EE-Kolleg · QFD technische Kenngröße . Produkt / Anforderungen 6 • 09.02.2016 • Alois Mahr • Schrauben – Eine einfache Verbindungstechnik? Anforderung an die Dichtigkeit

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EE-Kolleg

Schrauben – Eine einfache Verbindungstechnik?

Alois Mahr

Leiter Process Engineering

Zollner Elektronik AG

Agenda

09.02.2016 • Alois Mahr • Schrauben – Eine einfache Verbindungstechnik? 2 •

Produkt / Anforderungen

Schraubtechnik /-verfahren

Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit



Leistungselektronik

BMW i3 / i8

Kritische Komponenten

Kühlkreisläufe

Elektronische Baugruppen

Schnittstellen

Dichtungen

Gehäuse



Schraubprozess

Leistungs-

elektronik

DMAIC DFSS

Kundenanforderung

Produktanforderung

Teileanforderung

Prozessablauf

Prozessparameter

DOE

QFD

technische

Kenngröße



Anforderung an die

Dichtigkeit Anforderungen an TecSa

Produktion in einem

Sauberraum

(Sauberkeitsstufe 2

nach VDA Band 19.2)

Kritische Partikelgröße

200 µm für leitfähige

und nicht leitfähige

Partikel

Schutzart IP 6K9K nach DIN 40 050 Teil 9:

6K = Staubdicht, vollständiger Schutz gegen Berührung

9K = Schutz gegen Wasser bei Hochdruck- / Dampfstrahlreinigung, spezifisch für Straßenfahrzeuge



Mechanische Bauteile

(Kunststoff und Metall)

Elektronische

Baugruppen

Stromanbindungen

(Kabelschuhe,

Stromschienen)

Über 200 Schraubstellen verschiedener Art



Kategorie A-Verschraubungen nach VDI 2862:

Gefahr für Leib & Leben

Aktive Überwachung des Schraubvorgangs gefordert

Drehmoment-

überwachung

Drehwinkel-

überwachung

Eine

Kontrollgröße

gemessen Mind. eine

Steuergröße

direkt gemessen

Automatisierbarkeit



Aufgrund der Anforderungen ist es umso wichtiger bereits bei der

Produktgestaltung auf die Anordnung, Erreichbarkeit und

Ausprägung der Schraubstellen zu achten

Produktionskosten Qualität (proaktive

Fehlervermeidung

Einfluss auf:



Schraubfall 1: Einbau Modul

Verschrauben einer Aluminiumträgerplatte

Dichtschnur zur Abdichtung des Kühlwasserkreislaufs



Schraubfall 2: Einbau Flachbaugruppe

Verschrauben einer bestückten Leiterplatte



Schraubfall 3: Stromanbindungen

Verschrauben von Stromschienen

Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Schraubtechnik


Reibwertverfahren

Beim Reibwertverfahren wird das Drehmoment zur Überwindung der

Reibung kurz vor Kopfauflage gemessen und zum benötigten

Anziehdrehmoment addiert.

Aktive Überwachung bei Kategorie A Verschraubungen notwendig

Direkte Messung des Drehmoments über Kraftmessdose

Zusätzliche Kontrolle durch Messung des Drehwinkels

Schraubtechnik


Aufteilung des Drehmoments

20-70%

5-10%

30-60% Unterkopfreibung Gewindereibung V

ors

pan

nkra

ft

100%

Drehmoment

Schraubtechnik


Schwell-

moment

Startwinkel Winkelüberwachung

Reibwert-

messung Kopfauflage

Drehzahl-

umschaltung

Schraubtechnik


Schrauber Kat. A mit MWA Schrauber Kat. B

Genauigkeit 5% bei Cmk von 1,67 10% bei Cmk von 1,67

Messung Messwertaufnehmer (MWA)/

Stromaufnahme und

Drehwinkelüberwachung

Stromaufnahme und

Drehwinkelüberwachung

Schnittstelle Profibus, E/As Ethernet, E/As

Schraubprogramme 32 16

Schraubdaten ca. 1200 Werte letzte 7 Tage

Gewicht Schrauber 1,85 kg 0,58kg

Reibwertprogramm Firmenlizenz vorhanden Firmenlizenz vorhanden

Schraubtechnik


Verwendung selbstfurchender Schrauben

Möglichst enge Toleranzen für Schrauben und Bohrungen um die Streuung des Furchmoments zu minimieren

Die Art und Beschaffenheit der Schraube hat wesentlichen Einfluss auf die verschiedenen Reibwerte (z.B. Beschichtung, Länge, Durchmesser)

Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Schraubsystem


Zur Realisierung der genannten

Anforderungen ist ein komplexes

Schraubsystem inklusive

abgestimmter Software notwendig

Schraubsystem


Hubförderer

Verriegelter Schraubenbunker zur Verhinderung von falscher Befüllung

Bewegungsarmer Schwertförderer zur Minimierung des Partikelabriebs

Absaugung der Schrauben zur Realisierung der Technischen Sauberkeit

Bandbunker

Schraubsystem


Einzelschraubsystem

Die im Hubförderer vereinzelte

Schraube wird direkt in das Mundstück

des Schraubers zugeführt.

Wiederholte Absaugung der Schraube

zur Realisierung der Technischen

Sauberkeit

Schraubsystem


Multischraubsystem

Die im Hubförderer

vereinzelte Schraube wird in

ein Picknest gefördert.

Wiederholte Absaugung der

Schraube

Ermöglicht verschiedene

Schrauben an einem

Arbeitsplatz

Schraube wird mit einem

Vakuumbit gehalten

Schraubsystem


Picknest

Multischraubsystem

Zuführung Schrauben

Einzelschraubsystem

Schraubsystem


Bitaufnahme beim

Multischraubsystem

Zur Handhabung mehrerer

Schrauben am gleichen

Arbeitsplatz ist ein Bitwechsel

notwendig.

Die verschiedenen Bits werden

in einer entsprechenden

Aufnahme bereitgestellt

Schraubsystem


Partikelfilter

Filterung / Absaugung

Zur Sicherstellung der

Technischen Sauberkeit wird

die Schraube sowohl am

Hubförderer als auch am

Schrauber bzw. am Picknest

abgesaugt.

Die Filter können mit

minimalem Aufwand kontrolliert

und getauscht werden.

Schraubsystem


Sauberkeit der Schrauben bei der

Anlieferung

Die Schrauben werden in

vakuumierten Beuteln angeliefert um

den Partikelabrieb beim Transport zu

minimieren.

Die Beutel werden erst beim Befüllen

der Schraubenbunker geöffnet.

Schraubsystem


Portalsystem

Zur Positionsbestimmung des

Schraubers ist ein Portalsystem

mit Inkrementalgeber notwendig.

Zuordnung der Schrauberdaten zur

jeweiligen Schraube

Sicherstellen der richtigen

Schraubposition (Freigabe des

Schraubers)

Schraubsystem


Werkerführung

Jeder Arbeitsplatz verfügt über einen Monitor mit Touchfunktion

um den Werker aktiv zu unterstützen

Werkerführung

Anzeige von:

1. Fertigungsversion

2. Arbeitsschritte

3. Arbeitsanweisung

4. Schraubpunkte

(Grafik der Baugruppe)

5. Statusanzeige (Störungen)

Schraubsystem


Schraubsystem

Absicherung:

Schraubreihenfolge

Automatische Wahl des

Schraubprogramms

Optimierte

Schraubreihenfolge zur

Minimierung der

mechanischen Belastung

Schraube 1-8 P2

Förderer F1

Tool T1

Programm Schrauber

Förderer

Lage Tool in Tooolbox

Bezeichnung

Schraube

Schraub-

reihenfolge


Schraubsystem


Absicherung Pick to Light

Zur Vermeidung von Verwechslungen

Beim Picknest MSS

Auswahl der richtigen Schraube

Beim Bitwechsel

Auswahl des richtigen Bits

Schraubsystem


Absicherung: Schraubschablonen

Verhinderung von Beschädigung

oder Vorschädigung der

Baugruppen

Klar erkennbare Schraubpunkte

Positionierhilfe

Absicherung: Vakuumhülse

Halten der Schraube über Vakuum

Geringe Beschädigungsgefahr der Baugruppe, da

sich die Schraube bei stärkerem Kontakt löst

Fehlermeldung bei Verlust der Schraube

(Überwachung des Vakuums)

Schraubsystem


Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Prozessüberwachung


Prozessdatenerfassung

Anbindung ans MES-System

Erfassung für jede Schraube von

Des Drehmoments

Des Drehwinkels

Der Einschraubposition

Der Uhrzeit

Des Schraubergebnises (OK / NOK)

Prozessüberwachung


Systemlandschaft

SHOP-FLOOR

SAP

Sta

mm

date

n / A

uftra

gsdate

n

Pro

du

ktio

nsrü

ckm

eld

un

ge

n

Prozessüberwachung


Erfassung Drehwinkel

Dre

hw

inke

l

Anzahl Verschraubungen

Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Die intelligente Auswertung der gesammelten Daten ist

Grundlage zur gezielten Prozessoptimierung.

Qualitätssicherung


Prozessüberwachung

Aufbereiten der erfassten Daten

Online-monitoring

Untersuchungen zur Prozessfähigkeit

Aufbau von Regelkreisen

Umsetzung der Ergebnisse durch Optimierung der Schrauber und

Schraubprogramme

Datenaufbereitung


Datenaufbereitungssoftware als Grundlage zur Analyse

Extrahieren der einzelnen Daten

Automatische Aufbereitung und Formatierung der Daten

Datenauswertung


Beispiel:

Fehlerhafte

Verschraubungen

Überproportionaler

Anstieg der

Fehleranzahl

gemessen an der

Anzahl der

Verschraubungen

Datenauswertung


Thema Big Data Analysis

Die Verknüpfung und intelligente Auswertung der Daten ist der

entscheidende Faktor, ob eine Prozessdatenüberwachung ein reaktives

Qualitätswerkzeug ist, oder zum unverzichtbaren Inputgeber für

Produkt- und Prozessentwicklung wird.


Verbesserungsaktionen:

Umstellung der Schrauber von Hebel- auf Schubstart (Reduzierung der

Timeoutfehler)

Weitere Optimierung der Schraubprogramme

Verbesserungen aus dem Projekt:

Schaffung Konvertierungstool

Automatische Programmauswahl (aktuell keine Fehler mehr, die

durch die Auswahl eines falschen Schraubprogramms verursacht

werden.

Klassifizierung der Hauptfehlerarten

Überwachung in Echtzeit

Schraubdaten - Verbesserungen

Agenda




Schraubsystem

Prozessüberwachung

Qualitätssicherung

Fazit

Fazit


Simultaneous Engineering !

Produkt- und Prozessentwicklung “Hand in Hand” sichern eine optimale und nachhaltige Serienproduktion !

Prozess-entwicklung

Anforderungs-

management

Produkt-

entwicklung

SOLUTIONS FOR YOUR IDEAS

Alois Mahr

Leiter Elektronik Pocess Engineering / EE Tel.: +49 9944 201-588

Director Process Engineering Electronics Fax: +49 9944 201-9343

[email protected]

Vielen Dank für Ihr Interesse an der Zollner Unternehmensgruppe.

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