Beste Strategie für Mini-Schrauben

Programmierbarer Schrauber unterstützt bei Anwendungsberatung

20. Juni 2007

Mit Hilfe eines programmierbaren Microtorque-Schraubers kann Schraubenhersteller Ejot seinen Kunden zur Miniatur-Schraube gleich die passende Montagestrategie liefern. Das ist vor allem für Hersteller von Elektronikbauteilen und Kunststoff-Verarbeiter interessant.

„Unsere Kunden in der Automobilindustrie, aber auch Handy- oder Platinenhersteller verlangen zunehmend eine intensive Beratung“, sagt Gabor Fleck, Anwendungstechniker bei der Ejot GmbH & Co. KG in Bad Laasphe. „Sie kaufen bei uns Schrauben und bekommen gleichzeitig Angaben von uns, mit welchem Eindrehmoment und welcher Einschraubtiefe sie diese montieren sollen, wie hoch die Vorspannkräfte sein dürfen, welches Trägermaterial in Frage kommt und welche Randbedingungen sie sonst noch zu beachten haben.“

Um die herauszufinden, stehen Ejot zahlreiche Versuchsstände zur Verfügung: Rund um Flecks Arbeitsplatz finden sich diverse Bauteile von Kundenanwendungen sowie einige Materialmuster mit den unterschiedlichsten Lochdurchmessern und variierenden Einschraubtiefen. Damit kann der Schraubtechnik-Experte jede Montagesituation seiner Kunden realistisch nachempfinden, um die optimalen Werte für ein Schraubprogramm festzulegen oder ein vom Anwender vorgegebenes Programm zu simulieren und weiterzuentwickeln. „Manche Kunden kommen mit einem eigenen Programm zu uns, das nicht die gewünschten Ergebnisse liefert. Wir sehen es uns dann an und entwickeln es weiter, bis es funktioniert“, erklärt Fleck. „In einigen Fällen beraten wir beispielsweise Kunststoffhersteller, damit die wiederum ihren Kunden das richtige Compound empfehlen können.“

Weil die Schrauben kleiner und die Ansprüche höher werden, hat Ejot jetzt ein Schraubsystem aus der Microtorque-Serie von Atlas Copco Tools angeschafft. Damit kann Fleck sehr kleine Schrauben testen, die beispielsweise in Steuerungsmodulen der Automobilindustrie verwendet werden, in Handys, kleinen Sensoren, Transistoren für Kühlkörper oder Lüftermotoren für PCs. Bei einer der filigransten derzeitigen Anwendungen werden 1,2-mm-Schrauben mit einem Drehmoment von 0,06 Nm montiert. Die kleinsten von Ejot gefertigten Schrauben haben einen Durchmesser von 1 mm und sind nur 3 mm lang.

Steuerbarer Schrauber plus genaue Aufnahme

Um solche Mini-Schrauben handhaben und eine geeignete Schraubstrategie entwickeln zu können, brauchte Ejot eine Kombination aus steuerbarem Schrauber und passender, genauer Aufnahme. „Bis vor kurzem haben wir dafür einen herkömmlichen Elektroschrauber verwendet und einen Messwertgeber dazwischen gesetzt“, erklärt Gabor Fleck. „Aber für so kleine Anwendungen ist ein separater Sensor zu groß und unhandlich, weil er extra fixiert werden muss.“ Zudem konnte man damit viele Applikationen nicht so exakt nachstellen, wie sie beim Kunden laufen. „Solange es nur um das Ein- und Überdrehen geht, kommt man damit einigermaßen zurecht“, sagt Fleck, „aber beim Anziehen und wiederholgenauen Montieren liegen die Ergebnisse zu weit weg von den Kundenanforderungen.“ Alles, was sich unter einem Anziehdrehmoment von 0,2 Nm bewegte, konnte in der Vergangenheit nicht immer praxiskonform - so, wie in der tatsächlichen Anwendung - nachgestellt werden.

Der Microtorque MT 50, den Ejot für die Kleinstverschraubungen verwendet, hat dagegen einen eingebauten Messwertgeber und eignet sich mit seiner hohen Wiederholgenauigkeit für die dokumentationspflichtige Montage bis weit unter 0,1 Nm. „Außerdem lässt er sich perfekt programmieren“, hat Gabor Fleck festgestellt. Wenn es beispielsweise darum geht, Schrauben in Kunststoff einzudrehen, müssen Drehzahl und Eindrehmoment mit Bedacht gewählt werden.

Langsame Drehzahlen schützen das Kunststoff-Gewinde

„Bei Drehzahlen von um die 1000 können manche Kunststoffmaterialien aufschmelzen und an der Schraube anbacken“, sagt Fleck. „Damit ließe diese sich nie wieder herausdrehen, ohne das Gewinde zu zerstören.“ Doch der Sinn einer Schraube sei ja gerade die Möglichkeit eines wiederholten Ein- und Ausdrehens - und damit der Demontage, „sonst kann man die Teile ja gleich aneinander kleben.“

Für die meisten Anwendungen in Kunststoff seien 500 Umdrehungen pro Minute ein guter Kompromiss. „Bei Kleinstschrauben kann die Spanne zwischen Ein- und Überdrehen allerdings sehr kurz sein“, warnt Fleck. Wenn man mit der vollen Geschwindigkeit, die der Schrauber erlaubt, anziehe, überdrehe die Schraube sofort: Das Schraubsystem aus Sensor, Steuerung und Motor kann nur mit einer - wenngleich minimalen - Verzögerung reagieren. Die aber führt dazu, dass das Anziehdrehmoment überschritten wird. „Wir müssen also immer ein an die Verschraubung angepasstes Programm verwenden“, betont der Experte. Und immer mehr Kunden erwarten auch, dass Ejot diese Schraubstrategie gleich mitliefert.

Dazu fährt Fleck beim Eindrehen einige Versuche mit just diesen 500 Umdrehungen pro Minute und hält die Drehzahl konstant bis zum Ende. Dadurch wird zwar die Verbindung bis zum Bruch zerstört, er verschafft sich aber ein gutes Bild über das Verhalten und die Grenzen der jeweiligen Verschraubung. „Danach testen wir verschiedene Umschaltmöglichkeiten auf eine geringere Drehzahl“, schildert er die weitere Vorgehensweise. Durch das Testen der unterschiedlichsten Geschwindigkeiten erhalte er zahlreiche Daten, anhand derer er die Ursache für das (in diesem Fall gewollte) Überdrehen der Schraube ablesen könne. Schritt für Schritt gelange man so zur perfekten Schraubstrategie, die genau auf die eine Schraube und das eine Werkstück abgestimmt sei.

Leider, sagt Gabor Fleck, werde seine Abteilung von den Kunden oft erst kurz vor dem Serienstart eingebunden, wenn die Fertigungsleute feststellten, dass die Verschraubung nicht so funktioniere, wie sich die Konstrukteure das vorgestellt hätten. Oft sei dann das Werkzeug schon gebaut. Oder es wird ein anderes Material gewählt, mit dem sich dann auch die Drehmomente und die Schraubkurven veränderten. In solchen Fällen biete es sich an, zu überprüfen, ob die gewählte Schraubstrategie noch geeignet ist, rät Techniker. Die entsprechenden Tests lassen sich gegebenenfalls direkt beim Anwender durchführen: Denn die ganze Microtorque-MT-Station ist nicht größer als ein besseres Mikroskop und findet problemlos in einer Tasche Platz.