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Diplomarbeit: Sicherheit in Titan für Airbus „Optimierung der Schraubenverbindung des Befestigungssystems von Hydraulikrohrleitungen im Flugzeug- bau“ lautet der Titel der Diplomar- Analyse beit des Maschinenbaustudenten Martin Fees der Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik an der Hochschule Bremen. Dabei geht es um die Verschraubungen von Klemmblöcken (den Halterungen der Hydraulikleitungen in Flugzeugen) mit Titanschrauben. Das Diplomarbeits thema initierte Airbus in Bremen, weil man den hoch festen Werkstoff Titan bis zur Streckgrenze ausreizen möchte. Denn dann streut die Klemmkraft nur noch um ±12 % und nicht mehr um bis zu ±40 %, wie beim (zuvor) allein drehmomentgesteuerten Anziehen (per Knick schlüssel). Die richtige Anziehmethode zu fi nden, und zwar eine mit sehr hoher Prozesssicherheit (Stufe 4 gemäß Atlas Copco-Nomenklatur), war die Diplomaufgabe für Martin Fees. Er fand sie in einem zweistufi gen Anziehverfahren: Erst wird drehmomentgesteuert/ drehwinkelüberwacht bis zur Kopfaufl age geschraubt. Dann wird umgekehrt, nämlich drehwinkelgesteuert und drehmomentüberwacht, langsam weiter bis zum Endmoment angezogen. Etwaige Gewindefehler oder eine nicht korrekt sitzende Annietmutter (sogenannte Stoppmutter) werden bei dieser Anziehmethode un weigerlich entdeckt. Dieser Prüfvorgang war Airbus ebenso wichtig wie die Erhöhung der Klemmkraft. Seine empirischen Schraubversuche führte Diplomand Fees am Messlabor für rechnergestützte Verfahren (MLRV) des Fachbereichs Maschinenbau der Hoch schule Bremen durch. Dazu stand ihm das modernste Handwerkzeug, das die Schraubtechnik derzeit zu bieten hat, zur Verfügung: elektronisch gesteuerte, drehzahlgeregelte Tensorschrauber der ST-Generation. Sie dokumentieren die mit jedem Anziehschritt erzielten Werte und erlauben so eine nachfolgende Analyse des Anziehverlaufs nach Drehmoment und Drehwinkel. Die Hightech-Schrauber ließen sich, so Martin Fees, „leicht auf die gewünschten Parameter programmieren“ und brachten ihm die für die Auswertung seiner Messungen nötige hohe Reproduzierbarkeit der Anziehergebnisse. Im August 2005 legte Fees seine Ergebnisse als Diplomarbeit vor. In der Klemmblockmontage wird man sich nun wohl daran orientieren. 28 Schraubmontage Echt cool: Kühlschränke Besondere Umstände können auch eine scheinbar ganz normale Blechverschraubung zu einem komplizierten Schraub fall machen, der nur mit einem elektronisch gesteuerten Schrauber prozesssicher zu meistern ist. Beispiel: die Montage von Nachverdampfern in Kühlschränken für Reisemobile und Caravans bei der Dometic GmbH in Siegen. Der Nachverdampfer sitzt innen im Kühlschrank, direkt unter dem Frosterfach. Er ist mit acht Blechschrauben durch die Rückwand hindurch (vorgebohrte Löcher) mit dem Verdampfer verschraubt, der sich auf der Rückseite des Kühlschranks befi ndet. Als „Gewinde“ für die Edelstahl-Blechschrauben (M4,8 x 18 mit Linsenkopf T 25) dienen Clipse bzw. Schnappmuttern, wie die Fachleute sagen. Für einen guten Wärmeübergang zwischen Verdampfer und Nachverdampfer sorgt Wärmeleitpaste – aber nur dann, wenn alle Schrauben exakt angezogen sind. Gefordert ist eine Drehmentgenauigkeit von ±10%. Luftschrauber, die Dometic sonst an seinen Montagelinien ausschließlich einsetzt, kamen mit diesem Schraubfall nicht zurecht. Das lag vor allem an den durch die Wärmeleitpaste verursachten Setzerscheinungen in der Verbindung. Folglich hatte man einen hohen Prüfaufwand und es war Nacharbeit fällig. Denn wenn die Wärmeleitung beeinträchtigt ist, weil die Schraubverbindung nicht sitzt, geht das zu Lasten der Kühlleistung. Lockere Verbindungen darf es aber auch schon wegen der Erschütterungen und Vibrationen nicht geben, denen ein Camping-Kühlschrank unterwegs ausgesetzt ist. Prozeßsicherheit der Stufe 3 prozesssicher montieren Digital gesteuerter Elektroschrauber kom pensiert Setzerscheinungen beim Anziehen von Blechschrauben Also suchte man einen Schrauber für die Nachkühler-Montage, der Setzerscheinungen zuverlässig kompensieren kann. Doch erst als Anfang 2004 digitale Kleinschrauber von Atlas Copco auf den Markt kamen, war das gesuchte Werkzeug gefunden. Diese Tensor DL 21-Elektroschrauber (siehe rechte Seite: „Zur Technik“) arbeiten mit einer digitalen Drehmomentsteuerung sowie Drehwinkelüberwachung und kompensieren Setzerscheinungen durch zweistufi ges Anziehen. Zweistufi g bedeutet: der Schrauber zieht mit einer bis zu 1500 Touren in der Minute regelbaren Anfangsdrehzahl bis zur Kopfauflage der Schraube an und schaltet dann in den Endanzug mit niedriger Drehzahl um. Zur Kompensation von Setzerscheinungen legt der Schrauber kurz vor Erreichen des Endmoments zudem eine Pause von 50 Millisekunden ein. In dieser Zeit Dometic gilt mit seiner breiten Produktpalette für den Wohnwagen-, Reisemobil- und Bootsmarkt als weltweit führend. Produziert werden in hauptsächlich eigenen Werken rund um die Welt: Klimaanlagen, Kühlschränke, Markisen, Kocher, Sanitärsys teme, Innenraum-Beleuchtungen, Fenster, Türen usw., also alles, was fern von zu Hause das Freizeitleben angenehmer und bequemer macht. Dometic liefert außer dem Spezialkühl schränke für Hotels, Büros, und medizinische Einrichtungen sowie Weinklimaschränke. Die Produkte werden in etwa 100 Ländern verkauft. Der Dometic-Jahresumsatz beläuft sich auf rund 750 Millionen Euro, erwirtschaftet von 4 400 Mitarbeitern weltweit. www.dometic.com DK 1/06
treten immerhin rund drei Viertel aller Setzerscheinungen auf. Erst danach dreht er bis zum programmierten Endmoment weiter. Wird das geforderte Drehmoment nicht erreicht, blockiert der Schrauber und warnt den Werker durch ein rotes Licht sig nal. Zur Nacharbeit muss die Blockade zuvor extra entriegelt werden. Möglich ist auch eine Zyklusüberwachung. (Erst wenn alle Schrauben eines Montagezyklusʼ richtig angezogen sind, zeigt die Schraubersteuerung Grün und gibt das Bauteil frei.) Diese Option wird bei Dometic aber nicht genutzt. Der Tensor DL ist nun seit gut einem Jahr im Einsatz. Durch die erhöhte Pro- Dieser Tensor DL 21-Elektroschrauber für Drehmomente von 0,15 bis 10 Nm arbeitet mit einer digitalen Dreh moment - steuerung sowie Drehwinkel überwachung. Besonders praktisch ist sein nach hinten führendes Anschluss kabel, das die Zugänglichkeit im engen Kühlschrank erleichert. zeßsssicherheit ist der Prüfaufwand reduziert und Nacharbeit passé. Zwar hatten die an Luftwerkzeuge gewöhnten Werker anfangs bemängelt, der Tensor DL ziehe zu langsam an. Inzwischen haben sie sich aber an die zweistufi ge Anzugsweise gewöhnt, ja loben das niedrige Gewicht von nur 600 Gramm und die gute Handhabbarkeit des Pistolenschraubers. An der Montagelinie werden in zwei Schichten im Akkord pro Tag rund 600 Kühlschränke unterschiedlicher Typen (Bruttoinhalt zwischen 97 und 120 Liter) gefertigt. Die Schraubparameter für die Nachkühler sind bei allen Varianten identisch. Die gleichen Paramter gelten übrigens auch für die beiden Blechschrauben, mit denen das Frosterfach befestigt ist. Sie werden darum ebenfalls mit dem Tensor DL montiert. Besonders praktisch ist dabei sein nach hinten führendes Anschlusskabel, das die Zugänglichkeit im engen Frosterfach erleichert. ts Mehr dazu: Kennziffer 287 DK 1/06 29 Fotos (2): TS Zur Technik Digitale Schraubtechnik: Tensor DL Im Drehmomentbereich von 0,15 bis 10 Nm, den die Tensor DL-Schrauber abdecken, gibt es derzeit nichts Vergleichbares. Auch nicht im Gewicht: selbst der stärkste wiegt nur 600 g. Mit ihnen ist eine Prozess sicherheit der Stufe 3 gegeben. Jeder Tensor DL-Schrauber ist zehn Schrauber in einem. Denn er kann auf zehn unterschiedliche Dreh-momente programmiert werden, die in beliebiger Reihenfolge abrufbar sind. Das reduziert die Werkzeuganzahl pro Arbeitsplatz. Tensor DL-Schrauber melden jede Fehlverschraubung, zählen mit und signalisieren, wenn eine Schraube vergessen wurde. Sie beherrschen die Anziehbesonderheiten von selbstsichernden und selbstschneidenden Schrauben. Für selbst-sichernde Schrauben gibt es einen eigenen Arbeitsmodus. Durch Drehwinkelüber-wachung in der Einschraubphase merken sie, wenn die Unterlegscheibe oder Dichtung fehlt oder das Gewinde defekt ist. Falls eine selbstschneidende Blechschraube das vorgestanzte Loch im falschen Winkel erwischt oder das Gewinde durchdreht, signalisiert der Schrauber die fehlerhafte Verbindung. Die Schrauber ziehen rechts- wie linksherum gleich drehmomentgenau an, taugen also für Rechts- wie für Linksgewinde. Alle Modelle sind gegen elektrostatische Entladung geschützt (ESD-Zertifi kat). DL-Schrauber sind schnell und einfach installiert: den Stecker in die Steckdose und schon kann man schrauben. Eine Programmierung ist nicht unbedingt nötig. Im „AutoSet“-Modus erkennt die Steuerelek tronik („DigiTork“-Patent) die hart/weich-Eigenschaften des Schraubverbandes und stellt die Anziehparameter automatisch danach ein. Man braucht nur das gewünschte Endmoment einzutippen. Die Automatik bestimmt sogar den (auch frei wählbaren) Umschaltpunkt vom 1500 U/min schnellen Vor- in den Endanzug und die für den Ausgleich etwaiger Setzerscheinungen erfor derliche Zeit. Und das alles unter der Maxime möglichst kurzer Schraubzeiten. Wo die hohe Anfangsdrehzahl von 1500 U/min nicht geeignet ist (z.B. in Kunststoff), kann sie bis auf 5 % heruntergeregelt werden. Kennziffer 286
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