen Stückzahlen, die wir in den nächsten Jahren voraussichtlich produzieren werden, läuft das Zeitintervall eher ab. Und das heißt: Bis zur nächsten Wartung ist immer ein Jahr Zeit.“

 

Bilder:

Vormontagestation für Schwenklager und Radträger. (Bild: Desoutter)

Davy Loos, Prozessingenieur beim Zulieferer und Logistikspezialisten Rhenus: „Wir dokumentieren jede einzelne Verschraubung und speichern die Daten noch 15 Jahre nach Ende der Produktion.“ (Bild: Desoutter)

Mit diesem an einem Teleskoparm fixierten und in zwei Achsen dreh- und schwenkbaren Winkelschrauber werden Stabilisatoren montiert. (Bild: Desoutter)

Ein Zwei-Spindler für die Montage des Stabilisators an die Vorder- beziehungsweise Hinterachse. (Bild: Desoutter)

Mit dem handgehaltenen Winkelschrauber zieht der Werker diverse Halterungen an den Achsen an. (Bild: Desoutter)

Zweifach-Schraubsystem für die Montage des Bremssattels. (Bild: Desoutter)

Mit diesem Winkelschrauber, der an einem Teleskop-Carbonarm fixiert ist, werden diverse Montageprozesse an Vorder- und Hinterachse vorgenommen. (Bild: Desoutter)

Desoutter-Produktmanager Michael Loosen zeigt einen Zweifachschrauber, der die Stabilisatoren an der Achse befestigt. (Bild: Desoutter)

Winkelschrauber mit Wechselnusssystem für die Montage der Achsen und des Getriebes an die Achse. (Bild: Desoutter)

Presseinfo als PDF: Individuelle Schraubsysteme mit Handlingvorrichtungen und Positionsüberwachung

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