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SAF Holland: Schraubfallanalyse für Montage von Sattelkupplungen

Die mit den Jahren gestiegene Anzahl an Varianten der Sattelkupplung SK-S 36.20 veranlasste SAF Holland, Atlas Copco Tools mit einer Schraubfallanalyse zu beauftragen. Denn im Zuge kontinuierlicher Produktverbesserungen haben sich Oberflächen und zum Teil auch die Schrauben verändert. Die Analyse hat nun Möglichkeiten aufgezeigt, den Produktionsprozess noch effizienter zu gestalten.

Essen/Singen, Oktober 2015. Das Werk der SAF Holland GmbH in Singen gehört zur Geschäftseinheit „Powered Vehicle Systems“ (Komponenten für Zugfahrzeuge) und beschäftigt rund 40 Mitarbeiter, davon zehn in der Montage. Hauptprodukt ist die Leichtbausattelkupplung SK-S 36.20, die in den Zugmaschinen aller namhaften europäischen Lkw-Hersteller zu finden ist. Sie wiegt 116 kg und eignet sich für schwere Lkw-Zugmaschinen bis 20 t Sattellast. Die SK-S 36.20 ist seit Ende der 1990er Jahre auf dem Markt. Seitdem gab es zahlreiche Verbesserungen – zum Teil in Zusammenarbeit mit den Konstruktionsabteilungen der Kunden.

„Bei der Weiterentwicklung unserer Sattelkupplungen stehen wir im engen Kontakt mit den Entwicklungsabteilungen der einzelnen Fahrzeughersteller“, erklärt Michael Riesterer, stellvertretender Leiter Engineering bei SAF Holland in Singen. „Ein Fokus liegt auf dem Gewicht; denn wenn dieses reduziert wird, kann mehr Nutzlast transportiert werden. Wir haben eines der leichtesten Produkte am Markt. Außerdem sind wir der erste Hersteller mit einer Aluminium-Sattelkupplung im Programm. Der Umweltaspekt ist uns natürlich auch wichtig. In diesem Zusammenhang bieten wir Kupplungen mit Spezialbeschichtungen an, die ohne Schmierstoffe auskommen.“

Das Montageband, an dem die Kupplung gefertigt wird, umfasst drei Stationen sowie die Verpackung als vierten Schritt. Im dritten Montageschritt – auf dem hier das Augenmerk liegt – werden die Sattelkupplung und zwei Lagerböcke mit je zwei Schrauben verbunden. Das Drehmoment beträgt jeweils 400 Nm.

Schraubwerkzeuge von unten in Anlage eingebaut

Verschraubt wird mit zwei Tensor-Elektroschraubern von Atlas Copco Tools, die parallel von unten in eine stationäre Anlage eingebaut sind und über einen Power-Focus-3000-Controller gesteuert werden. Die Steuerung synchronisiert den Anzug beim Eindrehen der beiden Schrauben durch die Tensoren, so dass die Montage ab Kopfauflage der Schrauben simultan verläuft. Das verhindert etwaige Setzerscheinungen und potenzielle Verkantungen im Bauteil.

„Die Tensoren sind eigentlich Handgeräte, bei uns aber als Spezialanwendung fest in die Maschine eingebaut“, erläutert der Leiter der Arbeitsvorbereitung, Daniel Büttner. „Die Verschraubung macht das Programm. Der Mitarbeiter muss vorher nur die Schrauben ansetzen.“ Über einen Barcode, so Büttner weiter, werde jedes Bauteil einem Auftrag zugeordnet, über das SAP-System erfasst und dokumentiert. Dabei würden auch alle Drehmomente zugeordnet.

Heute wird der Schraubfall drehmomentgesteuert angezogen und dabei der Drehwinkel überwacht. „Zuerst haben wir nur über das Drehmoment angezogen“, erinnert sich Michael Riesterer. „Dann hat Atlas Copco zusätzlich noch die Drehwinkelüberwachung aktiviert, die in den Steuerungen der Tensoren bereits angelegt war. Anhand der Verschraubungsdaten, die wir ja dokumentieren, wurde der zulässige Bereich für den Drehwinkel festgelegt.“ Im Zuge dieser Datenauswertung empfahl Atlas Copco die Durchführung einer Schraubfallanalyse, um Berechnungen und reale Werte abzugleichen.

Analyse bei laufender Produktion bestätigt bisherige Prozessdaten

„Nach dieser Programmerweiterung wollten wir den Schraubfall einmal grundsätzlich untersuchen, weil wir verschiedene Komponenten und verschiedene Schrauben jeweils mit dem gleichen Drehmoment anziehen“, erklärt Riesterer. „Eine Variante der
Kupplungsplatte hat beispielsweise eine Gusshaut als Kontaktfläche des Schraubenkopfes und eine Variante eine bearbeitete Fläche. Je nach Oberfläche verwenden wir eine normale Schaftschraube oder eine Zylinderschraube.“ Die Analyse sei zudem wichtig gewesen, weil die gesamte Linie in naher Zukunft komplett überarbeitet und optimiert werden soll. „Im Vorfeld dieser Prozessoptimierungen wollten wir sicherstellen, dass wir mit unseren Werten richtig liegen.“

Die Analyse wurde bei laufender Produktion durchgeführt und hat die Arbeitsabläufe kaum beeinträchtigt. „Wir haben die Pausen genutzt, um zehn Probekupplungen zu verschrauben“, berichtet Daniel Büttner. „Der Hauptteil der Analyse erfolgte an einem
Nebenmontageplatz mit dem Analyseschlüssel, dem Ultraschallgerät und dem Anzeigegerät von Atlas Copco.“

Unter anderem wurden die Flächenpressung und das Setzverhalten analysiert. Die gemessenen Werte haben die Berechnungen der SAF bestätigt und zeigen zudem zukünftige Optimierungsmöglichkeiten für die Station auf. „Wir haben jetzt einen
Überblick, wo wir liegen, und wir wissen, dass die Werte mit unseren Konstruktionsdaten korrelieren“, fasst Michael Riesterer zusammen. „Die gemessenen Werte liegen über denen, die wir ursprünglich berechnet haben, deshalb sind wir auf jeden Fall auf der sicheren Seite.“ Es gebe nun Empfehlungen, das Drehmoment zu erhöhen und auf diese Weise Schraub- und Prozesszeit zu reduzieren. Dafür wären allerdings neue Schraubwerkzeuge nötig, da die jetzigen mit 400 Newtonmeter (Nm) bereits am oberen Ende des optimalen Leistungsbereichs laufen.

„Für uns war es erst einmal wichtig, dass wir mit unseren Werten richtig liegen“, resümiert Michael Riesterer. „Da sich unsere Fertigungsplanung derzeit damit befasst, die Montagelinie umzubauen, waren die Empfehlungen von Atlas Copco ein guter Input im Voraus. Die Vorschläge werden wir berücksichtigen, wenn wir das Geld in die Hand nehmen und die Anlage optimieren.“

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Schraubfallanalyse

Mit der Schraubfallanalyse bietet Atlas Copco Tools seinen Kunden eine geeignete Methode an, um Schraubverbindungen transparent zu machen, eventuelle Probleme zu beheben oder Prozesse zu optimieren. Mit der verfügbaren Laborausrüstung, dem Know-how und der nötigen Software ist Atlas Copco in der Lage, Schraubverbindungen zu analysieren und optimierte Anzugsverfahren zu spezifizieren. Dafür wird nicht nur der Reibwert der Verbindung untersucht, sondern zudem die Versagensgrenze inklusive Klemmkraft und Drehmoment ermittelt ebenso wie auftretende Setzbeträge. Sollte schraubtechnisch keine Lösung möglich sein, werden konkrete Ansatzpunkte zur konstruktiven Schraubfalloptimierung entwickelt bis hin zur kompletten Neugestaltung inklusive Berechnung und empirischer Absicherung mit einer erneuten Schraubfallanalyse.

Über Atlas Copco

Der Industriekonzern Atlas Copco ist mit seinen Produkten und Dienstleistungen in den Branchen Kompressoren und Drucklufttechnik, Bau und Bergbau sowie Industriewerkzeuge und Montagesysteme weltweit führend. Mit seinen innovativen Produkten und Dienstleistungen bietet Atlas Copco Lösungen für nachhaltige Produktivität. Der 1873 gegründete Konzern hat seinen Hauptsitz in Stockholm, Schweden, und ist weltweit in über 180 Ländern vertreten. 2014 hatte Atlas Copco rund 44000 Mitarbeiter und setzte 10,3 Milliarden Euro um. www.atlascopco.com

Atlas Copco Tools gehört zum Konzernbereich Industrietechnik. Die Geschäftsbereiche Allgemeine Industrie und Fahrzeugindustrie fertigen und vertreiben handgehaltene Elektro- und Druckluftwerkzeuge, Hydraulikschrauber, Montagesysteme, pneumatische Antriebstechnik, Hebezeuge, Software und Zubehör für die Industrie. Mit seinem Geschäftsbereich Service bietet Atlas Copco Tools ein globales Projektmanagement für multinational tätige Kunden sowie umfassende Dienstleistungen an: von der klassischen Reparatur über umfassende Wartungsverträge für die gesamte Fertigungstechnik bis hin zu Kalibrierungen aller Messmittel. www.atlascopco.de


Bild 1: Den Montageprozess dieser Sattelkupplung hat SAF Holland einer Schraubfallanalyse unterzogen. (Bild: SAF Holland)


Bild 2: Die Sattelkupplung mit Lagerböcken … (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 3: … und hier die Sattelkupplung ohne Lagerböcke auf dem Montageband. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 4: Die Sattelkupplung und zwei Lagerböcke werden mit je zwei Schrauben verbunden. Das Drehmoment beträgt jeweils 400 Nm. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 5: Die Sattelkupplungen werden mit zwei computergesteuerten Tensor- Elektroschraubern verschraubt, die nebeneinander in die Maschine eingebaut sind. Zwischen den Förderrollen sind im Bild die Innensechskant-Abtriebe der Werkzeuge zu sehen. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 6: Daniel Büttner, Leiter der Arbeitsvorbereitung der SAF Holland GmbH in Singen: „Wir haben die Pausen genutzt, um zehn Probekupplungen zu verschrauben. Der Hauptteil der Analyse erfolgte an einem Nebenmontageplatz mit dem Analyseschlüssel, dem Ultraschallgerät und dem Anzeigegerät von Atlas Copco.“ (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 7: Michael Riesterer, stellvertretender Leiter Engineering bei der SAF Holland GmbH in Singen: „Für uns war es erst einmal wichtig, dass wir mit unseren Werten richtig liegen. Da sich unsere Fertigungsplanung derzeit damit befasst, die Montagelinie umzubauen, waren die Empfehlungen von Atlas Copco aber ein guter Input.“ (Bild: Atlas Copco Tools)