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Automatisches Schraubenanziehen aus mehreren Winkeln für Armaturenbretter in Kraftfahrzeugen

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Mehrwinkel-Verschraubung, Armaturenbrett im Automobilbau, Schraubendreher mit Sensortechnik, Verschraubung mit Roboterarm, Drehmoment- und Winkelüberwachung, Rückverfolgbarkeit von MES-Daten, intelligente Schraubwerkzeuge, Verkürzung der Zykluszeit

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Da sich die Automobilfertigung in Richtung einer intelligenteren, flexibleren und qualitativ hochwertigeren Produktion entwickelt, wird die Innenausstattung neu konzipiert. Das Armaturenbrett ist eine der Komponenten im Cockpit, an der die meisten Befestigungen vorgenommen werden. DANIKOR meistert die Herausforderung des Schraubens aus verschiedenen Winkeln mit einem abgestimmten System, das einen mehrachsigen Roboterarm mit intelligenten, sensorgesteuerten Schraubwerkzeugen kombiniert und durch die Integration von SPS und MES den Kreis schließt, um eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der Daten zu gewährleisten.

1. Branchenhintergrund: Die Montage von Fahrzeuginnenausstattungen entwickelt sich in Richtung Automatisierung und Intelligenz
Da die Automobilindustrie auf Intelligenz, Flexibilität und hohe Qualität zusteuert, entwickeln sich die Montageprozesse für Innenraumteile ständig weiter. Das Armaturenbrett – eine zentrale Baugruppe im Cockpit – weist eine komplexe innere Struktur auf, die Instrumentenmodule, Displays, Halterungen und zahlreiche Funktionskomponenten umfasst und eine große Anzahl von Schraubverbindungen erfordert.

Bei der herkömmlichen Montage von Armaturenbrettern sind in der Regel Mitarbeiter im Einsatz, die handgeführte Elektroschrauber verwenden. Da das Armaturenbrett komplex aufgebaut ist und die Schrauben an unterschiedlichen Positionen verteilt sind, müssen einige Schrauben von der Seite, schräg oder aus unterschiedlichen Höhen eingeschraubt werden, was die Mitarbeiter dazu zwingt, den Winkel des Werkzeugs und ihre Körperhaltung ständig anzupassen. Dieser manuelle Ansatz hängt stark von den Fähigkeiten und Gewohnheiten der Mitarbeiter ab, was zu schwankender Produktivität, uneinheitlicher Anzugsqualität und einer unvollständigen Rückverfolgbarkeit der Montagendaten führt.

Da die Automobilindustrie immer höhere Anforderungen an die Produktkonsistenz und das Qualitätsmanagement über den gesamten Prozess hinweg stellt, reicht es nicht mehr aus, sich allein auf das menschliche Urteilsvermögen zu verlassen, um zu entscheiden, ob eine Schraube festgezogen ist – dies entspricht nicht mehr den hohen Standards der automatisierten Produktion. Die Frage, wie eine automatische Mehrwinkel-Schraubverbindung von Armaturenbrettern erreicht werden kann – bei gleichzeitiger Gewährleistung der Qualität jeder einzelnen Schraube und der Verknüpfung der Anzugsdaten mit dem Produktionsmanagementsystem –, ist zu einer zentralen Herausforderung für die automatisierte Armaturenbrettmontage geworden.

Für diese Anwendung setzt DANIKOR auf einen koordinierten Ansatz aus einem mehrachsigen Roboterarm und intelligenten Elektroschraubern. Durch automatisierte Bewegungssteuerung und hochpräzise intelligente Anziehtechnologie ermöglicht das System das automatische Anziehen von Schrauben in verschiedenen Winkeln und kombiniert SPS und MES, um Prozessüberwachung, Ergebnisüberprüfung und Datenrückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

2. Welche Probleme verursacht das manuelle Anziehen von Schrauben an Armaturenbrettern?
2.1 Das Befestigen von Schrauben unter verschiedenen Winkeln ist bei manueller Arbeit komplex
Das Armaturenbrett ist im Inneren kompakt aufgebaut, und die Befestigungspositionen sowie die Ausrichtung der Schrauben der verschiedenen Komponenten variieren. Einige Schrauben befinden sich in engen Zwischenräumen, seitlich oder schräg, sodass die Bediener den Winkel des Schraubers – und sogar ihre Körperhaltung – wiederholt anpassen müssen, um die Verbindung herzustellen. Bei einer hohen Schraubenanzahl und komplexen Positionen steigt der manuelle Aufwand, und es wird schwierig, stabile Zykluszeiten aufrechtzuerhalten.

2.2 Begrenzte manuelle Effizienz, instabile Zykluszeiten
Beim herkömmlichen manuellen Anziehen müssen die Bediener in der Regel jede Schraube einzeln lokalisieren, die Werkzeughaltung anpassen und die Verbindung nacheinander herstellen. Unterschiede in Geschwindigkeit, Geschicklichkeit und Leistungsfähigkeit zwischen den Bedienern führen zu uneinheitlichen Montagezeiten pro Einheit. Bei der Massenproduktion von Armaturenbrettern kann das manuelle Anziehen sogar zu einem Engpass für die Zykluszeit der gesamten Fertigungslinie werden.

2.3 Die Anziehequalität hängt von der Erfahrung des Bedieners ab
Im Inneren des Armaturenbretts gibt es zahlreiche Schraubenspezifikationen, und unterschiedliche Verbindungen erfordern unterschiedliche Anzugsdrehmomente. Das Verlassen auf menschliches Urteilsvermögen kann zu zu geringem oder zu hohem Drehmoment, übersehenen Schrauben oder wiederholtem Anziehen führen. Insbesondere bei Verbindungen mit Kunststoffgehäusen, Einsätzen und präzisen elektronischen Bauteilen kann eine mangelhafte Parametersteuerung das Gewinde beschädigen, das Gehäuse verformen oder Teile beschädigen.

2.4 Fehlende lückenlose Prozessdatenaufzeichnungen, schwierige Rückverfolgbarkeit
Beim manuellen Anziehen steht in der Regel die Erledigung der Aufgabe im Vordergrund, und der tatsächliche Anziehvorgang jeder einzelnen Schraube wird selten automatisch aufgezeichnet. Tritt eine Montageabweichung auf, sind die Verantwortlichen möglicherweise nicht in der Lage, schnell zu ermitteln, welche Schraube versagt hat, oder die Ursache anhand historischer Daten zu analysieren. Für Automobilhersteller erschweren unvollständige Anziehaufzeichnungen die Qualitätsanalyse, die Fehlerbehebung und die Rückverfolgbarkeit in der Produktion.

3. DANIKORs automatische Mehrwinkel-Anziehlösung für Armaturenbretter
Angesichts der komplexen Struktur des Armaturenbretts, der unterschiedlichen Schraubenwinkel und der hohen Anforderungen an die Anziehqualität setzt DANIKOR auf ein automatisiertes Anziehverfahren, bei dem ein mehrachsiger Roboterarm einen intelligenten Elektroschrauber trägt. Durch die Kombination von robotergestützter Bewegungssteuerung mit intelligenten Anzugswerkzeugen wird das automatische Anziehen von Schrauben an unterschiedlichen räumlichen Positionen und Winkeln erreicht, wobei der Anzugsprozess jeder einzelnen Schraube in Echtzeit überwacht wird.

3.1 Mehrachsiger Roboterarm mit sensorausgestattetem Schraubendreher für das automatische Anziehen aus verschiedenen Winkeln
Für die unterschiedlichen Schraubenpositionen auf dem Armaturenbrett steuert ein mehrachsiger Roboterarm den intelligenten Schraubendreher an, um das automatische Anziehen an verschiedenen Positionen und Winkeln gemäß einem voreingestellten Programm durchzuführen. Der Arm bewegt den Schraubendreher entlang einer definierten Bahn zur vorgegebenen Schraubenposition und passt die Werkzeugausrichtung an die tatsächliche Anordnung der Station an – ob vertikales Anziehen oder seitliche/schräge Verbindungen, all dies ist durch sinnvolle Armbahnen und Werkzeugkonfiguration realisierbar.

Im Vergleich zur manuellen Nachjustierung des Schraubendreherwinkels reduziert das automatische Anziehen per Roboter den menschlichen Eingriff und verbessert sowohl die Effizienz als auch die Konsistenz bei der Wiederholpositionierung an komplexen Montagestationen.

Technische Vorteile:

Die mehrachsige Bewegungssteuerung passt sich an Schrauben in verschiedenen Richtungen und Winkeln an.

An die Struktur des Armaturenbretts angepasste Anziehbahnen.

Reduziert die manuelle Anpassung der Werkzeugposition.

Unterstützt die kontinuierliche automatische Verschraubung über mehrere Schraubenpositionen hinweg.

Verbessert die Taktzeit der Station und die automatisierte Produktionskapazität.

3.2 Hochpräziser, mit Sensoren ausgestatteter Schraubendreher sichert die Qualität jeder Schraube
Der Roboterarm bestimmt die Schraubenposition und den Anzugswinkel; der eigentliche entscheidende Faktor für die Qualität des Fügeprozesses ist jedoch das Anzugswerkzeug selbst. Der sensorbasierte (transducerized (Tightening) Tools) Elektroschrauber von DANIKOR nutzt einen Drehmomentaufnehmer zur Prozessüberwachung und ermöglicht es Ihnen, entsprechende Anzugsparameter pro Schraube und Fügeprozess festzulegen.

Im Gegensatz zu Regelungsverfahren, die das Drehmoment lediglich anhand des Motorstroms schätzen, überwacht der mit einem Drehmomentaufnehmer ausgestattete Schraubendreher direkt die Drehmomentschwankungen während des Anziehvorgangs und liefert so eine direktere Messgrundlage für die Qualitätsbeurteilung. In Kombination mit einer mehrstufigen Drehzahlregelung und der Drehmoment-/Winkelüberwachung können Sie jeder Verbindung ein eigenes Anziehprogramm zuweisen, sodass Schrauben unterschiedlicher Spezifikationen gemäß ihren jeweiligen Prozessanforderungen angezogen werden. Für die Kunststoffgehäuse der Schalttafeln, Metallhalterungen und präzisen elektronischen Bauteile kann je nach tatsächlichen Arbeitsbedingungen eine differenzierte Parameterkonfiguration vorgenommen werden.

Technische Vorteile:

Drehmomentüberwachung in Echtzeit über einen Drehmomentaufnehmer.

Mehrparameterüberwachung von Drehmoment, Drehwinkel und weiteren Größen.

Mehrstufige Drehzahlregelung passt sich an unterschiedliche Verschraubungsprozesse an.

Programmgesteuerte Parameterverwaltung pro Schraubenposition.

Verbessert die Konsistenz und Kontrollierbarkeit des Verschraubungsprozesses.

3.3 Echtzeitüberwachung von Drehmoment, Drehwinkel und Zeit für eine umfassende Qualitätsbeurteilung des gesamten Prozesses
Das automatische Anziehen von Armaturenbrettern muss nicht nur die Verbindung herstellen, sondern auch beurteilen, ob jede Schraube den festgelegten Prozessanforderungen entspricht. Der intelligente Schraubendreher von DANIKOR erfasst während des Anziehvorgangs in Echtzeit relevante Prozessdaten, darunter:

Drehmoment: Überwacht Drehmomentschwankungen während des Anziehvorgangs und beurteilt, ob die festgelegte Anforderung erreicht wird.

Winkel: Zeichnet den Anziehwinkel auf, um das Einlaufen der Schraube und den Verschraubungsprozess zu analysieren.

Zeit: Zeichnet die Dauer des Anziehvorgangs auf, um Prozessabweichungen zu erkennen.

Anziehergebnis: Überprüft automatisch jedes Anziehergebnis anhand voreingestellter Prozessparameter.

Treten Bedingungen wie ein Drehmomentüberschreiten der Grenzwerte, Winkelabweichungen oder andere nicht erfüllte festgelegte Bedingungen auf, kann das System entsprechend seiner Steuerungslogik ein entsprechendes Signal für ein abnormales Ergebnis ausgeben, wodurch die Anlage in die Lage versetzt wird, dies zu erkennen und umgehend Folgemaßnahmen durchzuführen. Die Überwachung mehrerer Parameter verringert die Einschränkungen einer Beurteilung der Verbindungsqualität allein anhand des Enddrehmoments und macht den Anziehprozess transparenter und besser kontrollierbar.

3.4 SPS- und MES-Integration für die Rückverfolgbarkeit der Daten pro Schraube
In der intelligenten Automobilfertigung müssen Anlagen nicht nur automatisieren, sondern auch Daten mit dem Produktionsmanagementsystem austauschen. Das intelligente Anzugsystem von DANIKOR kann je nach den Anforderungen vor Ort beim Kunden mit SPS und MES (Manufacturing Execution System) interagieren und verbindet so die Anzugsanlagen mit der Liniensteuerung und dem Produktionsmanagementsystem.

Durch diesen Datenaustauschmechanismus können Hersteller die Anziehdaten jeder einzelnen Schraube abrufen, Qualitätsinformationen über den gesamten Montageprozess hinweg nachverfolgen und Datenunterstützung für Anomalieanalysen, Qualitätsaudits und das Produktionsmanagement bereitstellen. Dies gewährleistet echte Datenrückverfolgbarkeit für jedes Befestigungselement.

4. Der Mehrwert, den das intelligente Anzugssystem von DANIKOR für die Automobilfertigung bietet
Im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Handschraubwerkzeugen verbessert das Automatisierungskonzept aus Roboterarm und intelligentem Schraubwerkzeug den Montageprozess von Armaturenbrettern in Bezug auf Produktivität, Verbindungsqualität und Datenmanagement:

Höhere Produktionseffizienz – der Arm führt automatisch die Befestigung an mehreren Positionen und unter verschiedenen Winkeln entlang einer voreingestellten Bahn durch, wodurch sich der Zeitaufwand für das Auffinden von Schrauben und das Nachjustieren der Werkzeugwinkel verringert und die Taktzeit der Station erhöht wird.

Gleichbleibendere Anzugsqualität – der mit Sensoren ausgestattete Schraubendreher überwacht Drehmoment, Winkel und andere Parameter in Echtzeit, wodurch die Auswirkungen bedienerbedingter Abweichungen auf die Ergebnisse verringert und die Prozessstabilität verbessert werden.

Geringeres Risiko von Montagefehlern – programmgesteuerte Parameter, Prozessüberwachung und OK/NG-Prüfung helfen dabei, fehlende Schrauben, Drehmomentabweichungen und andere Prozessabweichungen zu erkennen, wodurch das Risiko verringert wird, dass fehlerhafte Teile in nachgelagerte Prozesse gelangen.

Vollständige Rückverfolgbarkeit der Qualität über den gesamten Prozess – Die Anzugsdaten werden mit den Produktinformationen verknüpft und in das MES hochgeladen, was die Abfrage von Aufzeichnungen pro Schraube ermöglicht und die Transparenz in der Produktion verbessert.

Höherer Automatisierungsgrad der Fertigungslinie – Das koordinierte Zusammenspiel von Roboterarm, intelligenten Schraubwerkzeugen und SPS/MES treibt den Wandel der Armaturenbrettmontage vom manuellen Betrieb hin zur automatisierten, digitalen Produktion voran.

5. Fazit: Ein Standard für jede Schraube, ein Datensatz für jeden Anziehvorgang
Obwohl das Armaturenbrett zu einer Innenausstattungsstation gehört, umfasst sein Innenraum viele Präzisionskomponenten und Schraubverbindungen, die hohe Anforderungen an Montageeffizienz, Verbindungsqualität und Rückverfolgbarkeit des Produktionsprozesses stellen. Beim herkömmlichen manuellen Anziehen ist es schwierig, Effizienz bei verschiedenen Winkeln, gleichbleibende Qualität und Datenmanagement gleichzeitig in Einklang zu bringen.

Durch das koordinierte Zusammenspiel eines mehrachsigen Roboterarms und mit Sensoren ausgestatteter Schraubendreher realisiert DANIKOR die automatische Befestigung von Schrauben am Armaturenbrett an verschiedenen Positionen und Winkeln; durch die Überwachung mehrerer Parameter wie Drehmoment, Winkel und Zeit wird eine Beurteilung der Prozessqualität ermöglicht; und durch die Integration von SPS und MES werden die Anzugsdaten jeder Schraube aufgezeichnet und rückverfolgt.

Von der automatisierten Ausführung bis zur Qualitätskontrolle des gesamten Prozesses ist DANIKOR bestrebt, Automobil-OEMs und Teileherstellern präzisere, effizientere und rückverfolgbare intelligente Schraublösungen anzubieten.

Wenn Ihre Montagestationen für Armaturenbretter, Innenverkleidungen oder andere Präzisionskomponenten vor Herausforderungen wie der Verschraubung unter verschiedenen Winkeln, geringer manueller Effizienz, instabiler Anzugsqualität oder schwieriger Rückverfolgbarkeit der Daten stehen, wenden Sie sich an DANIKOR, um eine maßgeschneiderte Automatisierungslösung für das intelligente Anziehen zu erhalten.