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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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TensorschrauberVon robust bis filigran

fertigt MTU Großmotoren und deren Steuerungselektronik in Eigenregie. Bei deren Montage werden unter anderem selbstschneidende Schrauben zweistufig in Kunststoff eingeschraubt. Dazu verwendet der Motorenhersteller dokumentationsfähige Tensorschrauber von Atlas Copco Tools - einen sogar mit automatischer Schraubenzuführung. Beim Thema Schrauben denkt man in Verbindung mit dem Motorenhersteller MTU zuerst an riesige Bolzen, die mit hohen Drehmomenten gewaltige Motorblöcke zusammenhalten. Denn die MTU Friedrichshafen GmbH, ein Unternehmen der Tognum-Gruppe, fertigt Großmotoren bis 9100 Kilowatt (kW) Leistung, die beispielsweise Schiffe, Lokomotiven, Stromerzeugungsaggregate, Industrie- und militärische Fahrzeuge antreiben. Doch bei MTU müssen auch sehr kleine Schrauben mit Drehmomenten zwischen nur 0,4 und fünf Newtonmetern (Nm) exakt angezogen werden. Unter anderem werden selbstschneidende Schrauben zweistufig in Kunststoff eingeschraubt. Das geschieht zum Teil mit dokumentationsfähigen Tensorschraubern von Atlas Copco Tools. Einer davon ist sogar mit einer automatischen Schraubenzuführung ausgestattet.

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Tensorschrauber: Von robust bis filigran

Die kleinen Schrauben finden sich an den Baugruppen der Motor-Elektronik, die teilweise direkt am Motor befestigt sind, und in den Automations- und Überwachungssystemen, die zu jedem Motor gehören. Für die Branche ungewöhnlich ist, dass MTU seine Elektronikkomponenten selbst fertigt. "Das ist ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber unserer Konkurrenz, die ihre Elektronik zukaufen muss", betont Jens Kresalek, der bei MTU für die Fertigungsplanung Elektronik zuständig ist. Derzeit wird die Elektronikfertigung im Rahmen des Projekts "Zieh mit!" auf das Pull-Prinzip umgestellt, wodurch alle Abläufe optimiert werden sollen. Dazu gehört unter anderem auch die Schraubmontage, in der früher vor allem einfache Elektroschrauber der Bauarten ELI und EBL von Atlas Copco Tools eingesetzt wurden. "In unsere neuen Fertigungsinseln haben wir viele Montageinhalte gepackt und bündeln relativ viele Schrauber an einem Arbeitsplatz. Da ist die Verwechslungsgefahr groß", sagt der Fertigungsplaner. Bei der Montage der Motorregler für eine neu aufgelegte Motorenbaureihe kam zudem die interne Anforderung auf, die Schraubergebnisse künftig rückverfolgen zu können. Die Lösung dafür fand Jens Kresalek in dokumentationsfähigen Tensor-SL-Schraubsystemen von Atlas Copco Tools. Wo keine Dokumentationspflicht besteht, setzt er auch gerne Tensorschrauber der DL-Baureihe ein.

Bit-Selektor spart jede Menge Schraubwerkzeuge

An allen Tensorschraubern (SL- wie DL-Modelle) schätzt der Diplomingenieur besonders die Möglichkeit, einen sogenannten Bit-Selektor anschließen zu können. "Damit können wir jede Menge Schrauber sparen." Denn dieses elektronische Schlüsselbrett enthält bis zu acht Steckschlüssel. Eine Leuchtdiode neben dem Steckschlüssel signalisiert, welcher für die gerade anstehende Schraubaufgabe zu entnehmen ist. Die entsprechenden Schraubparameter werden dann automatisch in der Schraubersteuerung aufgerufen. Diese weiß auch, wie viele Schrauben mit diesen Parametern anzuziehen sind, zählt also die Gruppe mit. Für den Werker bedeutet das eine Arbeitserleichterung. Mitzählen ist überflüssig, ihm wird vorgegeben, welchen Bit er nehmen muss - und wenn das System schließlich "i. O." sagt, kann er sicher sein, dass er alle Schrauben korrekt angezogen hat. Wird ein falscher Steckschlüssel aus dem Selektor gezogen, blockiert der Schrauber.

Jens Kresalek streicht vor allem die Verwechslungssicherheit des Tensor-SL-Schraubsystems heraus: "Ich kann den Arbeitsablauf der Mitarbeiter steuern, die Schraubreihenfolge festlegen und die Gruppenanzahl überwachen. Damit haben wir den Schraubprozess unter Kontrolle und können sicher sein, dass alle Schrauben tatsächlich korrekt angezogen sind - und wir können das dokumentieren!"

Dass mit den Tensorwerkzeugen alle Schrauben zweistufig angezogen werden, habe zunächst ergonomische Gründe gehabt, erklärt Kresalek. Denn auf diese Weise ließ sich (gegenüber einstufigem Anziehen) der Ruck, sprich das Reaktionsmoment, deutlich verringern, das aufs Handgelenk des Werkers einwirkt, wenn der Schrauber beim Erreichen des vorgegebenen Drehmoments abschaltet. Doch damit wollte sich der Fertigungsplaner nicht begnügen: "Ich habe mich dann weiter in das Thema eingearbeitet und festgestellt, dass zweistufiges Anziehen auch konstruktive Vorteile bietet. Wenn ich die Schraubkurve auf dem Monitor betrachte, sehe ich, was bei der Verschraubung passiert und welche konkreten Verbesserungen das zweistufige Verschrauben bringt."

Schraubenzuführung verkürzt Montagezeit um 30 Prozent

Um die Ergonomie und den Bedienkomfort für die Werker noch weiter zu verbessern, wurde der Schrauber an einem Drehmomentarm befestigt, der das restliche Reaktionsmoment abfängt. Das Resultat laut Jens Kresalek: "Null Belastung auf das Handgelenk." Das macht das Arbeiten mit dem neuen Tensor SL spürbar komfortabler und führte zu schneller Akzeptanz durch die Werker.

Weil für die neue Motorenbaureihe BR1600 mit bis zu 20000 Stück eine wesentlich höhere Jahresproduktion prognostiziert wird als bei der Vorgängerserie (6000 bis 6500 Stück), wurde das Tensor-SL-Schraubsystem am Montageplatz der zugehörigen Motorsteuerung (ADEC, Advanced Diesel Engine Control) zusätzlich mit einer automatischen Schraubenzuführung von Böllhoff ausgerüstet. Damit sinkt die Montagezeit um rund 30 Prozent, schätzt der Experte. Denn bei besagter Motorsteuerung sind allein 41 Schrauben notwendig, um die Platine im Alu-Druckgussgehäuse zu befestigen: 23 Schrauben werden mit 0,8 Nm Drehmoment für die Leiterplatte benötigt, hinzu kommt die Montage von vier Steckern mit 18 weiteren Schrauben, die selbstschneidend sind und mit langsamer Einschraubstufe in Kunststoff eingedreht werden. Weitere 17 Schrauben (2,8 Nm) dienen der Befestigung und Abdichtung des Gehäusedeckels. Dieser muss die Elektronik zuverlässig vor Umwelteinflüssen schützen, selbst wenn der Motor später einmal mit dem Hochdruckreiniger bearbeitet wird. "Wenn da keine Dichtigkeit gegeben ist, führt das unweigerlich zum Ausfall", sagt Jens Kresalek. Damit es dazu nicht kommt und um immer sichere Schraubergebnisse zu erzielen, werden die Schraubsysteme halbjährlich kalibriert. "Damit sind wir auf der sicheren Seite", sagt der Fertigungsplaner. "Das Schraubsystem hat sich gut bewährt, es läuft stabil."

Derzeit werden in der Fertigungsinsel neben dem Motorsteuergerät ADEC zwei weitere Baugruppen montiert. Welche davon gerade zur Montage ansteht, wird der Schraubersteuerung per Barcode-Scanner mitgeteilt. Dazu hängen am Arbeitsplatz kleine Magnettafeln mit Barcodes. Wenn auf eine andere Baugruppe gerüstet wird, nimmt sich der Werker die entsprechende Tafel und scannt den Code. Die Steuerung ist dann entsprechend umprogrammiert und weiß sofort, wie viele Schrauben nun mit welchen Parametern zu montieren sind. Bei einem Typenwechsel fallen am Montageplatz also nur sehr kurze Rüstzeiten an.ee

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