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Komplexe Montageabläufe sicher im Griff

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ZF Friedrichshafen: Kompetenzgewinn durch neue Schraubstation

Mit einer neuen Station für die Montage von Corner-Modulen für schwere Landmaschinen hat das ZF-Geschäftsfeld Nkw-Fahrwerkmodule vor zwei Jahren sein Portfolio erweitert. Mittels Schraubtechnik von Atlas Copco Tools können im Werk in Dielingen jetzt auch komplexe Montageabläufe an einem Arbeitsplatz sicher bearbeitet und dokumentiert werden.

Essen/Lemförde, Juli 2014 – Wie man als Automobilzulieferer seine Fertigung flexibel und individuell an neue Kundenentwicklungen und -bedürfnisse anpassen kann, hat das Dielinger Werk der ZF Friedrichshafen AG vorgemacht. Auslöser war ein neu entwickeltes Corner-Modul für schwere Landmaschinen, dessen Montage sich mit der bestehenden Schraubtechnik im Unternehmen nicht realisieren ließ. Das von ZF gefertigte und montierte Corner-Modul besteht aus einem Radträger, oberem und unterem Querlenker sowie einem Rahmen und umfasst darüber hinaus alle Lager und Verschraubungen. Die vom Endkunden gebaute Landmaschine besitzt durch vier verbaute Corner-Module eine Einzelradaufhängung, bei der alle vier Räder lenkbar sind.

„Das Corner-Modul war die Neuentwicklung eines unserer Kunden, aus der sich für uns ein spezieller Montageablauf ergeben hat“, erklärt Hans-Werner Budke, Leiter Produktion und Logistik im Geschäftsfeld Nkw-Fahrwerkmodule bei ZF. „Und um diesen sicher zu bearbeiten, war eine Modernisierung der Schraubprozesse erforderlich.“ Denn bislang wurde im Rahmen der Standardmontage in Dielingen immer nur ein Drehmoment pro Station realisiert. Diesmal sollten jedoch insgesamt zwölf Schrauben mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehwinkeln direkt nacheinander mit nur einem Werkzeug angezogen werden. „Das wollten wir absichern“, erklärt Budke. „Deshalb haben wir gemeinsam mit Atlas Copco Tools ein Lösungskonzept erarbeitet.“

Dieses umfasst den dokumentationsfähigen Elektroschrauber Tensor ST (Typ ETD ST101 100 CTADS) am Articulated Arm, ein Display für die Visualisierung des Schraubfalls während der Montage, die Steuereinheit Power Focus 4000 sowie die Anwendungssoftware Tools-Net 4000 zur Datensammlung und Prozessoptimierung. Durch den Einsatz des Articulated Arms – eines im Atlas-Copco-eigenen Application-Center in Essen entwickelten, frei beweglichen Handling-Arms – wird das Werkzeug gewichtslos und überträgt keine Reaktionskräfte auf das Hand-Arm-System des Werkers. Darüber hinaus wurde für die Station eine spezielle Software entwickelt, mittels derer Auftrags- und Werker-Nummer über einen Barcode aufgenommen werden und die nach Abschluss der Montage eine laufende Seriennummer generiert.

3-D-Visualisierung führt den Werker

„Wir haben jetzt den wesentlichen Vorteil, dass wir die ganze Montageaufgabe mit allen sicherheitskritischen Schraubfällen in einer Station abbilden können“, sagt Bernd Meier, Leiter Produktion Module im Geschäftsfeld Nkw-Fahrwerkmodule. „Mit der neuen Technik stellen wir die geforderte Qualität sicher; die Daten sind reproduzierbar und werden dokumentiert. Wir können die Schraubfälle visualisieren und den Werker sicher durch die einzelnen Montageschritte führen.“

Um das Werkzeug zu aktivieren, liest der Werker im ersten Schritt seinen Barcode und den der Begleitkarte des Werkstücks am Steuerungs-Terminal ein. Danach erscheint eine 3-D-Visualisierung des Moduls auf dem Bildschirm der Steuerung sowie auf einem kleinen Display direkt am Schrauber. Der Schraubpunkt, der anzuziehen ist, leuchtet gelb im 3-D-Modell. Parallel leuchtet in der Stecknuss-Auswahl eine Blinkleuchte bei der richtigen Nuss, die wiederum an ein bestimmtes Drehmoment gekoppelt ist. „Erst wenn all diese Schritte erledigt sind – das Einscannen, die Aktivierung des Jobs und die Auswahl der richtigen Nuss –, ist der erste Schraubfall freigegeben“, erklärt Marco Faber, Produktionsplaner Bereich Montage bei ZF. „Vorher dreht sich an dem Schrauber nichts.“

Die Montage des Corner-Moduls umfasst insgesamt zwölf Verschraubungen. Ein Satz Schrauben wird zur Vorpositionierung der Komponenten mit einem geringen Moment verschraubt. Anschließend werden einseitig Gelenkbolzen vorgezogen und dann mit einem definierten Winkel wieder gelöst. Danach werden beidseitig die Gelenkbolzen mit einem definierten Drehmoment knapp unter dem maximalen Drehmoment des Schraubers angezogen. Zum Schluss wird der zu Anfang zur Vorpositionierung der Komponenten genutzte Satz Schrauben auf ein mittleres Moment angezogen. Dank der Werkerführung entfallen auf die Schraubprozesse nur rund 15 % des gesamten Montageaufwands an den Corner-Modulen.

„Die Visualisierung stellt sicher, dass der Werker den vorgegebenen Ablauf einhält“, erläutert Marco Faber. „Er wird praktisch durch das komplette Montageprogramm geführt, indem das Display jeweils die Schraubposition anzeigt, an der er als nächstes zu arbeiten hat.“ Wird die richtige Reihenfolge nicht eingehalten, lässt sich der Schrauber nicht aktivieren. Wurde die Schraube ordnungsgemäß fixiert, quittiert die Visualisierung dies mit einem „OK“.

Dokumentation

„Da es sich um sicherheitskritische Verschraubungen handelt, müssen wir sie dokumentieren und ihre Rückverfolgbarkeit gewährleisten“, ergänzt Bernd Meier. „SAP ist bei uns im Werk das führende System. Für die Station gibt es eine Unterarchivierung.“ Die generierten Daten werden in der Qualitätssicherung stichprobenweise geprüft. Darüber hinaus wird einmal pro Monat eine Vergleichsmessung an der Station durchgeführt.

Das mit der neuen Station erworbene Know-how will das Unternehmen künftig nutzen und ausbauen. „Mit dieser Station bauen wir Neues auf, das wir auch anderen Kunden anbieten können, und erweitern damit unser Portfolio“, resümiert Hans-Werner Budke. „Sobald diese Station ausgelastet ist, denken wir über eine weitere nach.“

Autorin: Stephanie Banse










Über die ZF Friedrichshafen AG

ZF ist ein weltweit führender Automobilzulieferkonzern in der Antriebs- und Fahrwerktechnik mit 122 Produktionsgesellschaften in 27 Ländern. Der Konzern mit über 72000 Mitarbeitern erzielte im Jahr 2013 einen Umsatz von 16,8 Milliarden Euro. Auf der Rangliste der Automobilzulieferer ist ZF unter den zehn größten Unternehmen weltweit. Gegründet wurde das Unternehmen 1915 zur Entwicklung und Produktion von Getrieben für Luftschiffe und Fahrzeuge. Heute gehören Getriebe und Lenkungen sowie Fahrwerkkomponenten und komplette Achssysteme und -module zum Produktprogramm. Anteilseigner des Unternehmens sind mit 93,8 Prozent die Zeppelin-Stiftung, die von der Stadt Friedrichshafen verwaltet wird, sowie mit 6,2 Prozent die Dr.-Jürgen-und-Irmgard-Ulderup-Stiftung, Lemförde.


Bild 1: Der Werker zieht am Corner-Modul insgesamt zwölf Schrauben an, mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehwinkeln. Das Display direkt am Werkzeug unterstützt ihn dabei und ermöglicht einen korrekten und effizienten Arbeitsablauf. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 2: Die Station umfasst den dokumentationsfähigen Elektroschrauber Tensor ST am Articulated Arm, ein Display für die Visualisierung des Schraubfalls während der Montage, die Steuerung Power Focus 4000 sowie die Anwendungssoftware Tools-Net 4000 zur Datensammlung und Prozessoptimierung. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 3: 3-D-Visualisierung des Corner-Moduls. (Bild: ZF Friedrichshafen AG)


Bild 4: Auf einem kleinen Display direkt am Schrauber erscheint die 3-D-Visualisierung des Moduls mit allen Schrauben. Die Schraube, die als nächste anzuziehen ist, leuchtet gelb im 3-D-Modell. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 5: „Im Rahmen unserer Standardmontage haben wir bislang immer nur mit einem Drehmoment gearbeitet, das bei vielen Produkten nacheinander angezogen wird. Dies ist der erste Fall, bei dem wir unterschiedliche Momente in einer Station haben. Das wollten wir absichern, und dabei hilft uns die neue Technik von Atlas Copco“, sagt Produktions- und Logistikleiter Hans-Werner Budke. (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 6: „Wir können nun die ganze Montageaufgabe mit allen sicherheitskritischen Schraubfällen in einer Station abbilden“, sagt Bernd Meier, Leiter Produktion Module im Geschäftsfeld Nkw-Fahrwerkmodule. „Das ist ein wesentlicher Vorteil.“ (Bild: Atlas Copco Tools)


Bild 7: Marco Faber: „Die Visualisierung stellt sicher, dass der Werker den vorgegebenen Ablauf einhält. Er wird vom Display durch das komplette Montageprogramm geführt, indem ihm jeweils die Schraube samt Position angezeigt wird, die er festzuziehen hat.“ (Bild: Atlas Copco Tools)