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Ausgewählte Ausgabe: 10-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Sensor-Schrauber mit Feingefühl

Jeder Heimwerker weiß intuitiv, wie man eine Schraube festzieht: nach Gefühl. Im Hobbykeller reicht dies in der Regel aus, um das richtige Maß für das Anzugs-Drehmoment zu finden. In der industriellen Produktion dagegen sind die Anforderungen an eine sichere Schraubmontage sehr viel höher. Das richtige Drehmoment trägt wesentlich zur nachhaltigen Funktionsfähigkeit des Endproduktes bei. Hier ist reproduzierbares Feingefühl gefragt. Clevere Messtechnik und zuverlässige Kleinstantriebe sind der Schlüssel zum Erfolg.


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Bild 1
Mikro-Sensor-Schraubsysteme für die prozesssichere Montage von Kleinstschrauben

Dank Miniaturisierung werden heute  viele  Produkte  immer  kleiner. Mehr  Bauteile  in  engem  Bauraumzu  verbauen  stellt  aber  die  Produktion  vor  Herausforderungen.  Das betrifft auch die prozesssichere Montage  von Kleinstschrauben,  wie  man sie  zum  Beispiel  in  Mobiltelefonen, Smart-Watches  oder  „klassischen“ Armbanduhren  findet.  Die  n-gineric GmbH  (siehe  Kasten)  hat  zu  diesem Zweck  ihre  Mikro-Sensor-Schraubsysteme  entwickelt  (Bild  1).  Diese können  sowohl  handgeführt  als auch  in  der  Automation  eingesetzt werden  (Bild  2).  Verschraubungen von Gewindegröße M0,6 bis M5 werden  durch  mehrere  Schraubspindel-Baugrößen abgedeckt.

Hochpräzise messen

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Bild 2
Sensorschraubwerkzeug für die vollautomatische Schraubmontage

Um  den  sicheren  Schraubprozess zu  gewährleisten,  sind  die  Schraubspindeln  mit  einer  integrierten, mitrotierenden  Drehmoment-  und Drehwinkelsensorik ausgestattet. Diese misst hoch präzise das auf die Schraube wirkende Drehmoment zusammen mit dem  Drehwinkel  direkt  oberhalb  der Klingenaufnahme. Dazu wird eine Art Dehnungsmessstreifen eingesetzt, über dessen  Verformung  Rückschlüsse  auf das  Drehmoment  möglich  sind.  Der Sensorkörper besteht aus einer speziellen  Metalllegierung,  die  sich  proportional  zum  aufgebrachten  Drehmoment verformt. Dadurch ergibt sich eine  Widerstandsänderung  innerhalb des  Dehnungsmessstreifens  und  man erhält ein dem Drehmoment folgendes Messsignal. Dieses wird mit einer Auflösung von 24 Bit hochgenau digitalisiert.  Der  rotationssymmetrische  Sensorkörper  ist  zwischen  dem  Klingenfutter  und  dem  eingesetzten  Antrieb auf  der  Welle  angebracht.  Für  die
Stromversorgung  sorgt  ein  Spulensystem, es versorgt die Mess-Elektronik berührungslos  induktiv  mit  Energie. Um  eine  hohe  Genauigkeit  zu  erreichen, werden pro Sekunde 2000 Drehmoment-Messwerte in Form eines seriellen  Bit-Codes  optoelektronisch  vom Rotor zur Stator-Elektronik übertragen und dort wieder decodiert, also verlustfrei  1:1  abgebildet.  Stefan  Flaig,  Geschäftsführer  von  n-gineric  erläutert: „Meines Wissens sind wir die einzigen, die rotative Drehmomentsensoren mit einer  vergleichbaren  Präzision  in  eine Schraubspindel  für  kleine  Drehmomente einbauen.“

Antrieb und Getriebe als Herzstück

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Bild 3
Liefert die von der Anwendung geforderte Performance: Faulhaber-Antriebseinheit mit bürstenlosem DC-Kleinstmotor und Metall-Planetengetriebe

Weiter betont Flaig, wie wichtig Motor und zugehöriges Getriebe in diesem System sind: „Wir brauchen eine hohe Leistung  bei  sehr  kleinen  Abmessungen  und  eine  große  Dynamik,  da  für jeden Schraubvorgang innerhalb einer Sequenz  von  Schraubstufen  eine schnelle  Regelung  von  Drehmoment und Drehzahl notwendig ist.“ Die Wahl fiel daher auf eine Faulhaber-Antriebseinheit  mit  bürstenlosem  DC-Kleinstmotor und Planetengetriebe. Sie liefert die  für  den  Anwendungsfall  ideale Performance (Bild 3): „Durch das hohe Beschleunigungsvermögen der Antriebe  erreichen  wir  sehr  kurze  Zykluszeiten,  also  eine  hervorragende  Produktivität.  Der  bürstenlose  Antrieb zeichnet  sich  außerdem  durch  eine besonders lange Standzeit aus und qualifiziert  das  Schraubsystem  damit  für die Massenfertigung unter 24/7-Bedingungen“, freut sich Flaig.

Seite des Artikels
Autoren

Dipl.-Ing. (BA)  Andreas Seegen

Leiter Marketing bei Faulhaber

Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll

Journalistin, Stutensee

n-gineric GmbH

Die n-gineric GmbH mit Stammsitz in Villingen-Schwenningen ist spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion innovativer Drehmomentmesstechnik und gesteuerter Schraubsysteme im Bereich kleiner Drehmomente. Die „technischen Köpfe“ und Gründer des Unternehmens, Stefan Flaig und Michael Hauser, haben mit 20-jährigem Know-how ihre neuartige Messtechnologie entwickelt und bieten diese auf dem globalen Markt an.

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