Optionen für die Schraubenzuführung

Kollaborative Roboter verwenden häufig Schraubenpräsenter. Foto mit freundlicher Genehmigung von Visumatic Industrial Products Inc.

Tisch-Schraubendosierer sind für viele Anwendungen bei der Schraubenzuführung beliebt. Foto mit freundlicher Genehmigung von ASG, Division of Jergens Inc.

Vibrationswendelförderer werden typischerweise für Großserienmontageanwendungen eingesetzt. Foto mit freundlicher Genehmigung von Performance Feeders Inc.

Stufenvorschubgeräte sind ideal für größere und schwerere Verbindungselemente. Foto mit freundlicher Genehmigung von Performance Feeders Inc.

Zuführvorrichtungen führen die Verbindungselemente schnell und zielgerichtet zum Schraubwerkzeug. Illustration mit freundlicher Genehmigung von ASG, Division of Jergens Inc.

Die größte Herausforderung beim automatischen Schrauben ist nicht die Geschwindigkeits- oder Drehmomentgenauigkeit, sondern die sichere und korrekte Ausrichtung des Verbindungselements am Werkzeug. Glücklicherweise haben Monteure mehrere Möglichkeiten, Schrauben voll- oder halbautomatischen Schraubern zuzuführen, darunter Schraubenzuführer, Schüsselzuführer und Stufenzuführer.

Die grundlegende Technologie der Schraubenzuführung hat sich seit Jahrzehnten nicht wesentlich verändert. In der heutigen Post-Covid-Ära ist die Schraubenzuführung jedoch wichtiger denn je.

„Wir sehen eine Fortsetzung von Trends, die durch die Pandemie beschleunigt wurden, wie zum Beispiel die Beseitigung der Notwendigkeit von Bedienermanipulationen“, sagt Jarrod Neff, Marketingmanager bei Visumatic Industrial Products Inc. „Vor zwei Jahren haben sich viele Hersteller der Automatisierung zugewandt.“ um soziale Distanzierung an ihren Fließbändern zu schaffen.

„Das zwang die Ingenieure dazu, sich ernsthaft mit der Schraubenzuführung auseinanderzusetzen“, erklärt Neff. „Der jüngste Arbeitskräftemangel hat auch die Nachfrage erhöht.“

„Automatisierung ist ideal für Montageaufgaben, die schmutzig, langweilig und gefährlich sind“, fügt Chris Emanuele, technischer Vertriebsingenieur für Automatisierung bei ASG, Division von Jergens Inc., hinzu. „Schraubenzuführung wird typischerweise verwendet, um das stumpfe Bauteil zu entlasten. Dadurch können Hersteller Menschen einsetzen.“ Aufgaben, die einen Mehrwert bieten, anstatt herumzustehen und Verbindungselemente zu verladen.

„Außerdem sehen wir jetzt eine größere Nachfrage nach High-Mix- und Low-Volume-Produktionsanwendungen“, betont Neff. „Wir erhalten Anfragen nach flexiblen Schraubenzuführungen, die drei oder vier ähnliche Arten von Verbindungselementen aufnehmen können, damit Hersteller ihre Investitionen in die Automatisierung rechtfertigen können.“

Zur Verbesserung des Durchsatzes ist eine automatische Schneckenzuführung erforderlich. Zuführvorrichtungen führen die Verbindungselemente schnell und zielgerichtet zum Schraubwerkzeug.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Schrauben an den Treiber zu bringen. Eine einfache, kostengünstige Lösung ist die Schüttelwanne, bei der die Schrauben über eine perforierte Metallwanne fließen, die hin und her kippt.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Stufenförderers. „Allerdings arbeiten sie traditionell mit einer geringeren Ausstoßrate“, sagt Neff. „Stufenvorschubgeräte werden normalerweise zum Zuführen größerer und schwererer Verbindungselemente verwendet, beispielsweise einer M8-Schraube oder größer.“

Tisch-Schraubendosierer sind für viele Anwendungen bei der Schraubenzuführung beliebt. Eine Vibrationsschiene richtet die Schrauben aus und bringt sie zum Ende der Schiene, wo ein Bediener sie mit einem Magnetbohrer aufnehmen und dann eindrehen kann.

„Wir sehen eine etwas größere Nachfrage nach Schraubenvorstellern“, sagt Neff. „Es könnte etwas mit der erhöhten Reshoring-Aktivität zu tun haben. Viele Hersteller benötigen mehr Prozesskontrolle, anstatt die Produktivität oder den Durchsatz zu steigern. Sie möchten jedes Verbindungselement kontrollieren und die Montage überwachen, um die Qualität zu verbessern.“

„Statistische Prozesskontrolle wird zu einem wichtigen Bestandteil der Schneckenzuführung“, sagt Neff. „Ingenieure wünschen sich mehr Daten, um ihren Prozess abzusichern und die Teilequalität sicherzustellen.“

Schraubenpräsenter sind eine beliebte Option für Schraubanwendungen, die kollaborative Roboter einsetzen, wie zum Beispiel das VCM-3X.2-Modul von Visumatic, das für den Einsatz mit UR-Cobots entwickelt wurde. Es umfasst einen automatischen Schraubenvorschub, ein Antriebssystem, ein Skelettroboterprogramm und einen Endeffektor zur direkten Montage am Handgelenk eines Cobots.

Laut Neff mildert das leichte Werkzeug den Trägheitseffekt auf die Sensoren des Roboters und ermöglicht es der Maschine, sich mit maximaler Geschwindigkeit zu bewegen, ohne auf kollaborative Schutzmaßnahmen zu verzichten. Das Werkzeug verfügt außerdem über einen nahe beieinander liegenden Massenschwerpunkt, wodurch der Cantilever-Effekt minimiert wird. Die kompakte Größe des Werkzeugs ermöglicht es dem Roboter, Hindernisse mit weniger Bewegung zu überwinden.

Der Schraubendreher verfügt über die Bit-Vorschubbaugruppe von Visumatic mit doppelt angetriebener Bewegung für eine präzise, ​​kontrollierte Installation von Befestigungselementen. Positionssensoren am Schlitten bestätigen das Vor- und Zurückfahren des Bohrers und melden der Robotersteuerung, dass die Bewegung in Ordnung ist, wenn der Bohrer die Ausgangsposition erreicht.

Dies gewährleistet einen wiederholbaren Fügevorgang. Andere Sensoren melden, dass eine Schraube zugeführt wurde, dass ein Schraubzyklus begonnen hat und dass das Drehmoment gut oder schlecht ist.

Die Blaszuführung ist eine weitere Option, die Fertigungsingenieure in Betracht ziehen können. Ein Bediener wirft Schrauben in einen Trichter oder eine Vibrationsschüssel. Das Werkzeug richtet jede Schraube aus, befördert sie zum Ende einer Spur, trennt sie und lässt sie in ein Zuführrohr fallen. Ein Luftstoß schießt die Schraube bis zum Ende des Schraubenziehers.

Autofeed-Schraubsysteme mit Gleichstromantrieb bieten eine wesentlich bessere Kontrolle über den Montagevorgang. Schraubgeschwindigkeit, Drehmoment, Drehwinkel und Anzugsrichtung können während des Schraubvorgangs gesteuert und variiert werden.

Bei der Autofeed-Technologie wird ein Befestigungselement mithilfe von Druckluft über ein mit der Schraubendreherbaugruppe verbundenes Zuführrohr ausgerichtet und zugeführt. An der Vorderseite des Schraubendrehers angebrachte Komponenten nehmen das Befestigungselement auf und bleiben mit dem Schraubendreherbit ausgerichtet, bis das Befestigungselement eingedreht wird. Autofeed-Schrauber reichen von einfachen Handsystemen bis hin zu kompletten, schlüsselfertigen Robotersystemen.

Die schnellste und komplexeste Lösung ist der Einsatz eines Roboters zusammen mit einem Vibrationsschüssel-Zuführsystem, das in einen Mehrspindelschrauber eingebunden ist.

„Vibrationswendelförderer erfreuen sich nach wie vor großer Beliebtheit, da man damit eine große Bandbreite an Verbindungselementen aufnehmen kann“, sagt Emanuele. „Sie eignen sich ideal für Anwendungen, die hohe Produktionsraten erfordern, und sind in vielen verschiedenen Größen erhältlich.

„Allerdings können Futterschalen laut sein“, warnt Emanuele. „Sie sind nicht allzu flexibel und werden normalerweise für einen bestimmten Schraubentyp oder eine bestimmte Schraubenfamilie eingerichtet.“

„Der Drang zur Automatisierung geht auch heute noch weiter, da viele Hersteller schlanker und effizienter arbeiten wollen“, fügt Kevin Buckner, technischer Leiter bei Design Tool Inc., hinzu. „Wir haben eine Zunahme des Einsatzes von Mehrspindelschraubern beobachtet, um die Arbeitszyklen zu verkürzen.“ Es kommt auch immer häufiger vor, dass eine einzelne Schüssel sechs oder mehr Spindeln speist.

„Die Automatisierung des gesamten Schraubprozesses mithilfe von Vorrichtungen, die alle Schrauben einer Baugruppe antreiben, kann den Durchsatz erheblich steigern, indem die Anzahl der erforderlichen Bediener reduziert wird“, sagt Buckner. „Dadurch wird der Bediener auch für andere Aufgaben frei, während die Schrauben gedreht werden.“

Es sind sowohl handgeführte als auch kundenspezifisch montierte Maschinen erhältlich. „Bei handgeführten Anwendungen begegnen Schraubgeräte mit automatischer Zuführung diesen Herausforderungen, indem sie die Schrauben schneller zum Schraubenzieher liefern und die Notwendigkeit entfallen, dass Bediener die Verbindungselemente handhaben müssen“, erklärt Buckner. „Bei festmontierten Anwendungen können mehrere Treiber verwendet werden, um die Zykluszeit zu verkürzen oder mehrere Komponenten gleichzeitig zu montieren, um höhere Raten zu erzielen.

„Üblicherweise werden Schraubenvorschubgeräte verwendet, wenn die Abmessungen des Befestigungselements ein Einblasen der Schraube verhindern oder wenn die Anwendung die Verwendung von Einschraubkomponenten mit automatischer Zuführung nicht zulässt“, sagt Buckner.

Schraubengeber platzieren ein Befestigungselement an einem Aufnahmepunkt, sodass der Bediener einen magnetischen Bit einsetzen und die Schraube einrasten kann. Der Bediener muss nicht mit den Befestigungselementen hantieren, was den Abfall durch verlorene Befestigungselemente reduziert und die Qualität verbessert, da die Möglichkeit, dass ein heruntergefallenes Befestigungselement in die Baugruppe gelangt, eliminiert wird.

Sobald die Schraube vom Aufnahmepunkt entfernt wird, schiebt der Präsentator eine weitere Schraube vor, so dass beim Eindrehen der Schraube die nächste Schraube verfügbar ist, was die Zykluszeit verkürzt.

Einige Arten von Schrauben können schwieriger zuzuführen sein als andere.

„Geschlitzte Schraubenköpfe sind in der Regel die Art von Schrauben, die am schwierigsten zuzuführen sind, da beim Versuch, sich einzudrehen, ein großer Bitsprung entsteht“, bemerkt Emanuele. „Jede Art von Schraube mit einer gekapselten Unterlegscheibe, wie zum Beispiel Befestigungselemente zur Montage von Leiterplatten und anderen elektronischen Anwendungen, kann ebenfalls Probleme bereiten.“

Als allgemeine Faustregel gilt, dass das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis bestimmt, wie gut ein Verbindungselement zugeführt wird. Deshalb können kleine Schrauben besonders heikel sein.

„Wir verwenden [normalerweise] Vibrationsschüsseln, da wir alle Lücken füllen und schleifen können, ohne dass die Teile irgendwo hängen bleiben oder daran kleben bleiben“, bemerkt Greg Pflum, Präsident von Performance Feeders Inc. „Vibrationsschüsseln geben uns auch.“ Mehr Werkzeugoptionen zur korrekten Ausrichtung der Teile.

„Der Übergabepunkt der Trommel zur Schwerkraftbahn oder zum Vibrations-Inline-Gerät kann aufgrund der geringen Schneckengröße, einschließlich Länge und Durchmesser, ein Problembereich sein“, erklärt Pflum. „Auch bei Schmutzlöchern muss darauf geachtet werden, dass gute Teile nicht darin stecken bleiben.“

„Normalerweise überlegen wir uns, einen gezahnten oder Nut-Feder-Übertragungspunkt zu verwenden, damit zwischen den beiden Übergabepunkten kein gerader Spalt entsteht“, fügt Pflum hinzu. „Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schüssel höher als die Lauffläche der Schiene auszuwerfen und diese zu überlappen, sodass die Teile in die Schiene fallen und das Spaltproblem beseitigt wird. Bei Schmutzlöchern schauen wir uns kleine Schlitze oder offene Bereiche an, in denen wir die Teile aufhängen.“ um Löcher zu [vermeiden], in denen sich die Schrauben verfangen können.“

Eine der größten Herausforderungen beim Zuführen kleiner Schrauben ist das Verhältnis von Gesamtlänge zu Kopfdurchmesser. „Je näher dieses Verhältnis bei 1:1 liegt, desto schwieriger wird es, die korrekte Ausrichtung der Schraube im Vorschubhemmungsmechanismus beizubehalten“, behauptet Vic Glenn, Präsident von Design Tool Inc.

„Bei kleineren Schrauben müssen die Toleranzen der Vorschubkomponenten enger (enger) gehalten werden, um sicherzustellen, dass der Mechanismus ordnungsgemäß funktioniert“, sagt Glenn. „Einige kleine Schrauben lassen sich aufgrund des Gewichts und der Größe des Kopfes nur schwer in der Schüssel ausrichten, bevor sie in den Vorschubmechanismus gelangen.

„[Wir] begegnen der Herausforderung, kleinere Schnecken zuzuführen, mit maßgeschneiderten Designs unserer Zuführsysteme, einschließlich Schiebesystemen, die die Schnecke steuern, bis sie in das Zuführrohr freigegeben wird“, betont Glenn. „Unsere patentierten Zuführsysteme sind sehr anpassungsfähig für kleinere Schneckenanwendungen.“

Design Tool verwendet typischerweise Vibrationsförderersysteme für kleine Schrauben. Der Maßstab der Vorschubausrichtung und der Hemmungskomponenten ist jedoch durch winzige Schrauben kleiner.

„Die größten Herausforderungen beim Eindrehen kleiner Schrauben mit einem automatischen Vorschubsystem bestehen darin, die korrekte Schraubenausrichtung innerhalb der Schraubenzieherkomponenten und den Freiraum um den Schraubenkopf herum aufrechtzuerhalten, damit die Schraubenzieherkomponenten auf Stellen in den Montageteilen des Kunden zugreifen können“, erklärt Glenn.