Verschraubungen von Kunststoffen

Prozesssichere Mikromontage in der Medizintechnik

Neuer Kunststoff bringt Qualitätsschub für Ventilpakete. Nach einem Wechsel des Kunststoffs der Ventilpakete für Dialysegeräte traten mit den bis dato verwendeten Druckluftschraubern Probleme wegen überschießender Drehmomente auf. Nun werden die Baugruppen mit Microtorque-Kleinschraubern prozesssicher montiert.

Prozesssichere Verschraubung von Kunststoff-Komponenten mit 44 filigranen M 1,6-Schrauben. (Bild: Atlas Copco Tools)

Als Hersteller Aventics bei den Trägerplatten dieses Ventilpakets im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung seiner Produkte auf einen anderen Kunststofftyp wechselte, drehten in der Vorserie häufig die Schrauben durch. Der veränderte Werkstoff der Trägerplatte überforderte die bis dahin verwendeten Druckluft-Stabschrauber. Bauartbedingt montieren solche Tools nur mit einem Drehmoment und fester Drehzahl. Beim Eindrehen der selbstfurchenden Schrauben rissen Gewinde aus, der Ausschuss stieg.

Der zuvor verwendete Kunststoff war dicker, zäher und fester. Leichte Streuungen des Drehmoments mit Zielwert 0,18 Nm waren hier unproblematisch. Auf einer Trägerplatte von etwa 120 × 140 Millimeter Fläche sind 22 Kleinstventile nebst Filter und Tüllen mit 44 selbstfurchende M1,6-Schrauben mit Torx-T2-Kopf zu fixieren. Es folgt eine 100-Prozent-Prüfung. Ein Fehler, der Nacharbeit oder einen Austausch erfordert, bedeutet nach Unternehmensangaben etwa 20 Euro allein an Lohnkosten je Bauteil. Getestet wurden eine neue Microtorque-Schraubspindel von Atlas Copco, digital überwachte mit einem Arbeitsbereich zwischen 0,125 und 0,5 Nm ausgestattet.

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0,18 Nm ist die Drehmomentvorgabe zur Montage der Pneumatikventile für den Dialysebereich. Leuchtet das grüne Licht am Schrauber, weiß der Werker, dass die Verbindung mit dem korrekten Drehmoment angezogen wurde. (Bild: Atlas Copco Tools)

Trickreiche Schraubstrategie
Obwohl die selbstfurchenden Schrauben mit ihrem Durchmesser von 0,93 Millimeter nur viereinhalb Gewindegänge aufweisen, schaffe die Microtorque-Spindel eine dreistufige Verschraubung. Zu Beginn des Schraubzyklus rotiert der Schraubeinsatz mit reduzierter Geschwindigkeit, um die Klinge in den Torx-T2-Schraubenkopf einzufädeln. Danach schaltet das System in die Drehwinkelstufe, um die Schraube mit 500 Umdrehungen pro Minute bis zur Kopfauflage einzudrehen. Sobald diese erreicht ist, reduziert die Spindel ihre Drehzahl auf 210 Umdrehungen pro Minuteund zieht die Schraubverbindung in der Drehmomentstufe auf das Enddrehmoment von 0,18 Nm an. Da die Drehzahlen in allen Stufen frei konfigurierbar sind, ist das System an die verschiedene Schraubfallanforderungen anzupassen. Optische und akustische Signale an Schrauber und Steuerung melden den Bedienern das Montageergebnis. Die Ausschussrate, so der Anwender, ist nach dem Wechsel auf das gesteuerte und überwachte Schrauben praktisch auf null gesunken.

Schraubverläufen im Blick
Mit Anschluss eines PC an die Schrauber-Steuerung werden detaillierte Kurven und Schraubverläufe ausgegeben. Die Visualisierung ermöglicht die einfachere Interpretation der Schraubverläufe und Montagephasen. Auch das ist mit Druckluftwerkzeugen kaum möglich. Als praktischer Zusatznutzen wird die Möglichkeit genannt, mit dieser Schraubtechnik eine Hilfestellung für die Qualitätsbewertung von Zulieferteilen zu haben. Die Kurvengrafik decke auf, wenn die Eindrehwiderstände variieren. Das kann vorkommen, wenn die vorgebohrten Gewindelöcher in den zugelieferten Spritzgießteilen größere Durchmessertoleranzen haben als vorgesehen. Der Schrauber detektiert beim Einschrauben veränderte Reibwerte. Durch Nachjustieren der Schraubparameter könne Aventics derartige Abweichungen kompensieren oder die betroffenen Komponenten bei zu großen Ausreißern reklamieren. Selbst kleine Schwankungen bei den Schraubenbeschichtungen oder der Materialbeschaffenheit der Kunststoffteile würden nun transparent.

Gegenüber handgehaltenen Druckluft-Stabschraubern soll das Microtorque-System leiser und präziser arbeiten. (Bild: Atlas Copco Tools)

Ergonomische Vorteile
Neben der höheren Prozesssicherheit und der technischen Leistungsfähigkeit spielt auch die Akzeptanz aufseiten der Mitarbeiter eine wichtige Rolle. Das Microtorque-System arbeite im Vergleich zu Pneumatikschraubern nahezu geräuschlos. Ein weiterer ergonomischer Vorteil liege darin, dass ein Lineararm die kleine Spindel führt, was zusätzlich entlastet. Das dreistufige Anziehverfahren erziele eine geringe Drehmomenttoleranz, über die die Dichtigkeit dank gleichmäßiger Flächenpressung vom ersten bis zum letzten Schraubfall gegeben sei.

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