Komponentensicherung

Im Icon ist die Fixierung von Schrauben zu sehen. © VDI ZRE / Carolin Oelsner

Sicherung vermeidet Fehler

Eine Sicherung der Komponenten ist wichtig, um z. B. Zerstörungen oder unsachgemäßes Anbringen von Komponenten zu vermeiden. Dabei kann die Komponentensicherung auch zu einem intuitiv richtigen Montieren beitragen, bspw. wenn durch die Sicherung lediglich die zu montierenden Stellen zugänglich bleiben. Um Fehler bei der Montage zu verhindern, sollten die zu verbindenden Komponenten möglichst rutsch- und verschiebefest sein.

Additive Fertigung im Vorrichtungsbau

Mittlerweile haben sich eine Vielzahl unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren etabliert. Neben Kunststoffen können dabei auch Metalle und Keramiken zum Einsatz kommen. Der Vorteil der additiven Fertigung gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren ist die hohe Gestaltungsfreiheit verbunden mit vergleichsweise niedrigem Materialeinsatz. Darüber hinaus sind bei der Herstellung der gewünschten Objekte in der Regel keine zusätzlichen Werkzeuge erforderlich. 

Im Bereich der Montagetechnik können additive Fertigungsverfahren beispielsweise dabei helfen, individuelle Vorrichtungen zur Fixierung der zu montierenden Bauteile herzustellen. Sind dafür notwendige Drucker bereits im Betrieb vorhanden, so können neben der schnellen und Materialarmen Herstellung der Vorrichtungen auch Wege bzw. Transporte eingespart werden. Der Einsatz der additiven Fertigung in der Montagetechnik kann sich auch ökonomisch lohnen: Durch Verkürzungen der Vorlaufzeit um 40 bis 90 Prozent und Kosteneinsparungen von 70 bis 90 Prozent können sich erhebliche Potenziale ergeben.* Blum, F. (2021): So revolutioniert 3D-Druck den Werkzeug- und Vorrichtungsbau (online). Produktion.de (abgerufen am 15.12.2023).

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Montagehilfen und Vorrichtungen mittels 3D-Druck

Traditionell ist die additive Fertigung von Funktionsteilen, Werkzeugen und Vorrichtungen aufgrund von Einschränkungen in der Festigkeit des Baumaterials und den auftretenden Kräften begrenzt. Innovationen in diesem Bereich führen allerdings dazu, dass die Herstellung von Montagehilfen und Vorrichtungen zukünftig häufiger mithilfe des 3D-Drucks erfolgen kann. Durch die Weiterentwicklung und präzise FFF-(Fused-Filament-Fabrication-)3D-Drucktechnologie in Verbindung mit Endloskohlefasern, Kevlar und Glasfasern können robuste Funktionsteile, Werkzeuge und Vorrichtungen gefertigt werden.

Der Vorteil der additiven Fertigung liegt dabei in der schnellen Reaktionszeit und der Möglichkeit, die Vorrichtung individuell an die spezifische Situation und die Arbeitende oder den Arbeitenden anzupassen. Vorrichtungen werden über Nacht gedruckt, wodurch lange Wartezeiten vermieden und konventionelle Produktionsmaschinen nicht blockiert werden. Die direkte Herstellung am Arbeitsplatz ermöglicht außerdem eine ressourcenschonende Produktion mit kurzen Transportwegen.* Lutz, J. (2016): 3D gedruckte Vorrichtung dient als Montagehilfe in der Fertigung (online). 3druck.com (abgerufen am 04.03.2021).

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Gute Praxis Beispiele

Lichtfixierung

Innovative hochtemperaturbeständige Strukturklebstoffe ermöglichen eine Aushärtung durch Lichtfixierung. Dieser zusätzliche Schritt in der Aushärtung unterstützt beispielsweise Hersteller von Elektromotoren dabei, Montageprozesse zu beschleunigen und Produktionsabläufe effizienter zu gestalten.

Das Prinzip beruht auf der hybriden Struktur der Klebstoffe, wobei an den Grundaufbau der Klebstoffe zusätzliche lichthärtende Rohstoffe angebunden sind. Schon nach kurzer Belichtungsdauer sind Bauteile so stabil, dass diese sofort weiterverarbeitet werden können. Bei einer Lichtintensität von 1000 mW/cm² beträgt die Fixierfestigkeit bereits 1 N/mm² nach nur 5 Sekunden Belichtung.

Die vollständige Aushärtung inklusive schattiger Bereiche erfolgt anschließend ähnlich wie bei herkömmlichen Klebstoffen bei Raumtemperatur oder beschleunigt bei 80 °C in der Regel innerhalb von 60 Minuten. Die erste Option ist besonders interessant, wenn sowohl Energiekosten für das Wärmeaushärten entfallen und Produktionsfläche eingespart werden sollen als auch Takt- sowie Durchlaufzeiten erheblich verkürzt werden sollen. Durch die zeitsparende Kombination von Dosieren, Fügen und Lichtaushärtung in weniger als einer Minute kann der nächste Produktions- oder Montageschritt deutlich schneller als bisher, oft schon nach 15 bis 90 Minuten, beginnen.

Literatur:

Arnold, H. (2023): Neuer Klebstoff beschleunigt E-Motorproduktion [online] - Weka Fachmedien GmbH [abgerufen am 14.10.2023], verfügbar unter: www.elektroniknet.de/elektronikfertigung/fertigungstechnik/neuer-klebstoff-beschleunigt-e-motorproduktion.206868.html

Intelligenter Akkuschrauber

In der Automobilindustrie ist eine präzise und individuelle Fertigung eine große Herausforderung. Um dieser gerecht zu werden, setzt die BMW Group auf einen intelligenten Akkuschrauber, der die Schraubarbeiten an der Produktionslinie revolutioniert.

Beim Kauf eines neuen Fahrzeugs bieten zahlreiche individuelle Zusatzpakete, wie Unterhaltungsausstattung oder beheizbare Vordersitze, eine Vielzahl an Optionen. Dies führt dazu, dass die Mitarbeitenden an der Produktionslinie der Automobilherstellenden in kurzen Abständen auf neue Schraubprofile eingestellt werden müssen.

Der innovative Ansatz besteht darin, die Mitarbeitenden durch einen intelligenten Akkuschrauber mit spezieller Algorithmik bei der präzisen Ausführung zu unterstützen. Der Prototyp dieses Systems wurde im BMW-Werk in Regensburg erfolgreich getestet. Bei jedem Fahrzeug in der Produktionslinie erhält das Personal individuelle Rückmeldungen darüber, ob sämtliche Schraubarbeiten korrekt ausgeführt wurden. Die Software analysiert in Echtzeit die Schraubrichtung, Anzahl und korrekte Bewegung.

Die Grundlage für diese Entwicklung bildet ein Sensorfusionsverfahren. Hierbei werden die Drehraten, Beschleunigungen und Richtungsinformationen des Akkuschraubers in Echtzeit kombiniert und verrechnet. Die resultierenden Trackinginformationen werden mit den vorgegebenen Parametern abgeglichen. Bei Übereinstimmung signalisiert eine LED-Anzeige den Mitarbeitenden vor Ort, ob alle Verschraubungen korrekt durchgeführt wurden.

In Zukunft soll der intelligente Akkuschrauber mit einem Ortungssystem kombiniert werden. Dies würde ermöglichen, dass jede Schraubstelle oder Verschraubung an jedem Werkstück genau zugeordnet werden kann. Darüber hinaus könnten Abläufe präzise dokumentiert und durch den digitalen Assistenten bei Bedarf für zeitnahe Optimierungen oder Anpassungen angeleitet werden.

Literatur:

Fraunhofer IIS (2018): Intelligente Werkzeuge in der Montage [online]. Fraunhofer ISS [abgerufen am 09.01.2024], verfügbar unter: www.iis.fraunhofer.de/de/magazin/2018/iiot/werkzeugtracking.html

Additive Fertigung von Hilfsmitteln

In seinem Werk in Berlin verwendet ein Automobilhersteller 3D-Drucker, um interne Erfahrungen sowie Verbesserungsvorschläge aus der Produktion und Montage schnell umzusetzen. Dank dieser Technologie konnte das Unternehmen bei der Montage von Batteriezellen auf Erfahrungen aus der Montage zurückgreifen und somit intern rasch eine maßgeschneiderte Montagevorrichtung entwickeln. Die bisher extern bereitgestellten Betriebsmittel können seitdem inhouse hergestellt werden, was nicht nur Kosten und Transportwege spart, sondern auch zur Zufriedenheit der Mitarbeitenden beiträgt

Literatur:

Persönliche Mitteilung, Unternehmensbesuch bei „DFC – Digital Factory Campus“ (Mercedes Benz) am 31.05.2023