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Der Büromöbelhersteller Wilkhahn greift bei der Montage seines neuen Trendsetters, dem Bürostuhl „ON“, auf die Gradientenstrategie zurück. Dieses Anzugsverfahren, bei dem der Schrauber nach Erreichen der Kopfauflage abschaltet und um einen festgelegten Drehwinkel weiter anzieht, erleichtert alle Verschraubungen, bei denen sich während des Anziehens der Einschraubwiderstand ändert.

Essen/Bad Münder, Februar 2011 – Die Wilkhahn GmbH in Bad Münder hat den größten Bürostuhlauftrag ihrer über 100-jährigen Unternehmensgeschichte einer neuen Entwicklung zu verdanken: „ON“ heißt der jüngste Trendsetter des Herstellers, der reißenden Absatz findet. Eine Großbank in Japan bestellte gleich 6000 Bürostühle der Serie. Die Produktion in derart großem Stil ist für das Unternehmen, das für sehr hochwertige Büromöbel in höherem Preissegment bekannt ist, nicht alltäglich. Dass die Montage des ON reibungslos funktioniert, hat Wilkhahn mit gesteuerter Schraubtechnik aus dem Hause Atlas Copco Tools sichergestellt. Beim Verschrauben setzt das Unternehmen das sogenannte Gradientenanzugsverfahren ein.

Um zu erfahren, wie Wilkhahn mit dieser Schraubstrategie zurechtkommt, sind wir hier – und sehen am Produkt keine einzige Schraube. Aus gutem Grund: Denn beim ON legten die Entwickler ebenso viel Wert auf Design wie auf Funktionalität. Man sieht dem schlanken Bürostuhl seine ausgeklügelte Mechanik nicht an. „Der Stuhl geht mit jeder Körperbewegung – auch seitwärts – mit und stützt seinen Besitzer in jeder Arbeitshaltung“, erläutert Peter Hellwig, der die Produktionsorganisation leitet. Jetzt sucht er nach einem Schraubenzieher, um uns die Verschraubungen am ON sichtbar zu machen. Hinter der abnehmbaren Rückenlehne verstecken sich die Schrauben, die Wilkhahn eigens für diesen Stuhl entwickelt hat. Ein Kugelkopf mit Torxantrieb, der zunächst in einen gewindelosen Schaft übergeht, gewährleistet die Beweglichkeit der Verbindung; an den zylindrischen Teil des Schaftes schließt sich ein dreieckiges, selbstschneidendes Gewinde an, auf das eine Tuflok-Beschichtung aufgeschmolzen ist. Zwei dieser „Hüftgelenk-Schrauben“ – rechts und links – verbinden je drei verschiedene Materialien miteinander. Durch die Sitzschale aus Polypropylen und einen Finger-Klemm-Schutz aus Polyoxymethylen wird in das Sackloch des Schwenkarms aus Aluminiumdruckguss verschraubt. Aufgrund der Form des Kugelkopfs bleiben die Kunststoffteile um den oberen Teil der Schraube herum frei beweglich. „Insgesamt sind es vier Schrauben, die die Flexibilität der Bewegungen sicherstellen“, zeigt uns Peter Hellwig am Montageplatz. „Zwei hinten an den einzeln beweglichen Schwenkarmen für das Hüftgelenk und zwei vorne als Schubgelenke in Höhe der Kniegelenke.“ Die Abstimmung auf Positionen und Bewegungsgrade von Hüft- und Kniegelenken nennt Wilkhahn übrigens „Trimension“, um das Dreidimensionale dieser stützenden Funktion hervorzuheben.

Scher- und Torsionskräfte erfordern höherwertige Schraubtechnik

Insbesondere die Schrauben am Schwenkarm stellen für den Büromöbelhersteller keinen alltäglichen Schraubfall dar. Kam Wilkhahn bis dato mit Druckluftschraubern von Atlas Copco Tools gut zurecht, weil die bisherigen Schraubfälle nur auf Zug ausgelegt waren, so treten bei den beiden „Hüftgelenk“-Schrauben des ON nun Scher- und Torsionskräfte auf. Außerdem führten bei Erstversuchen die unterschiedlichen Materialien, die speziellen Schrauben und die Fertigungstoleranzen dazu, dass bei internen Tests, die über die üblichen vorgeschriebenen Prüfungen weit hinausgingen, Verbindungen teilweise nicht sicher hielten. „Die drei Komponenten werden wie ein Sandwich zusammengedrückt, so dass wir mit Abschaltschraubern nicht die nötige Klemmkraft in die Verbindung einbringen konnten“, schildert Hellwig die Problematik. „Wir haben aber einen sehr hohen Qualitätsanspruch an unsere Produkte.“ Daher sei Wilkhahn mit den Testergebnissen des neuen Vorzeigeobjekts nicht zufrieden gewesen – selbst wenn es um keine sicherheitskritische Verschraubung ging. Die Projektzuständigen wandten sich an Atlas Copco Tools, mit denen Wilkhahn schon lange zusammenarbeitet. Das Essener Unternehmen berät den Büromöbelhersteller seit 2002 in Sachen Schraubtechnik regelmäßig im Vorfeld der Null-Serien-Fertigung.

Gemeinsam nahm ein Expertenteam von Atlas-Copco- und Wilkhahn-Mitarbeitern den ON-Schraubfall unter die Lupe. Am Ende eines Tages mit Workshops, gemeinsamen Schraubfallanalysen und Probeverschraubungen am Bürostuhl stand fest, dass gesteuerte Schraubtechnik nötig würde. Aufgrund der relativ kleinen Drehmomente von maximal 12 Newtonmetern (Nm) schlug Atlas Copco gesteuerte Elektroschrauber der Bauart Tensor SL vor. Vor allem wegen der Toleranzlage der Teile rieten die Essener außerdem zum sogenannten Gradientenanzugsverfahren. Bei dieser Schraubstrategie wird nach Erreichen der Kopfauflage die Schraube um einen festgelegten Drehwinkel weiter angezogen. Das Verfahren erleichtert die Montage überall dort, wo sich während des Anziehens der Einschraubwiderstand ändert. Die Steuerung ermittelt kontinuierlich das Drehmoment und dessen Änderung – den Gradienten. Wenn dieser den programmierten Wert annimmt, schaltet der Schrauber auf Winkelanzug um, bis die Schraube versenkt ist.

Drei Parametersätze für vier Schrauben – und nur ein Werkzeug

Bei der ON-Montage läuft in der Power-Focus-Steuerung des Schraubers ein Programm ab, das alle vier Schrauben von Hüft- und Kniegelenken umfasst. Zunächst montiert der Werker die beiden Schrauben am Kniegelenk. Dafür setzt er zuvor auf die beiden Sacklöcher, die sich im Kniebereich des Aluminiumbauteils befinden, je einen Kunststoff-Lagerpilz. Dann zieht er mit dem Tensor die beiden Schrauben auf ein Drehmoment von 4,6 Nm an; ohne weiteres Zutun des Werkers schaltet der Schrauber anschließend für die beiden Verschraubungen am Hüftgelenk auf die Gradientenstrategie um. Der Werker selbst muss nur das Material der Schwenkarme im Blick behalten: Je nachdem, ob diese verchromt oder mit Pulverlack beschichtet sind, ändert sich der erforderliche Drehwinkel, um den der Tensor nach der Kopfauflage der Schrauben weiterziehen muss (100° oder 110°). Der Mitarbeiter stellt dies am Schrauber selbst ein. Damit bei jeder Schraube die richtige Strategie greift, zählt der Tensor SL den Zyklus mit: Nach den ersten beiden Schrauben am Knie erwartet er zwei Schrauben am Hüftbereich. Für das Atlas-Copco-Werkzeug stellen die vier Schrauben und drei verschiedenen Parametersätze kein Problem dar: Der Tensor SL kann 256 Parametersätze speichern und ausführen.

Wilkhahn nutzt bei der Montage erstmalig ein gesteuertes System – und ist sehr zufrieden. Das neue Werkzeug kommt auch bei den Werkern gut an. „Unsere Mitarbeiter sind ohnehin Neuem aufgeschlossen“, erzählt Hellwig. Jetzt sind sie froh, den etwas anstrengenden Übergangszustand vor Einführung der gesteuerten Lösung hinter sich zu haben: Denn etwa ein Vierteljahr lang mussten die Schrauben mit einem Knickschlüssel manuell nachgezogen werden.

Bauteile mit zu hohen Toleranzen durch Tensorschrauber entdeckt

Neben der sicheren Schraubverbindung freut man sich bei Wilkhahn auch darüber, dass der Schrauber „mitdenkt“. So hat der Büromöbelhersteller mit Hilfe des Tensors herausgefunden, dass beim Serienanlauf einige Bauteile nicht der Spezifikation entsprachen: Der Schrauber gab mehrfach N.i.O.-Meldungen aus („nicht in Ordnung“). „Wir haben das geprüft und stellten Toleranzen im Sackloch fest, die sich im Bereich von Zehntelmillimetern bewegten“, erklärt Hellwig. „Wir haben diese Teile aussortiert und unseren Lieferanten zu höherer Genauigkeit bewegt.“ Ohne den Tensor hätte man diese Toleranzabweichungen wahrscheinlich nicht so schnell erkannt, meint er.

Heute stößt das Werk in Bad Münder täglich bis zu 350 der hochwertigen Stühle aus, die als neuer, weltweiter Benchmark für gesunde Bürostühle gelten. „Jetzt optimieren wir nur noch die Ergonomie an den Montage-Arbeitsplätzen“, sagt Hellwig, „damit unsere Werker nicht nur beim Stuhl-Testen ihren Rücken entlasten können.“
 
 

Zur Wilkhahn GmbH & Co. KG

1907 gründeten Friedrich Hahne und Christian Wilkening in Eimbeckhausen bei Hannover eine Stuhlfabrik. Die Namen der beiden Gründer wurden später zum Firmennamen zusammengezogen: „Wilk-hahn“. Aus dem Holz der umliegenden Wälder fertigte das Unternehmen Stühle aus massiver Buche. Zunächst war der Betrieb einer unter vielen Stuhlfabrikationen der Region, die aus diesem Grund bis heute auch „Stühletal“ genannt wird. Wilkhahn ging aber bald durch Innovationsfreude und seinen hohen Anspruch an Design und Funktionalität einen anderen Weg und wurde zum Pionierunternehmen für moderne Büromöbel.
2010 zeigte das Unternehmen, das neben Sitzmöbeln auch Konferenztische fertigt, auf der Büromesse Orgatec mit dem Bürostuhl „ON“ mittlerweile den dritten Stuhl, den man in Bad Münder als Meilenstein bezeichnet. ON wird wegen seiner „exzellenten Gestaltung“ und des Gedankenansatzes des „Sitzens als natürlicher Bewegungsform, die dem Körper alle natürlichen Bewegungsmöglichkeiten bietet, über die er verfügt“, mit dem Designpreis Deutschland 2011 (so etwas wie dem deutschen „Design-Oscar“) ausgezeichnet.