Schraubenvereinzelung in der Fertigungsautomation
Was ist Schraubenvereinzelung?
Die Schraubenvereinzelung ist einer von vielen essenziellen Prozessen in der industriellen Fertigung. Ziel ist es, Schrauben oder auch andere Verbindungselemente einzeln und geordnet bereitzustellen. Die Schrauben werden dafür aus einem Vorratsbehälter in eine spezielle Vereinzelungseinheit transportiert, die dafür sorgt, dass die Schrauben vereinzelt – also einzeln und in der korrekten Lage – dem weiteren Produktionsprozess zugeführt werden. Dieser Schritt ist enorm wichtig, um den reibungslosen Ablauf von Montageprozessen zu gewährleisten und die Effizienz in der Fertigung zu steigern.
Bedeutung der Schraubenvereinzelung für die Industrie
In modernen Produktionslinien ist die Schraubenvereinzelung ein unverzichtbares Element, insbesondere im Maschinenbau, der Elektronik- und Automobilindustrie. Das Zuführen der Schrauben zum Schraubprozess in richtiger Ausrichtung und Menge erhöht die Produktivität und die Qualität der Endprodukte wird gesichert. Ohne eine zuverlässige Schraubenzuführung können Schrauben falsch positioniert, verkantet oder sogar beschädigt werden, was je nach Automatisierungsgrad zu teuren Produktionsausfällen und Nacharbeiten führen kann. Auch Materialverschwendung und das Risiko von Fehlern in automatisierten Prozessen werden also durch die Schraubenvereinzelung minimiert. Vor allem in Prozessen, die Technische Sauberkeit fordern, spielt das Vereinzelungssystem eine wichtige Rolle.
Verschiedene Verfahren der Schraubenvereinzelung
Es gibt verschiedene Verfahren der Schraubenvereinzelung, die je nach Anwendungsfall und den spezifischen Anforderungen der Produktionslinie eingesetzt werden können. Zu den gängigsten Verfahren zählen:
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Vibrationswendelförderer: Schrauben werden durch Vibrationen in einem spiralförmigen Fördertopf nach oben „gerüttelt“. Durch diese Bewegung werden die Schrauben automatisch ausgerichtet und danach vereinzelt. Der Vibrationswendelförderer ist weit verbreitet, weil er sich für alle Schraubengrößen und eine hohe Ausbringmenge eignet.
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Hubschienenförderer: Beim Hubschienenförderer werden Schrauben durch eine Art Schwert von einer unteren Position in eine obere gehoben und über die Schwerkraft der Vereinzelung lagerichtig zugeführt. Er wird daher auch Schwertförderer genannt. Hubschienenförderer sind sehr leise und bauteilschonend und eignen sich daher besonders für leise Umgebungsbedingungen und Technische Sauberkeit.
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Stufenförderer: Beim Stufenförderer befinden sich die Schrauben zunächst auf Förderstufen und werden durch eine vertikale Bewegung zur nächsten Stufe weitertransportiert und anschließend vereinzelt. Besonders für Schrauben mit größeren Abmessungen bzw. langer Schaftlänge, die in anderen Systemen schwer zu handhaben sind, ist dieses Verfahren gut geeignet. Auch der Stufenförderer ist sehr geräuscharm und ideal für Technische Sauberkeit.
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Schraubengeber / Schraubenspender: Schraubengeber oder Schraubenspender sind einfache, automatisierte Systeme, die Schrauben aus einem Vorratsbehälter vereinzelnd bereitstellen, so dass diese manuell oder maschinell zugeführt werden können. Diese Systeme stellen oft den Einstieg in die automatisierte Zuführung dar und sind besonders für kleinere Produktionsumgebungen und weniger komplexe Schraubvorgänge geeignet.
Zuführung über Schlauch und Pick-and-Place Systeme
Bevor Schrauben nun in den abschließenden Schraubprozess gelangen, müssen diese noch dem System zugeführt werden. Meistens erfolgt die Zuführung durch einen Zuführschlauch: mittels Druckluft werden die Schrauben durch einen Schlauch zur Schraubposition geschossen. Großer Vorteil ist die kurze Taktzeit, da die Schraube dem Schrauber direkt zugeführt wird. Eine weitere Verkürzung der Taktzeit ist durch ein klappbares Mundstück möglich. Das Verbindungselement kann dann parallel zum Verschraubvorgang zugeführt werden. Bei kritischen Teilegeometrien stößt die Zuführung über Schlauch jedoch an ihre Grenzen. Ist der Schaft der Schraube zu kurz und der Kopfdurchmesser zu groß, kann eine lagerichtige und prozesssichere Zuführung der Verbindungselemente nicht gewährleistet werden. Über den Zuführschlauch können außerdem Partikel vom Zuführgerät in das Schraubsystem und weiter auf das Bauteil transportiert werden. Im Sinne der technischen Sauberkeit ein Nachteil. Die Lösung ist das Trennen des Zuführschlauchs durch eine Schmutzweiche (Particle Killer), um den Anforderungen der technischen Sauberkeit trotz Zuführung über Schlauch gerecht zu werden.
Ein Lösungsansatz – wenn ein Verbindungselement sich aufgrund der unvorteilhaften Teilegeometrie nicht über Schlauch zuschießen lässt – ist das Pick-and-Place Verfahren. Statt eines Zuführschlauchs wird das Verbindungselement in einem Picknest am Zuführgerät bereitgestellt. Zur Entnahme kommen Greifer, Magnete oder eine Vakuumansaugung zum Einsatz. Auch hinsichtlich der technischen Sauberkeit ist das Pick-and-Place Verfahren gut geeignet, da es das Risiko des Transports von Partikeln auf das Bauteil minimiert.
Vor- und Nachteile: die einzelnen Methoden im Vergleich
Vibrationswendelförderer
- hohe Ausbringmenge
- geeignet für eine Vielzahl von Schraubentypen
- robust und zuverlässig
- Vibrationen können zu Abnutzung führen
- nicht für Technische Sauberkeit geeignet
Hubschienenförderer
- präzise Positionierung
- geeignet für vertikale Zuführung
- hohe Zuverlässigkeit bei gleichmäßigen Schraubenformen
- geräuscharm
- bauteilschonend
- nicht geeignet für längere und Senkkopfschrauben
Stufenförderer
- geeignet für sehr lange Schrauben
- Technische Sauberkeit
- hohe Ausbringmenge
- geräuscharm
- geringe Flexibilität
- ggf. aufwendigere Integration in bestehende Prozesse
Schraubengeber / Schraubenspender
- kostengünstig
- einfache Installation und Bedienung
- ideal für kleine bis mittlere Produktionsvolumina
- geringer Automatisierungsgrad
- begrenzte Anpassungsmöglichkeiten
- weniger geeignet für hochvolumige Produktionslinien
Durch Kombination und Anpassung der einzelnen Verfahren können Produktionslinien optimal auf die spezifischen Anforderungen der Schraubenvereinzelung abgestimmt werden. Effizienz- und Qualitätssteigerung der Endprodukte sind das Resultat. Die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt immer stark vom spezifischen Anwendungsfall ab, wie etwa der Größe, Form und Menge der Schrauben sowie der gewünschten Ausbringmenge.
Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen
Insbesondere die Verkleinerung von Bauteilen und die steigenden Anforderungen an die Flexibilität von Produktionslinien stellen die Schraubenvereinzelung vor mehrere Herausforderungen. Schließlich ist jedes Zuführgerät für eine spezifische Schraube gebaut. Zudem erfordert die Integration von Industrie 5.0-Lösungen – wie intelligente Sensorik und vernetzte Systeme – eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Zuführgeräte.
Die Entwicklungen könnten künftig in Richtung adaptiver Systeme gehen. Diese stellen sich automatisch auf die unterschiedlichen Schraubentypen ein und bieten dadurch noch mehr Flexibilität. Auch umweltfreundliche Ansätze mit energieeffizienten Antrieben und ressourcenschonenden Materialien, könnten in den Fokus rücken, um den ökologischen Fußabdruck der Produktion zu minimieren.
Durch die Fortschritte in der Sensorik und Datenverarbeitung könnte die Schraubenvereinzelung in der Zukunft noch intelligenter und flexibler werden, was zu einer weiteren Optimierung von Produktionsprozessen führen wird. Fakt ist: eine effektive Zuführung und Vereinzelung von Schrauben ist unabdingbar für die Automatisierung von industriellen Montageprozessen und bildet somit die Grundlage für eine effiziente Schraubmontage.
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