Prozesssicher dank Pneumatik

Weber Schraubautomaten profitiert bei seinen fließlochformenden Schraubsystemen von AVENTICS-Ventiltechnik

Robotergestützte Systeme zum Fließlochform-Schrauben sind auf höchste Robustheit und Zuverlässigkeit ausgelegt.

Das fließlochformende Schrauben setzt sich als kaltes Fügeverfahren für Stahl und Aluminium vor allem in der Automobilindustrie immer stärker durch. Einer der Entwickler und bekanntesten Anbieter dieser Technologie ist die Weber Schraubautomaten GmbH im süddeutschen Wolfratshausen, die seit mehr als 20 Jahren mit der Fließlochverschraubung im Karosseriebau vertreten ist. Bei der jüngsten Generation ihrer Fließlochform-Schraubsysteme stellt Ventiltechnik von AVENTICS die Basis für exakt parametrierbare Schraubprozesse dar. Entscheidend für diese Zusammenarbeit war das umfangreiche Know-how des Pneumatikspezialisten in der Proportionalregeltechnik.

Kompromisslose Prozesssicherheit, hohe Flexibilität und Null- Fehler-Quote sind maßgebliche Kriterien für die zunehmend gefragte automatisierte Schraubtechnik. Vorreiter solcher Technologieanwendungen ist der Karosseriebau in der Automobilindustrie. Die Werkstoffe sollen immer leichter, aber auch fester und dennoch möglichst kostengünstig sein.

Die für Fahrzeuge vorteilhafte Mischbauweise stellt jedoch extrem hohe Anforderungen an die Verbindungs- und Fügetechnik: Jedes einzelne Material erfordert spezifische Konstruktionen, was die Komplexität beim Verbund der Werkstoffe entsprechend erhöht: Die einzelnen Teile müssen nicht nur sicher und dauerhaft miteinander verbunden werden, sondern auch gut lösbar sein.

Als zentrales Element hat die Karosserie wesentlichen Anteil an der passiven Sicherheit von Fahrzeugen und ist tragende Verbindung für fast alle Komponenten. In diesem herausfordernden Segment ist die Weber Schraubautomaten GmbH aus Wolfratshausen Technologietreiber. Ihre fortschrittlichen Schraubverfahren für moderne Werk- und Verbundstoffe basieren auf langjähriger umfangreicher Kompetenz. Dies gilt auch für die fließlochformenden Schraubsysteme der Baureihe RSF, deren robuste, zuverlässige und prozesssichere Konstruktion namhafte Automobilhersteller überzeugt.

Funktionale Pneumatik für komplexen Prozess

Das Fließlochform-Schraubverfahren erfolgt in mehreren Phasen vom Erwärmen des Blechs bis hin zum abschließenden...

„Die besonderen Merkmale der fließlochformenden Schraubprozesse stellen hohe Ansprüche an die zugrundeliegenden Systeme, die wir mit der Proportionalventiltechnik von Aventics erfüllen können“, betont Wolfgang Wagenstaller, zuständig für die mechanische Konstruktion bei Weber Schraubautomaten. Die Pneumatik dient zur Ansteuerung des robotergestützten Schraubsystems. „Der Prozess ist äußerst komplex, was vor allem in den Prozessparametern abgebildet werden muss. Deshalb sind hohe Funktionalität und Modularität wichtige Kriterien bei der Auswahl des Pneumatiksystems. Komponenten von Aventics bieten diese Leistungsmerkmale und entsprechen außerdem unseren Wünschen bezüglich geringer Baugröße und der Integration notwendiger E/A-Module samt Bussystem.“

Die Technologie basiert auf der Kombination aus Axialkraft und hoher Drehzahl des Schraubers, die zu Reibungshitze führt. Im Bereich der Fügestelle wird das Material erwärmt und schließlich zähflüssig, sodass ein Fließloch entsteht. Danach schneidet die Schraube ein lehrenhaltiges, metrisches Gewinde und zieht schließlich beim Erreichen der Kopfauflage bis zum definierten Anzugmoment an. Durch die starke Ausformung der Gewinde (hoher Traganteil) entsteht somit eine hochfeste Verbindung. Außerdem kann eine Fließlochform-Schraube bei Bedarf später durch eine herkömmliche metrische Schraube ersetzt werden.

Hohe Flexibilität durch exakte Parametrierung

Die Konstrukteure Ralf Wiethoff und Wolfgang Wagenstaller im Gespräch mit Vertriebsingenieur Alessandro Marchesano.

In enger Zusammenarbeit mit AVENTICS erstellten die Konstrukteure von Weber Schraubautomaten ein neues elektropneumatisches Konzept mit dem innovativen Ventilsystem AdvancedValveAV03 als zentralem Element. In Kombination mit elektropneumatischen Druckregelventilen überzeugt es durch hohe Präzision und jederzeit dokumentierbare Drücke. Desweiteren erfassen E/A-Module die elektrischen Signale der Sensoren.

Während des Prozesses erkennen die Druckregelventile der BaureiheEV03unmittelbar einen möglichen Druckabfall oder -anstieg im Arbeitskreis des Pneumatiksystems. Die erforderliche Druckänderung wird hochdynamisch anhand eines Soll-/Istwert-Vergleichs auf der Ausgangsseite erzeugt. Ralf Wiethoff sieht darin die Grundlage für den optimierten Prozess: „Nur ein auf diese Art und Weise exakt parametrierbarer Schraubprozess bietet die flexiblen Einstellmöglichkeiten, die in einer solchen Anwendung absolut notwendig sind.“

Die Feldbusanbindung AES ermöglicht es, das Ventilsystem direkt in die Steuerungsstruktur der Anlage einzubinden. Somit kann die kompakte, funktionelle und leistungsstarke Pneumatik dezentral direkt an den Aktuatoren installiert werden. Dadurch sind kürzere Leitungen möglich, was Totvolumen und Druckverluste verringert und letztendlich zu geringerem Luftverbrauch führt.

Im richtigen Moment umschalten

Mit Blick auf die Details zeigt sich, wie flexibel das Schraubsystem sein muss: Die richtige Kombination aus Kraft und Drehzahl ist bei jeder einzelnen zu verarbeitenden Schraube relevant. Während beim Fließlochen hohe Kräfte und Drehzahlen unerlässlich sind, muss im Gewindefurchen mit geringerer Kraft gefahren werden, da die Gewindesteigung der Schraube die Eindringgeschwindigkeit vorgibt. Die anliegende Kraft soll nur den Krafteingriff des Bits in der Schraube gewährleisten. In der Praxis kann dies dazu führen, dass selbst eine Reihe von direkt nebeneinander liegenden Fließlochform-Schrauben unterschiedliche Prozesskurven erfordern.

“Unser patentierter Tiefengradient erkennt Tiefenänderungen, während die Schraube das Material durchbricht. So kann immer zum richtigen Zeitpunkt umgeschaltet werden. Das funktioniert natürlich nur mit der entsprechend wendigen und schnellen Ventil- und Sensortechnik“, erläutert Technologe Robert Stützer die fügespezifischen Merkmale.

„Die besonderen Merkmale der fließlochformenden Schraubprozesse stellen hohe Ansprüche an die zugrunde liegenden Systeme, die wir mit der Proportionalventiltechnik von AVENTICS erfüllen können.“

 

 

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