Fließlochverschraubung im Karosseriebau profitiert von Pneumatik

Pneumatik/Ventiltechnik

Fließlochformendes Schrauben mit Aventics-Pneumatik

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Das fließlochformende Schrauben setzt sich als kaltes Fügeverfahren für Stahl und Aluminium vor allem in der Automobilindustrie immer stärker durch. Einer der bekanntesten Anbieter dieser Technologie ist die Weber Schraubautomaten GmbH. Beim robotergestützten Schraubsystem der Baureihe RSF sorgt Ventiltechnik von Aventics für die exakte Parametrierung.

Ursula Gehl, Fachredakteurin, Köln

Prozesssicherheit, hohe Flexibilität und Null-Fehler-Quote sind maßgebliche Kriterien für die zunehmend gefragte automatisierte Schraubtechnik. Vorreiter solcher Technologieanwendungen ist der Karosseriebau in der Automobilindustrie. Hier wird durch den Mix an unterschiedlichen Materialien auf jedes Gramm geachtet, um bessere Verbrauchswerte zu erzielen. Die Werkstoffe sollen immer leichter aber auch fester und dennoch möglichst kostengünstig sein.

Die für Fahrzeuge vorteilhafte Mischbauweise stellt jedoch hohe Anforderungen an die Verbindungs- und Fügetechnik: Jedes einzelne Material erfordert spezifische Konstruktionen, was die Komplexität beim Verbund der Werkstoffe entsprechend erhöht: Die einzelnen Teile müssen nicht nur sicher und dauerhaft miteinander verbunden werden, sondern auch gut lösbar sein.

Als zentrales Element hat die Karosserie wesentlichen Anteil an der passiven Sicherheit von Fahrzeugen und ist tragende Verbindung für fast alle Komponenten. In diesem herausfordernden Segment ist die Weber Schraubautomaten GmbH aus Wolfratshausen Technologietreiber. Ihre fortschrittlichen Schraubverfahren für moderne Werk- und Verbundstoffe basieren auf langjähriger umfangreicher Kompetenz. Dies gilt auch für die fließlochformenden Schraubsysteme der Baureihe RSF, deren robuste, zuverlässige und prozesssichere Konstruktion namhafte Automobilhersteller überzeugt.

Funktionale Pneumatik für komplexe Prozesse

„Die besonderen Merkmale der fließlochformenden Schraubprozesse stellen hohe Ansprüche an die zugrundeliegenden Systeme, die wir mit der Proportionalventiltechnik von Aventics erfüllen können“, betont Wolfgang Wagenstaller, zuständig für die mechanische Konstruktion bei Weber Schraubautomaten. Die Pneumatik dient zur Ansteuerung des robotergestützten Schraubsystems. „Der Prozess ist äußerst komplex, was vor allem in den Prozessparametern abgebildet werden muss. Deshalb sind hohe Funktionalität und Modularität wichtige Kriterien bei der Auswahl des Pneumatiksystems. Komponenten von Aventics bieten diese Leistungsmerkmale und entsprechen außerdem unseren Wünschen bezüglich geringer Baugröße und der Integration notwendiger E/A-Module samt Bussystem.“

Mit den Fließlochform-Schraubsystemen werden Werkstücke ohne Vorloch mit einseitiger Fügerichtung miteinander verbunden. Je nach Materialkombination dauert der Schraubprozess zwischen 1,2 s für Aluminium-Verbindungen bis 2,5 s bei Stahl-Verbindungen. Die Technologie basiert auf der Kombination aus Axialkraft und hoher Drehzahl des Schraubers, die zu Reibungshitze führt. Im Bereich der Fügestelle wird das Material erwärmt und schließlich zähflüssig, so dass ein Fließloch entsteht. Danach schneidet die Schraube ein lehrenhaltiges, metrisches Gewinde und zieht schließlich beim Erreichen der Kopfauflage bis zum definierten Anzugmoment an. Durch die starke Ausformung der Gewinde (hoher Traganteil) entsteht somit eine hochfeste Verbindung. Außerdem kann eine Fließlochform-Schraube bei Bedarf später durch eine herkömmliche metrische Schraube ersetzt werden.

Hohe Flexibilität durch exakte Parametrierung

In enger Zusammenarbeit mit Aventics erstellten die Konstrukteure von Weber Schraubautomaten ein neues elektropneumatisches Konzept mit dem innovativen Ventilsystem Advanced Valve AV03 als zentralem Element. In Kombination mit elektropneumatischen Druckregelventilen überzeugt es durch hohe Präzision und jederzeit dokumentierbare Drücke. Zudem erfassen E/A-Module die elektrischen Signale der Sensoren.

Während des Prozesses erkennen die Druckregelventile der Baureihe EV03 unmittelbar einen möglichen Druckabfall oder -anstieg im Arbeitskreis des Pneumatiksystems. Die erforderliche Druckänderung wird hochdynamisch anhand eines Soll-/Istwert-Vergleichs auf der Ausgangsseite erzeugt. Konstrukteur Ralf Wiethoff sieht darin die Grundlage für den optimierten Prozess: „Nur ein auf diese Art und Weise exakt parametrierbarer Schraubprozess bietet die flexiblen Einstellmöglichkeiten, die in einer solchen Anwendung absolut notwendig sind.“

Die Feldbusanbindung AES ermöglicht es, das Ventilsystem direkt in die Steuerungsstruktur der Anlage einzubinden. Somit kann die kompakte, funktionelle und leistungsstarke Pneumatik dezentral direkt an den Aktuatoren installiert werden. Dadurch sind kürzere Leitungen möglich, was Totvolumen und Druckverluste verringert und letztendlich zu geringerem Luftverbrauch führt.

Mit Blick auf die Details zeigt sich, wie flexibel das Schraubsystem sein muss: Die richtige Kombination aus Kraft und Drehzahl ist bei jeder einzelnen zu verarbeitenden Schraube relevant. Während beim Fließlochen hohe Kräfte und Drehzahlen unerlässlich sind, muss im Gewindefurchen mit geringerer Kraft gefahren werden, da die Gewindesteigung der Schraube die Eindringgeschwindigkeit vorgibt. Die anliegende Kraft soll nur den Krafteingriff des Bits in der Schraube gewährleisten. In der Praxis kann dies dazu führen, dass selbst eine Reihe von direkt nebeneinander liegenden Fließlochform-Schrauben unterschiedliche Prozesskurven erfordern.

„Unser patentierter Tiefengradient erkennt Tiefenänderungen, während die Schraube das Material durchbricht. So kann immer zum richtigen Zeitpunkt umgeschaltet werden. Das funktioniert natürlich nur mit der entsprechend wendigen und schnellen Ventil- und Sensortechnik“, erläutert Technologe Robert Stützer die fügespezifischen Merkmale. Diese Forderung trifft auch bei Materialschwankungen zu. Weil Blechdicken vor dem Prozessstart aufgrund der einseitigen Fügetechnik nicht gemessen werden können, müssen sie während des Schraubens erkannt werden. Die unmittelbare Reaktion auf die jeweilige Situation und sofort auf das Material anpassbare Prozessparameter sind auch in diesen Fällen unabdingbar – ein wesentlicher Vorteil der pneumatischen Ventile. kf

www.aventics.com

Details zu den Ventillösungen für die industrielle Pneumatik von Aventics:
http://hier.pro/p4RZV


„Die besonderen Merkmale der fließlochformenden Schraubprozesse stellen hohe Ansprüche an die zugrundeliegenden Systeme, die wir mit der Proportionalventiltechnik von Aventics
erfüllen können.“

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