Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 11/2017, 10.11.2017

Sensorschrauber fürs Filigrane

In der industriellen Produktion steigen die Anforderungen an eine sichere Schraubmontage stetig. N-Gineric stellt in DE Villingen-Schwenningen für den Einsatz in der Industrie Mikrosensorschraubsysteme her, die kleinste Schrauben automatisiert oder manuell hochpräzise einschrauben. Wesentliches Element der Geräte sind Antriebseinheiten von Faulhaber.

Die Mikrosensorschraubsysteme von N-Gineric können sowohl handgeführt als auch in der Automation eingesetzt werden. Sie sind für die prozesssichere Montage von Kleinstschrauben – ab Gewindegrösse M 0,6 – prädestiniert, wie man sie zum Beispiel in Mobiltelefonen, Smart Watches oder klassischen Armbanduhren findet. Verschraubungen bis zur Gewindegrösse M 5 werden durch mehrere Schraubspindelbaugrössen abgedeckt.

Um den sicheren Schraubprozess zu gewährleisten, sind die Schraubspindeln mit einer integrierten mitrotierenden Drehmoment-/Drehwinkelsensorik ausgestattet, durch die das auf die Schraubverbindung wirkende Drehmoment zusammen mit dem Drehwinkel direkt oberhalb der Klingenaufnahme mit höchster Präzision gemessen wird. Das Messprinzip des Drehmoments dieser Sensorik basiert auf der Verformungsmessung mittels Dehnungsmessstreifen. Ein zwischen dem Klingenfutter und dem Faulhaber-Antrieb angebrachter rotationssymmetrischer Sensorkörper (als Messwelle) aus einer Metalllegierung verformt sich proportional zum aufgebrachten Drehmoment, dadurch ergibt sich eine Widerstandsänderung innerhalb der Dehnungsmessstreifen. Man erhält ein dem Drehmoment folgendes Messsignal, das auf der rotierenden Messwelle elektronisch aufbereitet und mit einer hohen Auflösung von 24 Bit digitalisiert wird.

Die Energieversorgung der Rotorelektronik erfolgt berührungslos induktiv über ein Spulensystem. Davon unabhängig werden 2000 Drehmomentmesswerte pro Sekunde in Form eines seriellen Bit-Codes optoelektronisch vom Rotor zur Statorelektronik übertragen und dort wieder decodiert. «Meines Wissens sind wir die einzigen, die rotative Drehmomentsensoren mit einer vergleichbaren Präzision in eine Schraubspindel für kleine Drehmomente einbauen», sagt Stefan Flaig, Geschäftsführer von N-Gineric. Und er betont: «Motor und Getriebe spielen in diesen Systemen eine ganz zentrale Rolle. Wir brauchen eine hohe Leistung bei sehr kleinen Abmessungen und eine grosse Dynamik, da für jeden Schraubvorgang innerhalb einer Sequenz von Schraubstufen eine schnelle Regelung von Drehmoment und Drehzahl notwendig ist».

Die Antriebseinheit von Faulhaber mit bürstenlosem Motor und Planetengetriebe liefert die dafür ideale Performance. «Durch das hohe Beschleunigungsvermögen der Antriebe erreichen wir sehr kurze Zykluszeiten, also eine hervorragende Produktivität. Der bürstenlose Faulhaber-Antrieb zeichnet sich zudem durch eine besonders lange Standzeit aus und qualifiziert das Schraubsystem damit für die Massenfertigung unter 24/7-Bedingungen».

Speziell bei sicherheitsrelevanten Verschraubungen im Automobilbereich (Risikoklasse-A-Verschraubungen) müssen Schraubwerkzeuge mit einer Sensorik zur Messung mindestens einer Steuergrösse versehen sein, erläutert Stefan Flaig: «Wir messen das Drehmoment und den Drehwinkel direkt und bekommen dazu durch die simultane Erfassung des Motorstroms eine Redundanz als dritte Grösse. Diese wird zur permanenten Selbstüberwachung der Systemintegrität genutzt.» In der vollautomatischen Schraubmontage ist ein solches Sensorschraubwerkzeug erste Wahl, da damit der Kernprozess der Automationsanlage sichergestellt wird. Schwer beherrschbare Schraubprozesse mit wenig Spielraum zwischen einer losen Schraube ohne Klemmkraft und der Zerstörung der Schraubverbindung durch Überdrehen kann man durch eine mehrstufige Präzisionsverschraubung in den Griff bekommen. Mangelhafte Werkstücke verursachen Schraubfehler, die durch mehrfache überlagerte Parameterfenster innerhalb der Schraubstufensequenz sicher erkannt werden – eine Voraussetzung für eine Null-Fehler-Produktion.

N-Generic legte auf eine intuitive und einfache Bedienbarkeit der Systeme durch eine Windows-Software sehr viel Wert. Sie dient zur Programmierung der Schraubparameter, sorgt durch die differenzierte Darstellung von Schraubkurven für die Prozesstransparenz in Echtzeit und ermöglicht die Prozessdatendokumentation.

Die Ergänzung einer Schraubautomationsanlage durch einen intelligenten stationären Drehmomentsensor mit Schraubfallsimulator ermöglicht die automatisierte zyklische Überprüfung der Maschinenfähigkeit des Schraubsystems, beispielsweise täglich vor Schichtbeginn. (msc)

N-Generic: Intool AG
6330 Cham, Tel. 041 748 07 00
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Faulhaber Minimotor SA
6980 Croglio, Tel. 091 611 31 00
info@minimotor.ch
SPS IPC Drives Halle 4 Stand 346



Das Mikrosensorschraubsystem funktioniert auch uneingeschränkt im manuellen Einsatz. (Bilder: Faulhaber)


Das Mikrosensorschraubsystem von N-Generic lässt sich auch einfach mittels Windows-Software programmieren.