Montage und Miniaturisierung Hand in Hand

Thema des Monats

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NANOMAT® pneumatischer Einbauschrauber © DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

"Elektronische Bauteile in Computern und in Mobiltelefonen, in der Haushalts-, Unterhaltungs- oder Automobiltechnik erleichtern unser Leben - im Beruf ebenso wie im Alltag - und sind unverzichtbar für Innovationen in allen modernen Technologiebereichen." - So beschreibt das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Rolle von Mikroelektronik in ihrem Positionspapier vom 24.06.2014.

Die Bundesregierung hat die Bedeutung dieses Forschungsgebiets schon längst erkannt und sieht dieses sogar als eine der zentralen Schlüsseltechnologien der modernen Industriegesellschaft. Künftig will sie die Forschung der Mikro- und Nanoelektronik auf nationaler und europäischer Ebene stärker fördern. So unterstützt das Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen des Forschungsprogramms IKT 2020 Innovationen, die die technologische Spitzenstellung Deutschlands in der Elektronik stärken, die Wettbewerbsfähigkeit sichern und die Attraktivität des Standorts Deutschland erhöhen.

Die Einsatzbereiche Automobil, Medizin, Logistik, Energie sowie Maschinenbau sollen dabei maßgeblich gestützt werden, um Qualitätsziele, wie Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Nutzerfreundlichkeit und Ressourceneffizienz zu erreichen. Im Vordergrund steht die reibungslose Verbindung zwischen Technologien und Anwendungsfeldern mit dem Ziel, Forschungsergebnisse möglichst rasch in wirtschaftliche Erfolge umzusetzen.

Schraubtechnik für kleinste Drehmomente

Welche Herausforderungen und welcher Aufwand hinter all den Neuentwicklungen stehen, ist allerdings nur Fachleuten bekannt. Für das Auge meist unsichtbar unter der Produktoberfläche verborgen, müssen elektronische Systeme mit höchster Komplexität in extrem kurzer Zeit zu einem akzeptablen Preis entworfen, hergestellt und auf den Markt gebracht werden und absolut zuverlässig sowie energieeffizient funktionieren. Rasant anwachsende Leistungsfähigkeit und stetige Miniaturisierung charakterisieren dabei seit Jahrzehnten die Entwicklung in der Elektronik.

Die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. ist bekannt für fortlaufende Optimierung ihrer Produkte und wegweisende Neuentwicklungen für die Montage von miniaturisierten Bauelementen. Der Spezialist für Schraubtechnik führt einen innovativen Schrauber für Kleinstmontagen im Programm - den NANOMAT®. Dieser Kleinstschrauber erzielt hoch genau extrem kleine Drehmomente von 8 Nmm bis 300 Nmm bei Drehzahlen bis zu 2000 1/min - und das bei vier verschiedenen Drehzahlbereichen. Damit gehört der DEPRAG NANOMAT® zu den Schraubern mit den kleinsten Drehmomenten am Markt.

DEPRAG Vertriebsleiter Jürgen Hierold charakterisiert einige Einsatzbeispiele des Kleinstmomentschraubers: "Der NANOMAT® kann in der Medizintechnik bei der prozesssicheren Montage von Hörgeräten oder Herzschrittmachern eingesetzt werden. Auch in der Uhrenindustrie oder in der Feinwerktechnik zur Herstellung von Messgeräten sind diese Schraubwerkzeuge weit verbreitet." Ein weiteres Anwendungsgebiet stelle die optische Industrie dar, in der zur Montage von Brillen, Objektiven, Fotoapparaten, Kameras und Mikroskopen kleinste Verbindungselemente verschraubt werden. Bei der Fertigung elektronischer Produkte und Komponenten wie bei Mobiltelefonen, Taschenrechnern, Spielekonsolen und Computern kommt der Miniaturisierung der Geräte bei der Montage ebenfalls eine große Rolle zu.
Was so einfach klingt, ist im Montageprozess mit vielen Tücken behaftet. Vom Zeitpunkt der Verschraubung an verhalten sich die montierten Elemente wie ein einziges Teil. Aufgabe der Schraube ist es, die Bauteile so stark aneinander zu pressen, dass äußere Kräfte sie nicht verrücken können. Das Erreichen dieser Kraft - Vorspannkraft genannt - legt der Konstrukteur zwar fest, aber sie ist in der Serienmontage nur schwer und aufwändig messbar.

Ein großes Problem für die angestrebte 0-Fehler-Montage. Als Ersatzwert dient das Drehmoment, mit dem die Schraube eingedreht wird. Dieser Wert lässt sich aus der gewünschten Vorspannkraft errechnen und ist daher zum Prozess bestimmenden Maß in der Schraubenmontage geworden.

Die Wahl des richtigen Schraubwerkzeugs für die richtige Anwendung spielt neben der Schulung des Personals und der Verwendung hochwertiger Materialien die Hauptrolle, um die Prozesssicherheit im Montageverfahren zu gewährleisten. Die außergewöhnliche Verarbeitungsqualität der ergonomischen NANOMAT® Schrauber und die Auslegung auf den harten Industrieeinsatz, sichern extrem hohe Standzeiten.
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Der NANOMAT® in verschiedenen Ausführungen © DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

Der flexible EC-Schrauber für höchste Ansprüche

Ein Höchstmaß an Prozesssicherheit für die industrielle Montage bietet der NANOMAT®-EC Einbauschrauber, den ein zuverlässiger und wartungsarmer bürstenloser EC-Motor antreibt. Durch seine herausragende Dynamik und hohe Spitzendrehmomente ist er ideal für das Anziehen von Schrauben abgestimmt. Die integrierte Drehmomenterfassung - basierend auf präziser Motorstrommessung und der Auswertung weiterer dynamischer Einflussfaktoren - sowie die Drehwinkelmessung ermöglichen die exakte Steuerung mehrstufiger Schraubprozesse und die Dokumentation der Ergebniswerte.

DEPRAG Schrauber auf Basis von EC-Technik machen Drehmomentgenauigkeiten von < 2% Standardabweichung möglich, die auch bei Millionen von Schaltungen eingehalten werden. Damit ist ein Maschinenfähigkeitsindex von ≥ 1,67 bei einer Toleranzvorgabe von ±10% bezogen auf 6 Sigma erreichbar. Ein Cmk-Wert von 1,67 bedeutet, dass der Fehleranteil unter 0,6 pro einer Million Verschraubungen liegt.
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NANOMAT® pneumatischer Handschrauber © DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

Maximale Flexibilität und Prozesssicherheit mit der Schraubsteuerung AST6

Die Schraubersteuerung AST6 ist die ideale Ablaufsteuerung für stationäre Verschraubungen mit dem erprobten NANOMAT®-EC Schrauber im Drehmomentbereich von 0,02 Nm - 0,2 Nm. Das Anzugsverfahren über Reibwerte gewährleistet bei der Schraubablaufsteuerung AST6 höchste Präzision bei kleinen Drehmomenten. Die Ablaufsteuerung bietet hohe Bedienfreundlichkeit und ermöglicht exakte und bequeme Überwachung und Kontrolle des Drehwinkels und des Drehmoments.

Die Ablaufsteuerung enthält bereits Standard-Schraubprogramme zum Verschrauben auf Drehmoment und Lösen auf Drehwinkel. Deren Parameter können direkt über Touch Screen an die Schraubaufgabe angepasst werden. Die AST6 ermöglicht die freie Programmierung von Schraubabläufen. Diese können über die vom integrierten Web-Server zur Verfügung gestellte Bedienoberfläche bei Bedarf schnell und komfortabel erstellt und parametriert werden.

Das farbige 4,3" TFT Touch-Display ermöglicht schnellen Zugang zu den 100 Standardprogrammen. Individuelle Anwendungsprofile sind über eine Programmnummer oder einen frei wählbaren Programmnamen auswählbar. Eine zusätzliche Software ist nicht erforderlich, da die Parametrierung und der Abruf der Steuerungsfunktionen ganz bequem über einen gängigen Webbrowser oder über das Touch-Display erfolgen können. Der Controller ist aufgrund seiner geringen Baugröße für stationäre Anwendungen mit begrenztem Platzangebot bestens geeignet.

Die Schraubablaufsteuerung AST6 erweist sich als Alleskönner, die das Speichern, Dokumentieren und Auswerten möglich macht. Die letzten 7 Produktionstage werden aufgezeichnet und gespeichert. Anschließend können die Verschraubungsergebnisse über die Ethernet-Verbindung abgerufen werden. Verfügbare Kommunikationsschnittstellen sind dabei Feldbus und E/A. Zusätzliche Funktionen, wie die graphische Darstellung von Schraubkurven, integrierte SPC-Funktionen und umfangreiche Analysemöglichkeiten stehen optional zur Verfügung. Umfangreiche Softwarepakete zur Schraubfallanalyse, Dokumentation und Prozessdatensammlung runden das Angebot ab.

Die DEPRAG Schraubablaufsteuerung AST6i ist auf die künftigen Anforderungen der "Industrie 4.0" - einem Zukunftsprojekt in der Hightech-Strategie der deutschen Bundesregierung - vorbereitet. Dabei wird DEPRAG dem Ziel einer "Smart Factory" problemlos gerecht. Eine derartige intelligente Fabrik zeichnet sich durch Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Ergonomie sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse aus.

Das besondere Augenmerk legt DEPRAG dabei auf Verfahren der Selbstoptimierung, Selbstkonfiguration, Selbstdiagnose und Kognition, welche die Automatisierungstechnik intelligenter machen und die Menschen bei ihrer zunehmend komplexen Arbeit besser unterstützen soll.
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NANOMAT®-EC Schraubspindel © DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

Der Druckluftschrauber als Basislösung

Der druckluftbetriebene NANOMAT® ist als Handschrauber oder als Einbauspindel für die stationäre Anwendung verfügbar.

Die hohe Präzision bei der Drehmomentkontrolle erreicht der NANOMAT® Druckluftschrauber durch das langjährig bewährte Prinzip der mechanischen Trenn- und Abschaltkupplung. Diese ermöglicht Drehmomentgenauigkeiten von kleiner ± 3 Prozent und das auch über Millionen von Schaltspielen.

Unter geeigneten Umgebungsbedingungen erfüllen DEPRAG Druckluftschrauber mit Abschaltkupplung einen Cmk-Wert von ≥ 1,67 bei einer Toleranzvorgabe von ± 10 % bezogen auf 6 Sigma nach ISO 5393. Ein Cmk-Wert von ≥ 1,67 bedeutet anders ausgedrückt einen Fehleranteil von nur 0,6 pro einer Million Verschraubungen! Innerhalb von kürzester Zeit lässt sich beim Druckluftschrauber das gewünschte Drehmoment ohne Spezialwerkzeug von außen einstellen.

Weitere Vorteile haben die DEPRAG Konstrukteure ihrem NANOMAT® mit auf den Weg gegeben. Da ist zum einen die ergonomische Ausführung des Hangriffs, die eine feinfühlige und präzise Schraubenführung ermöglicht, zum anderen unterstützt das integrierte Schnellwechselfutter den schnellen und bequemen Klingelwechsel ohne Werkzeug. Es können Standardklingen mit A3-Anschluss gemäß DIN ISO 1173 verwendet werden. Einen wesentlichen Nutzen bietet zudem die Vakuumansaugung mittels integrierter Vakuumdurchführung. Auf störende Schläuche im Griffbereich oder an der Schraubstelle kann somit vollständig verzichtet werden.

Die NANOMAT® Einbauspindeln lassen sich einfach integrieren und sind äußerst klein. Prüfschrauber gibt es für Rechtslauf, Linkslauf und umsteuerbar, mit Start auf Andruck oder über Fremdventil. Das standardisierte extrem schlanke Design eignet sich hervorragend für die Kleinstmontage. Der NANOMAT® Einbauschrauber misst nur 12 Millimeter im Durchmesser und ermöglicht engste Schrauberabstände in der stationären Anwendung.

Selbstverständlich wurde beim NANOMAT® Einbauschrauber auch das bewährte DEPRAG Führungssystem realisiert, das die optimale Andruckkraft auf die Schraube über Federkraft regelbar macht.

Als Anbieter von Komplettlösungen erfüllt die DEPRAG auch im Bereich der Kleinstmontagen ihren permanent hohen Anspruch. Selbstverständlich gehören zum NANOMAT® Schrauber sämtliche Peripheriegeräte, wie z.B. automatische Schraubenzuführsysteme, präzise Drehmomentmessgeräte oder prozesssichere Führungsstative für die manuelle Montage.