Die Kunst des Anziehens

Der Autor Ralf Baumann ist freier Journalist in Karlsruhe

Auf den ersten Blick gleicht eine der anderen. Aber spätestens bei der Vermessung mit Ultraschall offenbart jede Schraube ihr individuelles Innenleben und eine charakteristische Oberfläche. Wenn auch nur im µ-Bereich, so gibt es doch keine zwei Schrauben mit der genau gleichen Form und Länge. Streuende Reibungswerte in Gewinde und unter Kopf machen das präzise Anziehen von Schrauben zu einer echten Herausforderung. Daher ist es kein Wunder, dass bei der drehmomentgesteuerten Montage sicherheitshalber meist Anziehfaktoren von 1,8 bis 2, also die Auslegung auf doppelte Maximalkraft als tatsächlich als Vorspannkraft benötigt, verwendet werden. Genau genommen sind die meisten Schrauben überdimensioniert – zu groß, zu schwer und daher zu teuer.

Wesentlich präziser lassen sich Schrauben anziehen, bedient man sich nicht des Drehmoments als Referenzgröße sondern der Zielgröße Vorspannkraft selbst. Diese berücksichtigt im Vergleich zum „Kraft mal Hebelarm“ des Drehmoments nur die zum ausreichenden Vorspannen einer Schraube notwendige Kraft – unabhängig von Reibwerten. Um diese eigentliche Zielgröße exakt anwenden zu können, arbeitet man schon seit Jahrzehnten mit der Ultraschalltechnik. Sie misst die Vorspannkraft der Schraube unmittelbar beim Anziehen. Doch dabei gab es bislang noch immer eine mögliche Quelle für fehlerhafte Messwerte: das Übertragungsmedium, in der Regel ein Kontaktgel oder bei aufgeklebten Sensoren verschiedene Klebstoffe. Um diese letzte Fehlerquelle auszuräumen, hat Intellifast Permanent-Sensoren für Schrauben entwickelt.

Mittels Dünnschichttechnologie werden in einem Vakuumprozess drei dauerhafte Schichten auf die Schraubenköpfe oder -enden aufgedampft. Eine direkt mit dem Schraubenmetall verbundene Piezoschicht dient dabei als permanenter Mini-Sensor für einfache und schnelle Ultraschallmessungen. Verbindungselemente können so mit einer Genauigkeit von ±3 % exakt mit der gewünschten Montagevorspannkraft verschraubt werden. Die Folge: Es lassen sich leichtere, kleinere und somit kostengünstigere Schrauben und Verbindungsstücke wie beispielsweise Flansche verwenden.

Für absolute Sicherheit optimal dimensionierter Schrauben setzt Intellifast auf die Track-and-Trace-Lösung „Digifast“. Dabei werden Schraubenköpfe oder -enden durch einen Laser mit einem individuellen Data-Matrix-Code versehen. Hinter dem Data-Matrix-Code verbirgt sich eine zwanzigstellige Standardzahl. Zuvor mittels Ultraschall individuell eingemessen, erhält jede einzelne Schraube auf diese Weise ihren individuellen Steckbrief. Hierzu gehören neben der Referenzzeit der unverspannten Schraube auch die Kennung des Verschraubungsfalles und eine ID-Nummer.

Am Ort der Montage erkennt der ID-Reader „Dataman 100“ von Cognex als Handheld oder integriert in einen Inspektionskopf von Intellifast die einzelne Schraube wieder. Im nächsten Arbeitsschritt weist das Messgerät LP3000B der Schraube die exakte Montagevorspannkraft zu und steuert ein hydraulisches Werkzeug bis zum Erreichen dieser Zielgröße. Der Prozess vollzieht sich nach Starten des Werkzeuges per Druckknopf vollautomatisch. Nach der Schrauben-Erkennung muss lediglich das Werkzeug an den Schraubenkopf angelegt werden. Mit Hilfe eines Messpins, der in das Standard-Anziehwerkzeug integriert ist, misst das intelligente System während der Montage die genaue Vorspannkraft. Die einfache Steuerung und schnelle Kontrolle durch das Permanent-Sensor-System optimiert den Verschraubungsvorgang.

Doch nicht nur bei der Montage bietet Digifast mit dem Dataman 100 an Bord Vorteile. Das Messgerät LP 3000B ermöglicht auch die einfache und zerstörungsfreie Vorspannkraftmessung im verschraubten Zustand. Das sehr kleine, leistungsstarke Industrie-ID-Lesegerät der Dataman 100 gewährleistet das zuverlässige Lesen von anspruchsvollsten Codes. Sehr kompakt, integriert der ID-Reader Beleuchtung, Kamera, Prozessor und Schnittstellen in einem robusten Gehäuse. So erkennt er auch unter schwierigsten Bedingungen die Data-Matrix-Codes der Schrauben wieder.

Zur Zeit noch nicht im Einsatz, doch heute schon für fernab der Küstenlinie gelegene Offshore-Windparks geplant, sollen bald automatische Sensorsysteme die Werte der Schraubenvorspannkraft messen. Regelmäßig an die Steuerzentren der Betreiberfirmen geliefert, lassen sich auf diese Weise alle relevanten Verbindungswerte permanent überwachen. Kostenintensive Routine-Inspektionen durch Wartungstrupps können entfallen.

Für das extrem schnelle Lesen von 1D- und 2D-Codes wurden die bildbasierten ID-Lesegeräte der Produktfamilie Dataman 100 und 200 entwickelt. In der Größe einer Streichholzschachtel präsentiert sich das wohl kleinste stationäre Lesegerät mit integrierter Beleuchtung, Laserausrichtung, Ethernet-Anschluss und Wechseloptik. Der Dataman 200 ist das weltweit erste ID-Lesegerät, das mit einer Flüssiglinsen-Technologie ausgestatten ist. Diese optionale Ausstattung ergibt für den Anwender eine ganze Reihe von Vorteilen. Bei dieser Technologie wird der Autofokus des Objektivs direkt per Softwarebefehl gesteuert. Durch die Einwirkung einer elektrischen Ladung auf die Flüssiglinse kann die Brennweite laufend sehr schnell angepasst werden. Die Linse bietet einen außergewöhnlichen Feldtiefen- und Sichtfeldbereich. Da sie über keine beweglichen Teile verfügt, die im Einsatz versagen oder kaputt gehen könnten, ist sie extrem robust und resistent gegen Stöße, Vibrationen und Verschleiß. Das Setup ist dank zweier Laser-Ausrichter besonders einfach. Die Laser sind über die gesamte Feldtiefe sichtbar und rationalisieren das Einrichten von Code und Lesegerät.

Der Dataman besitzt eine standardisierte Schnittstelle für das Setup der Anwendung und unterstützt fast alle 1D- und 2D-Codes einschließlich UPC/EAN/JAN, Code 39, Code 128, Code 93, Interleaved 2 aus 5, Data Matrix, QR Code und Micro QR Code. Damit erfüllt das ID-Lesegerät die Anforderungen fast aller Branchen wie der Automatisierung-, Kraftfahrzeug-, Luft- und Raumfahrt-, Verpackungs-, Elektronik-, Lebensmittel-, Pharma-, Verteidigungsindustrie bis hin zur Medizintechnik.

Cognex;

Telefon: 0721 6639-250; E-Mail: t orsten.zoeller@cognex.com

Intellifast;

Telefon: 06232 9195-0;

E-Mail: info@intellifast.de