DRUCKLUFT KOMMENTARE. Ausschuss. Kein. mehr. Fluidtechnik Druckregler-Membran faltenfrei verschraubt. Micro- Montage

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

2 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.

3 0,3 NM Kunststoffverarbeitung Sensorenfertigung: Die Revolution des Staubsaugens Feinstaub unter Kontrolle 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 Stück in den ersten zwölf Monaten rechnet sich der Tensorschrauber umgehend. Denn die Montage der Elektronikplatinen samt ihrem Feinstaubsensor und 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 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 Verschraubungen für den Auftrag, so dass sich die Investition in den 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

4 Kunststoffverarbeitung 0,3 NM Die Hausfrau oder der Hausmann hat dann endlich den Feinstaub unter Kontrolle. Für heutige Staubsauger mit moderner Filtertechnik ist es ohnehin kein Problem, Kleinstpartikel 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 Polypropylens aus. 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. 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 4 MICROMONTAGE, DEZEMBER 2007

5 0,3 NM Kunststoffverarbeitung Gelbe Lichtleiter, wie sie aus der Spritzgießmaschine kommen. 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 Polypropylen-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 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 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. DEZEMBER 2007, MICROMONTAGE 5

6 Fluidtechnik UNTER 1 NM 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. 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 6 MICROMONTAGE, DEZEMBER 2007

7 UNTER 1 NM Fluidtechnik 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 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 herkömmliche Schraubwerkzeuge 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: Der MicroTorque-Schrauber rentiert sich allein schon durch die gewonnene Prozesssicherheit! 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 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

8 Cartoon Erik Liebermann Impressum: DRUCKLUFT KOMMENTARE DAS KUNDENMAGAZIN VON ATLAS COPCO TOOLS Sonderheft MICROMONTAGE, Dezember 2007 Herausgeber In Deutschland: Atlas Copco Tools Central Europe GmbH Langemarckstraße 35 D Essen Tel. +49(0) Fax +49(0) DK-Info@de.atlascopco.com In Österreich: Atlas Copco Tools Csokorgasse 11 A Wien Tel. +43(0) Fax +43(0) tools.at@at.atlascopco.com In der Schweiz: Atlas Copco Tools Büetigenstrasse 80 CH Studen/Biel Tel. +41(0) Fax +41(0) tools.ch@ch.atlascopco.com Redaktion und Gestaltung Pressebüro Turmpresse Thomas Preuß (tp) Jägerstraße 5 D Königswinter Tel. +49(0) Fax +49(0) dk@turmpresse.de Weiterer Autor dieser Ausgabe: Erscheinungsweise Mindestens vier Mal jährlich Druck Möller Druck und Verlag GmbH, Berlin. Printed in Germany Nachdruck mit Quellenangabe und bei Einsendung von zwei Belegen an die Redaktion gern gestattet. Heiko Wenke (hw)