Partikel vermeiden: Die saubere Schraubmontage

Wie ein bösartiger Virus Menschen krank machen kann, können kleinste Partikel auch Bauteile schädigen, zu deren Funktionsausfall führen oder sogar das komplette System lahmlegen. Deprag Schulz hat daher ein Konzept zur Vermeidung der Partikelkontaminierung sauberkeitssensibler Bauteile in der Schraubmontage entwickelt.

In vielen Branchen hält die Technische Sauberkeit zunehmend Einzug und wird zu einer wichtigen Qualitätsanforderung an die gesamte Prozesskette: von der Herstellung über die Logistik bis hin zur Montage. Vorrangig sind dafür der Trend zu Miniaturisierung sowie mehr Elektronik und vermehrter Einsatz von neuen, leichten Materialien verantwortlich. Bauteile werden dadurch einerseits leistungsfähiger und effizienter, andererseits aber auch sensibler gegenüber kleinsten Verunreinigungen. In der Automobilindustrie fallen Partikel vor allem durch Abrieb in der Montage an.

Beispiel Einspritzsysteme

Die Konsequenz der Miniaturisierung zeigt sich am Beispiel von Einspritzsystemen: Diese müssen immer höheren Drücken standhalten, wobei deren sowieso schon geringe Spaltmaße immer kleiner werden und stellenweise nur wenige Mikrometer betragen. Mikrometerkleine, harte, metallische Partikel können die Spalten blockieren und eine Dauereinspritzung verursachen. Dies kann die Funktionsfähigkeit eines Motors enorm beeinträchtigen und zu einem Motorschaden führen. Bei elektronischen Baugruppen können kleinste leitfähige Partikel zu Kurzschlüssen führen. Diese Problematik wird durch den Einsatz neuer Materialien, wie carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK), zusätzlich verstärkt, da deren Partikel leitfähig sind.

Reinräume

Die Techniken und Methoden, um den steigenden Anforderungen der Technischen Sauberkeit in Produktionsprozessen gerecht zu werden, sind vielfältig. So werden zum Beispiel Arbeitsschritte rund um sauberkeitssensible Bauteile in Rein- oder Sauberräume verlagert und Zutritt wird nur geschultem Personal mit entsprechender Schutzkleidung gewährt. Partikeleinschleusung von Außen soll damit vermieden werden. Zudem werden Bauteile aufwendigen Reinigungsprozessen unterzogen und die Partikelentstehung durch Abrieb beim Transport wird mittels lagefixierender und antistatischer Verpackungen verhindert.

Dieser Aufwand zur Verhinderung der Partikelkontamination sollte sich innerhalb der Montage konsequent fortsetzen, weil hier die gefährlichen Partikel durch Abrieb in unmittelbarer Nähe der Bauteile entstehen können. So ist das Risiko hoch, sauberkeitssensible Bauteile mit schädlichen Partikeln zu kontaminieren. Der Anteil solcher Bauteile ist zum Beispiel in der Automobil- und Zulieferindustrie groß, wodurch hier Technische Sauberkeit im Montageprozess immer mehr in den Fokus rückt.

Montage und Zuführung

Je nach Bauteil und dessen Sauberkeitsanforderungen muss der Montagearbeitsbereich gegebenenfalls als Rein- oder Sauberraum konzipiert sein. Eine wesentliche Rolle kommt dabei den Komponenten der Montageanlage zu. Denn gefährliche Schmutzpartikel entstehen bereits bei der Teilezuführung und im eigentlichen Schraubprozess. Um bei diesen Montageschritten die sauberkeitssensiblen Bauteile und Baugruppen nicht mit Partikeln zu kontaminieren, gilt es, diese zu vermeiden, zu beseitigen oder zu reduzieren.

Das Cleanfeed-Konzept

Für diese Herausforderung hat der Amberger Spezialist für Schraubtechnik und Automation, Deprag Schulz GmbH, ein durchgängiges Konzept entwickelt: das Cleanfeed-Konzept. Es basiert auf spezifisch konstruierten Cleanfeed-Komponenten, die komplett im Hause Deprag entwickelt und gefertigt werden. Diese reichen von geeigneter Zuführtechnik über entsprechend konzipierte Schraubfunktionsmodule bis hin zu Einrichtungen zur Absaugung der im Montageprozess entstehenden Schmutzpartikel. Damit erfüllt das Konzept die Anforderungen der Technischen Sauberkeit – Partikel vermeiden, eliminieren, reduzieren -über den gesamten Schraubmontageprozess hinweg.

Abrieb durch Vereinzelung

Unerwünschte Partikel können bereits bei der Schraubenvereinzelung entstehen. So wird zum Beispiel beim Einsatz eines Vibrationswendelförderers das Förderelement, die Wendelbahn, mittels Schwingantrieb in Vibration versetzt. Das Sortiergut wird in kleinen Wurfbewegungen fortbewegt. Durch das stete Vibrieren kann vergleichsweise hoher Abrieb entstehen, der über die Zuführteile im gesamten Zuführsystem verschleppt wird. Deshalb ist eine bauteilschonende und abriebarme Zuführtechnik bei hohen Sauberkeitsanforderungen bereits eine wichtige Voraussetzung für die Technische Sauberkeit im Montageprozess. Der Deprag Hubschienenförderer aus dem Cleanfeed-Konzept schöpft die Schrauben aus dem Vorratsbehälter durch eine Schwenkbewegung einer segmentförmigen Hubschiene, was kaum Abrieb verursacht.

Ein Sensor in der Bevorratungsschiene regelt dabei die Anzahl der notwendigen Hubbewegungen. Wird weniger Fördergut vom Bediener verarbeitet, stellt das Zuführgerät entsprechend weniger bereit. Auf der Hubschiene gleiten die Schrauben mittels Schwerkraft durch mechanische Schikanen und gelangen sortiert in die Schraubenvereinzelung. Über den Zuführschlauch wird das Fördergut anschließend dem Schraubfunktionsmodul zugeführt. Nicht lagerichtig geförderte Verbindungselemente landen wieder im Füllbehälter.

Zuführschläuche

Weiterhin kann im Zuführschlauch, vorrangig an den Biegungen aber auch beim „Taumeln“ in geraden Schlauchstücken, Abrieb entstehen. Hier bietet Deprag mit dem Particle Killer eine preisgünstige und effiziente Vakuumquelle, die Restschmutz auffängt und absaugt. Neben der Inline-Variante, bei der das gereinigte Verbindungselement unmittelbar in das Mundstück des Schraubwerkzeugs „eingeschossen“ wird, steht eine Pick&Place-Variante zur Verfügung, bei der die Absaugung im Bereich der Abpickposition erfolgt.

Der Schraubvorgang

Nun beginnt der eigentliche Schraubvorgang. Die handgeführten und stationären Deprag Schrauber der Minimat-EC-Servo-Serie wurden speziell für die Anforderungen der Technischen Sauberkeit an die Schraubmontage konzipiert. Die Schrauber sind zum einen ESD-fähig (engl. electrostatic discharge: elektrostatische Entladung), was eine Ablagerung luftgetragener Schmutzteilchen durch elektrostatische Aufladung in der Schraubmontage verhindert. Zum anderen verringern sie den Abrieb beim Eingriff der Klinge in den Schraubenkopf.

„Während des Einfädelns wird die Drehzahl gesenkt und erst dann erhöht, wenn die Klinge korrekt eingefädelt wurde und die Schraube verschraubt werden kann“, erläutert Dipl.-Ing. Robert Bachmeier, Verkaufsleiter Deutschland bei Deprag. Die stationären Schrauber können zusätzlich mit Vakuumanschlüssen ausgestattet werden, um Restschmutz beim Zustellen des Schraubers über Vakuumquellen aufzusaugen. Damit Bauteile nicht mit herabfallenden Schmutzpartikeln kontaminiert werden, bietet sich bei den Einbauschraubern zudem eine Unterflur-Verschraubung an. „So kann die Schwerkraft genutzt werden, um technisch sauber zu montieren. Schmutzfänger oder spezielle Absaugeinrichtungen sammeln im Bedarfsfall die herabfallenden Partikel zum einfachen Entfernen auf“, so Bachmeier.

Sämtliche Cleanfeed-Komponenten, mit Ausnahme der Unterflureinheit, sind sowohl in handgeführter wie auch in stationärer Ausführung verfügbar und schaffen Rein- und Sauberraumbedingungen in der Montage (Vermeiden von Partikeln in einer Größe von 0,1 µm bis 5 µm bzw. 1 µm bis 1000 µm).

Erfahrung schon mit Diskettenlaufwerken in den 80ern

Mit Cleanfeed bietet Deprag ein durchgängiges Konzept, das auf jahrzehntelanger Erfahrung und Know-how im Bereich der Technischen Sauberkeit beruht. So lieferte das Unternehmen bereits in den 80er Jahren Schraubanlagen an namhafte US-Hersteller für die Montage von Diskettenlaufwerken. Die Montagebedingungen für den Schraubprozess entsprachen damit Reinraumanforderungen.

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