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Apr 28, 2023

Fütterungsmuttern und unkonventionelle Verbindungselemente

Dieser Feeder nimmt große Mengen an Lötringen auf, richtet sie dann aus und liefert sie einzeln ab

Dieser Zuführer nimmt große Mengen an Lötringen auf, richtet sie dann aus und liefert sie einzeln an die Werkzeugspitze des Bedieners. Foto mit freundlicher Genehmigung von Visumatic Industrial Products

Automatisierte Zuführvorrichtungen können Standard- und viele andere Arten von Muttern verarbeiten, darunter Flansch-, Vierkant-, T-Muttern, unbeschnittene Muttern und Keps-Muttern. Foto mit freundlicher Genehmigung von Design Tool Inc.

Ein Tier-1-Automobilzulieferer verwendet dieses kundenspezifische System, um einen Clip einem Roboterwerkzeug zuzuführen, das den Clip auf dem Zielteil platziert. Foto mit freundlicher Genehmigung von Dixon Automatic Tool

Durch den Einsatz dieses schlüsselfertigen Systems kann ein europäischer Teir 1-Lieferant Schrauben, Platten und Stifte in weniger als 15 Sekunden in eine Türscharnierbaugruppe einführen und installieren. Foto mit freundlicher Genehmigung der DEPRAG Inc.

Die Hersteller bieten eine breite Palette unkonventioneller Verbindungselemente an. Dazu gehören Holzdübel, Kunststoffklammern, Nieten, Widerhakenpfeile, Metallklammern, gezackte Messingbeschläge und Spreizdübel. Foto mit freundlicher Genehmigung von Visumatic Industrial Products

Hersteller medizinischer Geräte liefern Stifte mit einer Breite von nur 0,021 Zoll und einer Länge von 0,06 Zoll für Mikrobaugruppen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Weber Screwdriving Systems Inc.

Schrauben sind nicht die einzigen Befestigungselemente, die voll- oder halbautomatischen Montagewerkzeugen zugeführt werden können. Muttern, Stellschrauben und andere Befestigungselemente – sowohl mit als auch ohne Gewinde – können ebenfalls automatisch zugeführt werden.

Für einen europäischen Tier-1-Zulieferer bestand die Herausforderung darin, Platten und Stifte – zusammen mit Schrauben – in Türscharnierbaugruppen bereitzustellen und zu installieren. Das Unternehmen versuchte eine Zeit lang die manuelle Montage, bevor es auf eine Anlage der DEPRAG Schulz GmbH & Co. auf Basis einer Rundschaltuhr umstieg.

Das seit August 2013 in Betrieb befindliche System montiert das Türscharnier in weniger als 15 Sekunden. Nachdem ein Bediener drei vormontierte Scharnierkomponenten in eine Vorrichtung eingesetzt hat, ziehen zwei elektronische Schraubendreher Minimat-EC zwei Schraubensätze mit einem bestimmten Drehmoment an.

Die Baugruppe wird dann zu einer Station bewegt, wo zwei Platten mit einer Presse installiert werden. Vor dem Einbau werden die Platten aus einer Vibrationsschüssel auf einen Förderer geführt, der sie ausrichtet und einander gegenüberstellt. Ein Doppelgreifer nimmt die Platten auf und positioniert sie für die Presse, die sie mit einer Kraft von 200 Newton einlegt.

Anschließend werden die Platten mit je zwei Schrauben mittels zweier pneumatischer Minimat-Schrauber befestigt. Die Platten werden zur Justierung des Scharniers bei der Endmontage des Fahrzeugs benötigt.

Abschließend werden mit einem weiteren Druckluftschrauber zwei Gewindestifte montiert. Die Stifte werden durch ein Rohr in Position gebracht.

Damit kein falsch montiertes Scharnier in die Verpackungsabteilung gelangt, sendet jeder Arbeitsplatz ein „OK“- oder „Nicht OK“-Signal an die übergeordnete Steuereinheit der Anlage. Alle defekten Scharniere werden zum ersten Arbeitsplatz transportiert, wo der Bediener sie beiseite legt.

Systeme wie dieses stellen einen klaren Bruch mit der Vergangenheit dar, als Hersteller gezwungen waren, Muttern, Stellschrauben, Spreizdübel und andere unkonventionelle Befestigungselemente manuell zu positionieren und zu installieren. Die heutige fortschrittliche Technologie macht das Füttern einfacher als je zuvor.

Auch wenn die vollautomatische Zuführung unkonventioneller Verbindungselemente heutzutage häufiger vorkommt, ist sie nicht für alle Anwendungen eine automatische Wahl. Abhängig vom Produktionsvolumen und der Teilegröße kann eine manuelle oder halbautomatische Zuführung (mit handbetriebenen Werkzeugen) am besten sein.

„Viele Arten von ungewöhnlich geformten Bauteilen, die heute zugeführt werden, wurden vorher nicht zugeführt“, behauptet Boris Baeumler, Vizepräsident für Technologie bei DEPRAG Inc. „Größere Teile können manuell platziert werden, aber das Platzieren kleinerer Teile dauert viel länger.“ , die immer häufiger auftreten.

Die Kosten sind ein weiterer Faktor. Unkonventionelle Verbindungselemente erfordern in der Regel einen speziellen Zuführer, der nur Teile innerhalb eines sehr kleinen Breiten- oder Längenbereichs handhabt. Außerdem sind die Hemmungen dieser Feeder (die jeden Verschluss vereinzeln und freigeben) nicht austauschbar.

Heutige Feeder verfügen über fortschrittliche Technologien. Weber Screwdriving Systems Inc. bietet beispielsweise mehrere Stufenförderer an, die Vibrationen mit einem Piezokristall und eckigen Flachfedern statt mit elektromagnetischen Spulen erzeugen. Stepfeeder sorgen für eine kontinuierliche und zuverlässige Zuführung von Stiften, Clips und anderen Verbindungselementen. Außerdem sind sie mit einem Geräuschpegel von nur 64 Dezibel sehr leise.

Die Vibration wird durch Anlegen einer Spannung an den Kristall gesteuert, der schwingt und eine lineare Bewegung erzeugt. Sein Hochfrequenzbereich von 140 bis 400 Hertz ist weniger abrasiv als die herkömmlichen 60 bis 120 Hertz von Spulen und bietet eine bessere Kontrolle über Mikrostifte, Clips und Muttern.

Die meisten Anbieter bieten Standard- und kundenspezifische Hemmungen für die Handhabung von Verbindungselementen verschiedener Formen und Längen an. DEPRAG bietet außerdem zwei Arten von Hemmungen (sog. Separatoren) an, die über unterschiedliche Zustellmechanismen verfügen. Der Schiebetyp erfasst ein Befestigungselement zwischen zwei Blöcken, während die Profilklinge ein Befestigungselement innerhalb eines Blocks umschließt und es zur Installation liefert.

Dixon Automatic Tool stellt die ES-16-Hemmung für den Einsatz in seinen Track-Fed-Produkten der Serie 100 her. Die Hemmung ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen sie nach dem Einsetzen eines Befestigungselements in die Backen des Werkzeugs unter einem Setzkopf herausgezogen werden muss.

Visumatic Industrial Products stellt fünf grundlegende Hemmungen her, darunter eine siamesische Einheit, die separate Spindeln speist. Sie haben keine externen Federn.

Kevin Buckner, technischer Leiter bei Design Tool Inc., sagt, dass Fortschritte in der Robotik und CAD-Software es Zulieferern erleichtern, maßgeschneiderte Zuführ- und Antriebssysteme für unkonventionelle Verbindungselemente zu entwickeln. Ebenso wichtig ist, dass Fortschritte in der pneumatischen Technologie eine bessere Kontrolle und eine genauere Montage dieser Befestigungselemente ermöglichen.

Hersteller von Haushaltsgeräten greifen zunehmend auf automatisierte Nusszuführer zurück, um die Produktion zu steigern und Qualität und Präzision zu verbessern. Allerdings bleiben Hersteller in der Automobilindustrie die Hauptnutzer dieser Feeder.

Seit drei Jahren verwendet ein erstklassiger Automobilzulieferer kundenspezifische Zuführvorrichtungen von Dixon, um die Montage von aus Kunststoff geformten Innen- und Außenteilen zu beschleunigen. Dixon entwickelte eine Reihe von Arbeitszellen, von denen jede über einen Sechs-Achsen-Roboter, eine Teilehaltevorrichtung und Zuführungen zur Handhabung einer Vielzahl ungewöhnlich geformter Verbindungselemente verfügt. Dazu gehören Weihnachtsbaumklammern mit Schaumstoffscheiben, A-förmige Klammern und nicht standardmäßige Muttern mit umspritzter Kunststoffaußenseite.

Abhängig vom zusammenzubauenden Teil holt der Roboter nach Bedarf Clips und Muttern heraus und installiert sie. Die Muttern werden per Schiene einem am Roboter montierten Spezialwerkzeug zugeführt, das die Mutter dann im Kunststoffteil verankert. Blanke Clips werden dem Werkzeug durch Blaszufuhr zugeführt, während Clips mit Schaumstoffunterlage über die Schiene zugeführt werden.

„Wir haben die Werkzeuge für jedes Befestigungselement individuell angepasst, die Vorrichtungen jedoch austauschbar gemacht“, erklärt Brian Droy, Inhaber des Vertriebshändlers Midwest Assembly Technologies und ehemaliger Vizepräsident für Vertrieb bei Dixon Automatic Tool. „Dadurch ist das Unternehmen in der Lage, mehrere Teile auf derselben Maschine herzustellen.“

Die Blasschrauber der SD-2000-Serie von Dixon verarbeiten Standard- und Flanschmuttern mit einer Breite von bis zu M12. Droy sagt, dass ein anderer Tier-1-Lieferant den SD-2040 verwendet, um eine M8-Sechskantmutter auf eine Kompressorbaugruppe zu schrauben. Der pneumatische Zentrierstift und der Steckschlüsseleinsatz des Treibers treiben die Mutter mit einem Drehmoment von 17 Newtonmetern an.

Die SD-2000-Serie ist auch mit Vakuumwerkzeugen erhältlich, die verhindern, dass die Mutter herunterfällt, wenn sich zwischen dem Werkzeug und dem Zielteil ein Hindernis befindet. Ein Sensor in der Fahrersteuerung überwacht die Vakuumquelle zur Prozesssicherheit.

Jarrod Neff, Marketingleiter bei Visumatic Industrial Products, sagt, dass Tier-1-Autozulieferer die Futterautomaten des Unternehmens in großem Umfang nutzen, um alle Arten von Palnüssen zu füttern, auch gezackte und federbelastete. Ihre Vorschubgeräte werden auch von Luft- und Raumfahrt- und Militärzulieferern verwendet, um Muttern auf Bolzen in Radar- und Telemetriegeräten zuzuführen und aufzutreiben.

Ein weiterer Kunde, der nicht aus dem Automobilbereich stammt, stellt Sprinkler für Golfplätze her. Jeder Sprinkler verfügt über eine Flüssigkeitskontrollvorrichtung, die die Montage einer ¼-20-Nylon-Sicherungsmutter auf einem Bolzen in einem vertieften Bereich erfordert. Vor fünf Jahren montierten Monteure die Muttern manuell mit einem pneumatischen Antriebswerkzeug. Sie haben die Muttern oft zu stark oder zu wenig angezogen oder sie falsch positioniert, was zu einer Verdrehung des Gewindes führte.

Das Unternehmen ersetzte das manuelle System durch einen Mutternzuführer Visumatic VNPD-56.6, der die Mutter automatisch in die Antriebsposition vorschiebt und sie am Aufnahmebolzen ausrichtet. Neff sagt, dass der Feeder die Zykluszeit verkürzt, die Qualität verbessert und Quereinfädeln beseitigt hat. Der Hersteller verwendet außerdem ein Gleichstrom-Elektrowerkzeug mit Drehmoment- und Winkelsteuerung, um ein ordnungsgemäßes Anziehen sicherzustellen. Seitdem wurden zwei weitere Nussfutterautomaten installiert.

Die Mutternzuführungen von Design Tool können sowohl Standard-Sechskantmuttern als auch Flanschmuttern unterschiedlicher Dicke verarbeiten. Laut Buckner hat ein Kunde kürzlich ein kleines kundenspezifisches Zuführsystem installiert, das eine Sechskantflanschmutter auf eine Schlossschraube in einer Halterungsbaugruppe treibt. Das System verfügt über einen Vorschubmechanismus, eine Plattenbaugruppe und eine Aufnahme zur Aufnahme der Halterung. Die Zykluszeit zum Eintreiben der Mutter auf die Schraube beträgt 1,5 Sekunden.

„Es war eine Herausforderung, die Mutter richtig auszurichten und an der Schraube zu positionieren, aber auch die Konstruktion des Nests war eine Herausforderung“, räumt Buckner ein. „Es musste die Ausrichtung von Mutter und Schraube gewährleisten und ein einfaches Be- und Entladen der Halterung nach dem Eindrehen der Mutter ermöglichen.“

Monteure in der Automobilindustrie schrauben häufig Muttern auf Stehbolzen in den Zylinderköpfen kleiner Motoren und montieren die Scheiben für Scheibenbremsen. Einige Hersteller testen Mutternzuführgeräte mit optischen Inspektionssystemen, um den Durchmesser und die Gewindehöhe der Mutter vor der Installation zu überprüfen.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie verwenden Hersteller Zuführvorrichtungen, um HI-LOK- und HI-LITE-Gewindemanschetten (Muttern) automatisch auf passende Stifte zuzuführen und zu installieren. Die Halsbänder bestehen aus rot eloxiertem Aluminium. Die Zuführungen sind außerdem so konzipiert, dass sie die Kragenenden absaugen, die nach der Installation abbrechen.

Im Allgemeinen können Vorschubgeräte auch problemlos Vierkantmuttern, T-Muttern, unbearbeitete Muttern (mit unbearbeiteter Oberfläche), Keps-Muttern (mit festgehaltener Unterlegscheibe) und lange Überwurfmuttern verarbeiten. Schwierigere Typen sind Schlitzmuttern und Kronenmuttern, die Schlitze in einem abgerundeten Abschnitt über dem Gewinde oder der Hauptmutter aufweisen.

Abgesehen von Muttern ist die Liste der Hersteller unkonventioneller Verbindungselemente umfangreich. Es umfasst Stellschrauben, Spreizdübel, Platten, Stifte, Clips, Holzdübel, Lötringe, O-Ringe, Federn, Unterlegscheiben (rund oder quadratisch), Bolzen, Schrauben, Messingbeschläge, Nieten und Ventilkerne.

Neff erklärt, dass ein Zulieferer von Automobilschläuchen kürzlich mit Visumatic zusammengearbeitet hat, um eine automatisierte Maschine zum Zuführen, Schmieren und Installieren eines Ventilkerns mit Gewinde in Ladeanschlussbaugruppen von Fahrzeugen zu entwickeln. Die größten Herausforderungen bestehen darin, zu verhindern, dass fehlerhafte Ventile in den Montageprozess gelangen, und jeden Kern mit einem konstanten voreingestellten Drehmoment festzuziehen.

Nachdem ein Bediener einen vormontierten Ladeanschluss in eine Halterung eingesetzt hat, schließen Sensoren die Halterung und prüfen, ob der Anschluss in Ordnung oder schlecht ist. Fehlerhafte Ports bleiben im Gerät erhalten und können nur freigegeben werden, wenn ein Vorgesetzter am HMI der Maschine ein Passwort eingibt. Wenn der Anschluss als gut befunden wird, wird mit der Montage begonnen.

Ein Ventilkern wird von einer Schüssel zum VPM-Leistungsmodul der Maschine geblasen, das den Kern dann zur Platzierung in Position bringt. Aerosolisiertes Schmiermittel wird schnell auf den Kern aufgetragen und dieser mit einem voreingestellten Drehmoment festgezogen.

Die Grammer AG aus Amberg entwickelt und produziert Komponenten für den Fahrzeuginnenraum sowie Fahrer- und Beifahrersitze. Crashaktive Kopfstützen für Vordersitze gehören zum Produktprogramm des Unternehmens. Im Jahr 2010 ließ Grammer von der DEPRAG eine schlüsselfertige 14-Stationen-Anlage zur Herstellung der Kopfstützen entwickeln.

Laut Boris Baeumler, Anwendungstechniker bei DEPRAG Inc., gehören zu den unkonventionellen Befestigungselementen, die für die Montage jeder Kopfstütze erforderlich sind, ein Sicherungsstift und zwei Kerbstifte. Die Kerbstifte werden aus einer Vibrationsschüssel in einen Separator geblasen und dann in den Träger-CAK (einen) gedrückt der Hauptbaugruppen der Kopfstütze), um zwei Führungsrohre zu befestigen.

Unmittelbar danach wird ein Sicherungsstift aus einer anderen Vibrationsschale in einen Separator geblasen und dann in den Schlitten der Kopfstütze (eine weitere Baugruppe) eingesetzt und gesichert. Die Zykluszeit für die Montage jeder Kopfstütze beträgt weniger als 10 Sekunden, was eine Produktionsrate von mehr als 360 Einheiten pro Stunde ermöglicht. Seitdem hat Grammer drei weitere Anlagen in Mexiko und eine in Polen installiert.

Hersteller von Feuersprinklern führen häufig Stellschrauben zu und treiben sie an, um die Glasphiole des Sprinklerkopfes an Ort und Stelle zu halten. Wenn es zu einem Brand kommt, dehnt sich die chemische Flüssigkeit in der Ampulle durch einen Hitzestau aus und platzt das Glas, wodurch das Absperrventil des Sprinklers und Wasser freigesetzt werden.

Autohersteller liefern Kunststoffklammern zur Montage von Türverkleidungen und Karosserieteilen. Hersteller medizinischer Geräte liefern Stifte mit einer Breite von nur 0,021 Zoll und einer Länge von 0,06 Zoll für Mikrobaugruppen.

„Wir haben viele Einzelsysteme für Kunden hergestellt, darunter eines zur Zuführung von 4-Zoll-Messstäben für einen Hersteller von Hochleistungs-Getriebelagern“, bemerkt Neff. „Um das System genau richtig zu machen, muss man immer eng mit dem Kunden zusammenarbeiten und sicherstellen, dass wir beide die Kosten für die Werkzeugentwicklung rechtfertigen können.“

„Nicht alle unkonventionellen Verbindungselemente sind für die automatische Zuführung ausgelegt“, schließt Droy. „Einige können aufgrund ihrer Form einfach nicht mit dem Blasebalg gefüttert werden. Sie neigen dazu, in der Röhre stecken zu bleiben.“

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.