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Schraubwerkzeuge prüfen 1,50 m lange Holzschrauben

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Elektroschrauber ersetzen Prüfschlüssel in der Qualitätssicherung

Je früher Abweichungen von den Sollwerten in einer Produktion entdeckt werden, desto effektiver lassen sich Gegenmaßnahmen ergreifen. Das Schraubenwerk Gaisbach verwendet für die Güteüberwachung seiner Fertigung Schraubwerkzeuge von Atlas Copco Tools. Zwar etwas zweckentfremdet, dafür aber mit umso größerem Erfolg.

Essen, Mai 2015. Dass man mit Schraubwerkzeugen Schrauben eindrehen kann, ist bekannt. „Ein Novum ist es hingegen, wenn in der Großserienfertigung von Holzschrauben gesteuerte Elektroschrauber die Fertigungsqualität überwachen und kontrollieren", sagt Dietmar Wieland und öffnet die Tür zum Qualitätsprüflabor der Schraubenwerk Gaisbach GmbH (SWG). Hier testen die SWG-Fachleute bis zu 1,50 m (!) lange Holzschrauben des Waldenburger Herstellers auf Herz und Nieren. Neben den üblichen Anlagen und Prüfgeräten findet sich im Labor seit kurzem ein Tensor-Elektroschrauber von Atlas Copco Tools.

Drehmomentschlüssel haben ausgedient

„Dieses Werkzeug in unserem Labor – und ein zweiter Tensor direkt an den Härteöfen in unserer Produktion – haben bei uns die Handprüfschlüssel vollständig abgelöst", berichtet Dietmar Wieland. „Sie sind leichter zu handhaben und liefern genauere Messergebnisse." Alle Anforderungen an die Güte und Qualität der Holzschrauben würden eingehalten, jede einzelne Charge werde dokumentiert, betont er. „Das ist bei 10 Millionen Schrauben täglich ein erheblicher Aufwand, aber nur so können wir dem Kunden höchste Qualität garantieren und uns als Hersteller für den Fall etwaiger Reklamationen absichern."

Weil Holzschrauben sehr hoch beansprucht werden, kommt auch der Bruchdrehmomentprüfung eine besondere Bedeutung zu. Zehn Muster aus jeder Charge unterzieht SWG diesem zerstörerischen Vorgang. „Früher verwendeten wir Drehmomentschlüssel mit Schleppzeiger. Die bekamen im Augenblick des Abscherens der Schraube aber Probleme", schildert der Fachmann. Die Mimik im Inneren des Prüfschlüssels erhielt durch die Spannungsspitzen beim Versagen und Brechen des Schraubenschafts einen Schlag. Die Folge waren mitunter „utopische Messwerte", so dass bei einem Ist-Wert von 15 Newtonmetern (Nm) zum Beispiel 22 Nm angezeigt wurden. Zusätzliche Kontrollmessungen wurden nötig. „Außerdem waren ständig drei bis vier Schlüssel zur Reparatur beim Hersteller, was ebenfalls Mehrkosten verursachte."

Weil Dietmar Wieland und sein Kollege Patrick Roll bereits in diversen Presseberichten gelesen hatten, dass Tensorschrauber äußerst genau arbeiten, ihre Steuerungen die Resultate in Echtzeit aufzeichnen und auch in Form von Schraubkurven wiedergeben können, fuhren sie zur Montagemesse Motek in Stuttgart. Bei ihrem Besuch am Atlas- Copco-Stand wollten sie erfahren, ob sich diese Montagetechnik auch für die Durchführung und Dokumentation ihrer Abreißversuche nutzen ließe. „Die Ansprechpartner auf der Motek hatten uns direkt verstanden. Schon auf dem Messestand hatten wir gemeinsam die letztlich umgesetzte Lösung skizziert", lobt Qualitätsprüfer Wieland.

Schnelle Akzeptanz der neuen Technik

Die „Messebekanntschaft" aus Stuttgart steht heute, in einer Lineareinheit fixiert, auf der Werkbank im SWG-Labor. Holzschrauben von 6 bis 14 mm Durchmesser werden darunter in einer Aufnahme eingespannt, dann beginnt die Prüfung. „Der Tensor bringt sein Drehmoment in die Holzschraube ein und zieht bis zur Überlastung und dem Bruch des Schraubenschafts weiter, ohne dass ich dafür Körperkraft aufbringen müsste", erläutert Wieland. Dieser Ergonomie-Aspekt spielte eine zusätzliche Rolle beim Wechsel auf die neue Prüftechnik. Denn die Dimensionen der Schrauben werden durch die Weiterentwicklung im Ingenieurholzbau immer größer: „Wenn Sie das Bruchdrehmoment bei einem Gewindedurchmesser von 14 Millimetern von Hand aufbringen müssen, wird das spätestens ab der dritten Schraube zu einer körperlichen Belastung."

Doch die Tensorwerkzeuge ersparen den Prüfern die schwere physische Arbeit und wurden auch deshalb sofort akzeptiert. „Zurzeit arbeiten wir in einem Drehmomentfenster von etwa zehn bis 130 Newtonmetern, aber möglicherweise werden wir in Zukunft noch massivere Schrauben konstruieren", sagt der staatlich geprüfte Holztechniker Patrick Roll, der bei SWG die Abteilung Technik leitet. Sollten sie in Produktion gehen, stelle deren Qualitätskontrolle keine Hürde mehr dar. „Wir haben einen entsprechend leistungsfähigen Tensor angeschafft. Der gibt uns eine Menge Luft nach oben", ist er sich sicher.

Geeignet auch für Einschraub-Drehmomentprüfungen

Da der 200 Nm starke Tensor-Pistolenschrauber lediglich durch eine Vielzahnverbindung an seiner Front in der Lineareinheit ruht, lässt er sich ohne großen Aufwand aus der Aufnahmeplatte herausziehen. So wird ein schneller Ortswechsel möglich, den die SWG zu einer weiteren Nutzung ihres neuen Schraubwerkzeugs inspirierte. „Neben dem Prüfstand für die Bruchdrehmomentprüfung haben wir ein Testfeld für tatsächliche Einschraubversuche installiert. In dieser Station untersucht der Tensor in zerstörungsfreien Prüfreihen etwa das genaue Eindrehverhalten unserer Vollgewindeschrauben oder die Wirksamkeit bestimmter Gewindebeschichtungen", stellt Patrick Roll die zusätzliche Einrichtung vor.

Das aus der Lineareinheit mitgenommene Werkzeug setzt der Techniker in einen von der Raumdecke hängenden Kohlefaserarm ein und beweist die Vielseitigkeit seines Schraub-beziehungsweise Testsystems: „Der Karbonarm von Atlas Copco ist sehr leicht und stabil und kann wie ein Teleskop ausgezogen werden. So können wir Schrauben aller Längen aus praktisch jeder Position heraus in unsere Leimbinder-Versuchsholzkörper hineindrehen."

Wie schon bei den Bruchdrehmomentversuchen geben auch hier die Schraubkurven wichtige Informationen. „Alle ermittelten Messwerte spielen wir zur Dokumentation direkt von der Schraubereinheit in unser computerunterstütztes Qualitätssicherungssystem (CAQ) ein, wo sie für spätere Soll-Ist-Vergleiche und weitere Gütenachweise dauerhaft gespeichert werden."

Qualitätssicherung direkt an den Produktionsanlagen

Wesentlich lauter und rauer als im Labor geht’s in der Produktion zu. Hier verwandeln sich die angelieferten Drahtrollen in etlichen Arbeitsschritten in schier unzählbar viele Holzschrauben. In der Nähe der Härteöfen haben die SWG-Qualitätsprüfer inzwischen einen zweiten Tensor installiert, der ihnen etliche Wege zum Prüflabor spart. Da auch dieser über eine CAQ-Anbindung verfügt, lassen sich direkt in der Fabrikation automatische Chargenprüfungen auf Bruchdrehmomente vornehmen und die Rohschrauben unmittelbar nach dem Härtevorgang kontrollieren.

„Sollten die vorgegebenen Gütewerte nicht erreicht werden, können wir die Schraubenrohlinge zum Beispiel noch einmal glühen oder nachhärten, und damit ein Feintuning an der Qualität vornehmen", veranschaulicht Patrick Roll. Käme hingegen eine ungeprüfte Charge mit unzureichender Härtecharakteristik in die Galvanisierung, gäbe es nach dieser Oberflächenbehandlung keine Stellmöglichkeiten mehr für die Qualität und Festigkeit. „Im schlimmsten Fall ist dann ein komplettes Produktionslos Ausschuss."

Damit es zu solchen Verlusten nicht kommt, hält auch das zweite Tensorwerkzeug mit ebenfalls 200 Nm Drehmomentleistung sein „digitales Auge" zuverlässig auf die stählernen Rohlinge.

Autor: Heiko Wenke, Atlas Copco Tools Central Europe GmbH, D-45141 Essen

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, 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: Zerstören, um zu sichern: Aus jeder einzelnen Charge werden bei der Schraubenwerk Gaisbach GmbH zehn Holzschrauben einer Bruchdrehmomentüberprüfung unterzogen. Im Falle von Abweichungen wird die betroffene Schraubencharge nachgehärtet oder aussortiert. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 2: Zum Prüfmittel umfunktionierte Tensorschrauber von Atlas Copco Tools zeichnen den Schraubverlauf bis zum Abscheren des Gewindeschafts elektronisch auf und zeigen ihn in Echtzeit als Bildschirmgrafik an. „Durch die Schraubkurven erhalten wir ein genaues Bild vom Härtegrad und dem Verwindungsverhalten der fertigen Schrauben und Rohlinge“, erklärt Qualitätsprüfer Dietmar Wieland. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 3: Neben den Abreißuntersuchungen wird der 200 Newtonmeter starke und dabei sehr handliche Tensor-Pistolenschrauber auch für Eindrehversuche in Leimbinderblöcke verwendet. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 4: Patrick Roll, Leiter der Abteilung Technik beim Schraubenwerk Gaisbach, zeigt auf das asymmetrische Gewinde einer Holzschraube in starker Vergrößerung. „Durch die Umwidmung von Tensor-Schraubwerkzeugen in Mess- und Prüfinstrumente konnten wir entscheidende Schritte in unserer Qualitätssicherung wesentlich einfacher gestalten und verbessern!“ (Bild: Atlas Copco Tools)