0,3 NM - Atlas Copco

ZKZ 67907
DRUCKLUFT
KOMMENTARE
DAS KUNDENMAGAZIN VON ATLAS COPCO TOOLS
Montage in Kunststoff auf 0,02 Nm genau
Kein
Ausschuss
mehr
Sonderheft
Micro-
Montage
Dezember 2007
Fluidtechnik
Druckregler-Membran
faltenfrei verschraubt

Mit einem
Tensor-DL-Schrauber
werden Mikroprozessor und
Sensor in die Staubsaugerdüse montiert.
Der Schrauber ist so exakt programmiert, dass
Weißbruch und Ausbrechen des Materials oder der
Schraube ausgeschlossen sind.

Mit patentierter Messtechnik
will H.I.Tec das Staubsaugen
revolutionieren: Erstmals gibt es
beim Saugen eine Rück meldung
über den Feinstaubgehalt der
angesaugten Luft. Bei der Montage
der Sensoren in die Kunststoff-Düsen
muss jede Schraube
sitzen, um die teuren Bauteile
nicht zu beschädigen. Ein Tensorschrauber
vermeidet Weißbruch
und andere Fehler.
Ich bin sehr für Kontrolle“, sagt Dr.
Heinrich Iglseder, Inhaber der
H.I.Tec GmbH in Lauenau, „vor
allem, wenn es um das Beherrschen von
Prozessen geht.“ Deshalb hat er für sein
Unternehmen, das erst im August an
den Start ging, gleich einen Tensor-DL-
Schrauber von Atlas Copco Tools angeschafft.
Damit montieren die Werker
Sensoren so prozesssicher an Staubsaugerdüsen,
dass Ausschuss praktisch ausgeschlossen
ist. „Die Bauteile kosten
mich an die zwanzig Euro pro Stück“,
offenbart Iglseder, „und mit einem herkömmlichen
Druckluftschrauber hätte
ich bestimmt drei oder vier Prozent
Bruch.“ Bei einem Auftragsvolumen
von 100 000 Stück in den ersten zwölf
Monaten rechnet sich der Tensorschrauber
umgehend.
Denn die Montage der Elektronikplatinen
samt ihrem Feinstaubsensor und
0,3 NM
Sensorenfertigung: Die Revolution des Staubsaugens
Feinstaub unter Kontrolle
dem Lichtleiter für die Anzeige des
Staubgehaltes im Teppich ist eine knifflige
Angelegenheit. Die Bodendüsen
der Staubsauger bestehen aus Polypropylen.
Werden die kleinen, selbstfurchenden
Delta-PT-Schrauben von Ejot
durch die Leiterplatte in den Kunststoff
eingeschraubt, kann es schnell zu Weißbruch
des Materials oder zum Ausbrechen
kommen.
Der Schraubenhersteller gab eine
ungefähre Größenordnung für das Eindrehmoment
vor, doch letztlich kam
Igls eder an eigenen Tests nicht vorbei:
„Wir sind zunächst mit 0,7 Newtonmetern
eingestiegen“, beschreibt er das
Herantasten an den geeigneten Wert,
„doch das hat kein Teil ausgehalten.
Letztlich sind wir bei 0,29 Newtonmetern
gelandet.“ Dieses Drehmoment
stellt der Tensor DL mit einer Wiederholgenauigkeit
von ± 0,02 Nm sicher.
Tensor DL ermöglicht sehr
enges Drehmomentfenster
„Mit Luftschraubern wäre so ein
enges Fenster gar nicht möglich“, ist
sich der Ingenieur sicher. Doch mit dem
Tensor DL, für den Hersteller Atlas
Copco mindestens 300 000 problemlose
Verschraubungen zugesichert hat, erzielen
die Werker in Lauenau locker die
99,99 % Gutteile, die Iglseder braucht,
damit er die Fertigung sicher unter Kontrolle
hat. „Und bei je drei Schrauben
pro Bauteil kommen wir auf genau
300 000 Verschraubungen für den Auftrag,
so dass sich die Investition in den
Kunststoffverarbeitung
Schrauber schon ohne die indirekten
Kosten rechnet“, sagt der H.I.Tec-Chef.
Die Feinstaubsensoren, die Iglseder
samt Auswerteelektronik fertigt, sind
ein Spin-off seiner Weltraumforschung:
Für seine Doktorarbeit hat der Wissenschaftler
einen supergenauen Staub -
detektor entwickelt und damit später
interstellaren Staub nachgewiesen, den
er mit seiner Erfindung auf diversen
interplanetaren Flügen gemessen hat.
„Auf dem ersten Flug hat unser Sensor
sechs interstellare Teilchen entdeckt,
H.I.Tec-Inhaber
Heinrich Iglseder:
„Der Tensor DL
schützt mich vor
Ausschuss und
rechnet sich allein
dadurch schon im
ersten Jahr.“
die aber viel größer waren, als sie nach
Ansicht der meisten Forscher hätten
sein dürfen. Doch auf weiteren Flügen
zum Mars und zum Jupiter konnten wir
die Größe bestätigen“, freut sich der
Sternenforscher noch heute.
Nun soll diese Technik nichts weniger,
als das Staubsaugen revolutionieren:
„Heute wird viel zu sehr einfach
auf Sicht gesaugt, das ist vor allem für
viele Allergiker wenig sinnvoll“, klagt
Iglseder. „Doch wenn einem der Staubsauger
sagt, wie viel Staub noch an
einer bestimmten Stelle liegt, wird der
ganze Vorgang viel intelligenter.“ Kurz:
DEZEMBER 2007, MICROMONTAGE 3

Kunststoffverarbeitung
Die Hausfrau oder
der Hausmann hat
dann endlich den
Feinstaub unter
Kontrolle. Für
heutige Staubsauger
mit moderner
Filtertechnik ist es
ohnehin kein Problem,
Kleinstpartikel
zurückzuhalten. Wenn
doch nicht alles aufgesaugt wird,
liegt das einzig und allein an der fehlenden
Rückmeldung. Durch den Sensor
und ein ampelartiges Display soll sich
das nun ändern. „Unser Auftraggeber ist
sich sicher, dass diese Technik der neue
Standard beim Saugen wird, wie das
Antiblockiersystem beim Auto“, sagt
Heinrich Iglseder.
4 MICROMONTAGE, DEZEMBER 2007
Das Wichtigste
� Der Tensor-DL-Elektroschrauber
stellt das benötigte Drehmoment
von 0,29 Nm mit einer Wiederholgenauigkeit
von ± 0,02 Nm sicher.
� Größere Abweichungen würden das
Kunststoff-Bauteil zerstören. Jeder Fehler
schlüge mit rund 20 Euro zu Buche.
� Der Schrauber gleicht sogar
Qualitätsschwankungen des
gelieferten Polypropy-
lens aus.
0,3 NM
Dazu steckt der
etwa fünfcentstück -
große Sensor
schräg im Saugrohr.
Durch die
Verwirbelungen
beim Saugen prallt
der – oft gesundheitsschädliche
–
Feinstaub auf die Sensorplatte,
ein piezoelektrisches
Element, und erzeugt eine
elektrische Ladung. Diese wird verstärkt
und erlaubt – je nach Größe –
Rückschlüsse auf die Masse der Teilchen.
Auf der Rückseite der Sensoraufnahme
sitzt ein Mikroprozessor, der die
Auswertung übernimmt. Je nach Einstellung
leitet er dann die Signale über
je zwei rote, orange, gelbe sowie einen
grünen Lichtleiter von der Platine zum
Display. Außen auf der Düse können
Hausmänner und -frauen dann ablesen,
wie rein ihr Teppich oder Boden an der
soeben besaugten Stelle ist: Rot heißt
„noch viel Staub“, Orange „mittel“,
Gelb „wenig“ und Grün „nichts mehr“.
Kurz: Der Staubsauger zeigt den Sauberkeitsfortschritt
an; an dreckigen Stellen
dauert das Saugen länger als an relativ
sauberen.
„Wir nutzen die aerodynamischen
Verhältnisse beim Saugen aus“, erklärt
Heinrich Iglseder. „Haare oder grobe
Teilchen gehen wegen der Zentrifugalkraft
außen am Sensor vorbei, werden
also an der anderen Innenwand des
Rohrs entlang geleitet; der Feinstaub
Staubsauger Marke Dirt Devil mit Feinstaubanzeige.
Der Sensor verbirgt sich
im Innern des Saugrohres unter dem
mehrfarbigen Display, das im kleinen Bild
mit allen farbigen Lichtleitern zu sehen
ist. Sie zeigen den Feinstaubgehalt an.
dagegen hat beim Eintritt einen
bestimmten Drall, der die Teilchen
gegen den Sensor wirft.“
Iglseder hat an dieser Technik alles
selbst ge macht: Konstruktion, Entwick -
lung, Prototypen, Planung und Aufbau
der Montagelinie. Außerdem spritzt er
auch die bunten Lichtleiter selbst.
Schrauber findet schnell die
richtigen Eindrehmomente
Das Granulat ist glasklar mit wenigen
Farbpigmenten im Promillebereich:
Um das richtige Gelb oder Orange zu
erhalten, seien recht lange Testreihen
nötig gewesen. Der Werkstoff ist Polycarbonat;
die Gehäusedeckel und das
Display sind aus schlagzähem ABS
(Acrylnitril-Butadien-Styrol) gefertigt,
die Krümmer, wie beschrieben, aus
Polypropylen. „PP verwenden wir
erstens wegen der nötigen Dichtlippe,
für die dieser Werkstoff geeignet ist,
und weil es zweitens sehr preisgünstig
ist.“ Allerdings unterliege dieser Kunststoff
oft Qualitätsschwankungen, selbst
wenn es immer vom selben Hersteller

komme. „Da kann es schnell zu Weißbruch
kommen“, sagt Iglseder, „wenn
man bei der Montage mit immer denselben
Drehmomenten draufhält.“ Alle
zwei bis vier Wochen erreicht eine neue
Lieferung des Werkstoffs die Halle in
Lauenau. „Durch den Einsatz des Tensorschraubers
muss ich mir aber über
die Qualität der einzelnen Polypropy-
0,3 NM
Gelbe Lichtleiter, wie sie aus der Spritzgießmaschine
kommen.
len-Chargen keine Gedanken machen“,
erklärt er. „Denn mit ihm finde ich sehr
flexibel und schnell die richtigen Drehmomente
für das Eindrehen und den
Endanzug.“
Die Tensor-DL-Werkzeuge „kontrollieren“
übrigens auch die Werker: Lichtsignale
zeigen an, ob die Verschraubungen
in Ordnung sind oder nicht und ob
alle drei Schrauben eines Bauteils ordnungsgemäß
angezogen wurden. Auch
Fehler wie Weißbruch oder ein Ausbrechen
des Materials meldet der Schrauber.
Ebenso etwaige Maßhaltigkeitsfehler,
die es allerdings nur zu Anfang bei
den Bemusterungsteilen gab. „Die Sensoren
müssen absolut sicher in der Düse
sitzen, denn der Staubsauger
unterliegt ja bei jedem Saugvorgang
enormen Vibrationen, und
das über Jahre“, verdeutlicht Iglseder.
„Da dürfen sich keine
LUM-Druckluftschrauber
für weniger kritische Schraubfälle
Ob (preisgünstiger) Druckluft- oder höherwertiger Elektroschrauber,
entscheidet bei H.I.Tec die Anwendung: Heinrich Iglseder verwendet
neben den Elektroschraubern der Tensor-DL-Serie für die hochpräzise
Montage teurer Bauteile (nebenstehender Bericht: Schon 0,03 Nm zu
viel oder zu wenig könnten den Sensor beschädigen) auch den ein -
facheren LUM-Druckluftschrauber (Bild rechts).
Damit montieren die Werker die gutmütigeren Schraubverbindungen
der Bodendüse. Die von Atlas Copco zugesicherte Wiederholgenauigkeit
von 12,5 % über 6 Sigma reicht an dieser Stelle völlig aus. Im Vergleich
zu anderen Druckluftschraubern zeichnet sich der LUM übrigens
durch seine äußerst schnell ansprechende Abschaltkupplung aus,
wodurch die Gefahr von Ausschuss auch an dieser Stelle minimal ist.
Kunststoffverarbeitung
Schrauben lösen.“ Deshalb verwendet
er die Ejot-Schrauben, die sich seiner
Erfahrung nach für die sicherheitsrelevante
Montage prima eignen.
Die kontrollierte Fertigung stellt der
Manager noch auf eine andere Weise
sicher: Jeder Mitarbeiter beherrscht alle
19 Montageschritte – vom Kleben der
Sensoren über die „Hochzeit“, bei der
die Sensoren mit der Düse über einen
Sprengring verheiratet werden, das Einfügen
der Lichtleiter ins Display bis hin
zur Schraubmontage. „Wir haben hier
sechs interne Check-Stufen, weil die
Teile von einem zum anderen weitergegeben
werden. Das bedeutet viele Kontrollen
untereinander und steigert die
Motivation.“
Seinen Sensor, der die Staubwelt re -
volutionieren soll, nennt Heinrich Igls -
eder übrigens „Activity Control“. tp
DEZEMBER 2007, MICROMONTAGE 5

Fluidtechnik
Ausschuss mit MicroTorque-Schraubern minimiert
Druckregler-Membranen
faltenfrei verschraubt
Bei der Montage von Präzisionsdruckreglern
setzt Knocks Fluidtechnik
neuerdings auf elektronisch
gesteuerte Kleinstschrauber
der MicroTorque-Serie.
Gegenüber Druckluftschraubern
sparen die Werkzeuge einen
kompletten Arbeitsschritt und
vermeiden teure Montagefehler.
Dirk Walter zieht einen Kittel
über, durchschreitet die Schleuse
zu einem Reinraum und deutet
auf ein kleines Elektrowerkzeug,
einen MicroTorque-Schrauber von
Atlas Copco Tools. Er ist in einen
Lineararm eingespannt; in Griffweite
liegen unscheinbare Plastikteile. „Polyethersulfon“,
„Radel“, „Nitril-Butadien-
Gummi“ (NBR) und weitere Werk stoff -
bezeichnungen für kochfes te Kunststoffe
fallen. „Komplett montiert, ergeben
diese Komponenten einen Präzisi ons -
druck regler für die Medizintechnik“, er -
klärt der Mitarbeiter der Ent wick lung
und Sondermontagen der Knocks Fluidtechnik
GmbH. Diese Geräte regeln
etwa den Wasserhaushalt eines Dialysegeräts
oder werden in der Sauerstoffversorgung
eingesetzt. Nach jedem Ge -
brauch müssen sie durch Heißreinigen
entkeimt werden, weshalb Knocks sterilisationsfeste
Kunststoffe verwendet.
6 MICROMONTAGE, DEZEMBER 2007
UNTER 1 NM
Bei dermaßen sensiblen
Produkten „ist
neben absoluter Sauberkeit
die fehlerfreie
Montage unabdingbar“,
bringt Dirk Walter
die Kernforderungen
an die Fertigung
auf den Punkt. Die
erste Forderung konnten
auch die früher
verwendeten öl frei
arbeitenden
Druckluft -
schrau ber er -
füllen. „Aber
bei der Mon -
tage einer – auf
den ersten Blick
simplen – Gummihaut
hatten wir
Probleme.“ Zwar hielten
die Pneumatikschrauber
Das Wichtigste
� Der MicroTorque-Schrauber
montiert präzise und schnell Drehmomente
von unter 1 Nm.
� Undichte Druckregler – wie sie bei der
Montage mit Druckluftschraubern vorkamen
– gehören der Vergangenheit an.
� Nacharbeit und Ausschuss sind
durch den Einsatz des MT-
Schraubers deutlich
gesunken.
bei Knocks ihre Drehmoment-Toleranzvorgaben
von ± 10 % ein; doch wurden
bei der Funktionsprüfung immer wieder
Undichtigkeiten ent deckt. Die bedeuteten
möglicherweise Ausschuss, mindestens
aber die aufwendige Demontage
jedes einzelnen betroffenen Reglers.
Bei rund 600 produzierten Reglern pro
Woche ein erheblicher Zeitaufwand.
„Und ein vermeidbarer obendrein“,
befand Dirk Walter. Denn „wenn Nacharbeit
nötig ist und Ausschuss produziert
wird, obwohl alle alles richtig
machen, ist am Prozess
etwas faul“. Da praktisch
alle Fehler eine
Dichtscheibe aus NBR
im Reglerkopf betrafen,
kam Entwickler Walter der
Ursache schnell auf die Spur:
Die auf Stoß zu verschraubende
Gummischeibe macht den Schraubfall
„butterweich“, das Material müsste sich
eigentlich während des Verschraubens
„setzen“. Die Druckluftschrauber montierten
dafür viel zu schnell. Durch
deren rapides Anziehen wirft die NBR-
Scheibe schon bei Drehmomenten von
unter 1 Nm sporadisch Falten auf, durch
die später Undichtigkeiten auftreten
könnten.
Die Arbeitsanweisungen wurden
umgeschrieben. Während Knocks alle
übrigen Montageschritte beibehielt,
mussten die Gummischeiben fortan mit

Komponentenmontage für einen
Feindruckregler. Der MicroTorque-
Schrauber zieht in fünf Stufen so
feinfühlig an, dass die Membranen
keine Falten werfen können.
einem Kleinst-Drehmomentschlüssel
gefühlvoll und langsam von Hand verschraubt
werden. Diese manuelle Montage
konnte nur eine Übergangslösung
sein; eine produktivere fand Knocks
schnell: Die MicroTorque-Schrauber
versprachen eine Problemlösung für
kleinste Drehmomente; ein Modell vom
Typ ETD M 250 L montiert die Membrangummis
nun in fünf Stufen – „mindestens
so feinfühlig wie unsere Werkerinnen,
und viel schneller noch dazu“,
wie Walter sagt.
Setzerscheinungen werden
beim Montieren ausgeglichen
Atlas Copco bietet Werkzeuge für
Drehmomente schon ab 0,5 Ncm (Newton-Zentimeter,
das sind 0,005 Nm) an
– digitorkgesteuerte Dreh schrauber für
die Montage qualitätskritischer
UNTER 1 NM
Schraubverbindungen
ebenso, wie dokumentationsfähige
Kleinst-
Einbauspindeln mit
eingebautem Messwertgeber.
Weil bei
Knocks alle Teile qualitätskontrolliert
werden, entschieden
sich die Müns terländer
für die Digitork-Variante.
Sie erlaubt selbst
8-stufige Anziehstrategien
und kann mit ihren
16 programmierbaren
Schraubparametern
ebenso viele herkömmlicheSchraubwerkzeuge
ersetzen.
Montagemitarbeiterin
Stefanie Jaszmann
möchte das kleine
High-Tech-Werkzeug
nicht mehr missen. Das beginne schon
mit dem „Findestufe“ genannten Sanftanlauf,
der die Feingewindeschraube
zuverlässig und ohne zu verkanten ins
Kunststoffgewinde einfädelt. „Das
Handling ist dadurch viel effizienter als
mit den Druckluft-Stabschraubern“, und
leiser sei es allemal. Erkennt die
Schraubersteuerung einen
Eindrehwiderstand, erhöht sie im nächs -
ten Step die Schraubdrehzahl bis zum
vordefinierten Maximum. Produktiv,
weil schnell, werden die Schrauben bis
unmittelbar kurz vor Kopfauflage eingedreht.
Nur ein paar Winkelgrade
noch, dann schaltet die Steuerung auf
Langsamdrehzahl um. Mit verminderter
Geschwindigkeit wird präzise bis zum
Endanzugsmoment weitergeschraubt.
So langsam, dass der Werkstoff der
Membran zu fließen beginnt, statt Falten
zu werfen. Und exakt feinfühlig
genug, um Setzerscheinungen im
Gummi schon während des Verschraubens
zu kompensieren. Im letzten
Schritt signalisiert die Steuerung über
ein grünes Licht „Schraubfall in Ordnung
– Membran erfolgreich montiert“.
Doch auch, wenn nicht alles glatt
gelaufen ist, meldet sich die Steuerung.
Ihre LED leuchtet dann rot und warnt
Dirk Walter:
den Bediener. Zudem macht das Flüssigkristall-Display
in jedem Fall Angaben
zum Schraubergebnis, zum Beispiel
per Klartext-Anzeige zum erreichten
Drehmoment und Drehwinkel.
Den Ausschuss
heruntergeschraubt
Fluidtechnik
„Der MicroTorque-Schrauber
rentiert sich allein
schon durch die
gewonnene Prozesssicherheit!“
„Weil wir mit dem MicroTorque-
Werkzeug den Einschraubprozess präzise
überwachen und (gegen-)steuern
können, sind unsere Nacharbeits- und
Ausschussraten bei den Feindruckreglern
deutlich zurückgegangen“, lobt
Dirk Walter den inzwischen gekauften
MicroTorque-Schrauber. Ein weiterer
befindet sich für einen ähnlichen Montagefall
schon im Probebetrieb. Trotzdem
hält Knocks auch nach der MT-
Einführung an seiner hundertprozentigen
Funktions- und Qualitätsprüfung
fest. „Gerade in der Medizintechnik
prüfen wir lieber einmal zuviel!“ hw
DEZEMBER 2007, MICROMONTAGE 7

Cartoon
Erik Liebermann
Impressum:
DRUCKLUFT
KOMMENTARE
DAS KUNDENMAGAZIN
VON ATLAS COPCO TOOLS
Sonderheft
MICROMONTAGE,
Dezember 2007
Herausgeber
In Deutschland:
Atlas Copco Tools
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Heiko Wenke (hw)
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