
SMART PUMP
Bewerbung zum Deutschen Innovationspreis 2006 der Initiative Mittelstand ( Kategorie: Maschinenbau) Thema: elektrische Hydraulikpumpe SMART - PUMP zum Anziehen und Lösen von Schraubverbindungen ab M20 mit hydraulischen Drehmomentschraubern von 115 Nm bis 115.000 Nm System-Möglichkeit für die SMART-PUMP: handelsübliche kalibrierte hydraulische Drehmomentschrauber ! Schraubverbindungen ab M20 werden in der gesamten Industrie meist unter Verwendung von handelsüblichen hydraulischen Drehmomentschraubers bis zu einem definierten Enddrehmoment in ein oder mehreren Durchläufen angezogen. Hierfür kommt eine elektrische Pumpe und mindestens ein Hydraulikschrauber zum Einsatz. Der Anwender erhält bei diesem System eine Druck-Drehmomenttabelle. Der Hydraulikdruck ist an der Pumpe bis 700 bar stufenlos einstellbar und proportional zum erzeugten Drehmoment! Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - hydr. Drehmomentschrauber sind mobile baustellentaugliche Systeme - Übertragung hoher Drehmomente von 150Nm bis 115.000Nm mit einer Drehmomentgenauigkeit von +/-3% - Leichte kompakte und kalibrierbare Werkzeuge - Leicht messbare und somit sichere und genaue Drehmomenteinstellung - Einsetzbar auf engstem Raum - Anwendbar bei praktisch allen Schraubfällen - mehrere Schrauben können zeitgleich verschraubt werden - optimale Drehmomentübertragung auf die Schraubverbindung durch exakte Druckeinstellung und genaue Druckübertragung sowie durch eine Torsionssperrklinke, welche pro Hub immer einen effektiven Winkel von 24° zulässt, egal wie hoch die Torsion auch sein mag. Mit hydraulischen Drehmomentschraubern konnte man Schraubverbindungen bislang nur drehmomentgenau verschrauben. Andere sehr viel genauere Montageverfahren wie ein kontrolliertes drehmoment-drehwinkel-gesteuertes oder streckgrenzgesteuertes Anziehen mit Dokumentationsoption war bislang nicht möglich. Begründung: Es gab bislang keine geeignete Antriebs- Steuer- und Kontrolleinheit, (= Hydraulikpumpe) welche aufgrund ihres geringen Gewichtes und der kleinen Abmaße weltweit problemlos transportiert und somit mobil aber auch baustellentauglich ohne Laptop eingesetzt werden konnte. Diese multifunktionale Hydraulikpumpe haben wir jetzt entwickelt und zum Patent eingereicht. Mit dieser Hydraulikpumpe = Smart Pump - bewerben wir uns um den Innovationspreis Mittelstand 2006 Die Innovation: SMART –PUMP die elektrische Hydraulikpumpe Verschraubung, Dokumentation und Steuerung o h n e handelsüblichem LAPTOP bzw. Rechner an der Baustelle vor Ort Dank einer tragbaren, kompakten, intelligenten, baustellentaugliche und multifunktionalen Hydraulikpumpe. „SMART-PUMP“. Diese beherrscht in Kombination mit hydraulischen Drehmomentschraubern (von 115 Nm bis 115.000 Nm) gegenüber bisherigen Hydraulikpumpen verschiedene Montage-Schraubverfahren sicher und zuverlässig. Das System beinhaltet viele Funktionen die bislang auf den Markt nicht erhältlich waren Elektronische Eigenschaften der SMART-PUMP -Integration folgender Schraubverfahren: a)Automatisches Drehmoment gesteuertes Anziehen ( DGA ) Mit integrierter Schraubenfest-kennung, d.h. ein mögliches Kriechen in der Verschraubung kann wirksam berücksichtigt werden. Das bedeutet: Nahezu alle sofort wirkenden Setzerscheinungen werden während des Verschraubungsprozesses ausgeglichen b) Automatisches Drehmoment-Drehwinkel gesteuertes Anziehen (DDW) Das bedeutet: Vorspannkraft genaues Verschrauben (lt. VDI-2230:+ 10%) auf Knopfdruck. Dadurch nahezu wartungsfreie Schraubverbindun-gen, welche von vornherein nicht überdimensioniert ausgelegt werden müssen. c) Automatisches Streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Das bedeutet: Vorspannkraft genaues Verschrauben ( lt. VDI-2230 + 10%) auf Knopfdruck auch von kleinen Schraubverbin-dungen. Dadurch nahezu wartungsfreie Schraubverbindungen, welche von vornherein nicht überdimensioniert ausgelegt werden müssen. Evtl. auftretende anwendungsspezifische Winkelfehler sind bei diesem System ausgeschlossen. e) „klassisches“ Drehmoment gesteuertes Anziehen ohne Dokumentation Das bedeutet: Sie können auch mal schnell ohne Elektronik-Support Schraubverbindungen mit Drehmomenttabelle anziehen oder lösen. f) simultanes und gleichzeitiges und deutlich schnelleres Verschrauben mit bis zu vier Werkzeugen für gleichmäßiges, planparalleles und kontrolliertes Verspannen der einzelnen Bolzen – mit Dokumentationsoption. Dadurch gleichmäßi- ges Setzen von Flanschverbindungen und ggfs. von Dichtungen. Das bedeutet: Leckagefreie Flanschverbindungen. Bei Einsatz der Sechskantbeilegscheibe „DISC“ ( www.devo-tec.de) geschieht das Verschrauben seitenlastfrei ohne Biegebelastung und ohne Mitdrehen der Bolzen bei einer kalibrierten Vorspannkraftgenauigkeit von + 10% ohne zusätzlichem Personalaufwand. Das bedeutet: Ihre hydraulischen Drehmoment-schrauber können multifunktional verwendet werden. Egal für welches zusätzliche Montage- verfahren Sie sich irgend wann einmal entschei-den – Man ist bereits jetzt für die Zukunft gut gerüstet und spart sich schon heute teuere Neu-Investitionen. -Nach Selektion des Schraubers direkte Anzeige des Drehmomentes über ein Display Das bedeutet: Druck-Drehmomenttabellen sind nicht mehr erforderlich. - Parametrisierbar mittels PC. Alle Schraubprogramme sind einlesbar über die Multi Media Card der Smart-Pump. Das bedeutet: Nur eine von Ihnen autorisierte Person gibt die Parameter des jeweiligen Montageverfahrens ein und speichert diese auf die Multi-Media-Card (MMC) ab. Der Werker vor Ort steckt die MMC in die Smart-Pump, klickt dann nur noch das Montage-verfahren an und drückt auf den Automatikknopf der Fernbedienung – fertig ! Alles weitere geschieht voll automatisch. - Steuerung, Messung und Dokumentation vollkommen PC frei !!! Das bedeutet: Kein Laptop bzw. Rechner, der Ihnen auf der Baustelle oder in der Produktion im Weg ist und beschädigt werden kann! -Speicherung der Messdaten auf ein wiederauslesbares Speichermedium ( Multi Media Card ) Das bedeutet: Egal welches Montageverfahren zum Einsatz kommt, jeder einzelne Verschraubungsvorgang wird zeitgleich gerichtsfest dokumentiert! - Möglichkeit des Wiederaufsetzens bei Stromausfall oder Arbeitsunterbrechungen Das bedeutet: Kein lästiges und zeitraubendes wieder Lösen der Schraubverbindung bei Spannungsunterbrechungen erforderlich. - Fehlerhafte Schrauben können sofort oder später wiederholt werden. Das bedeutet: Die Prozesssicherheit in der Schraubmontage ist voll gewährleistet. -Automatische Fehlererkennung bei Bedienfehlern Das bedeutet: Eine Null-Fehler-Montage ist stets gewährleistet. -Display mit Beleuchtung Das bedeutet: Auch bei Dunkelheit kann problemlos gearbeitet werden -Baustellentaugliches System mit hoher Betriebssicherheit Das bedeutet: Die Smart-Pump funktioniert auch unter rauen Bedingungen - Integrierte Arbeitsanweisung über applikationsspezifische Programmierung eines Schraubschemas.Das bedeutet: Mögliche Anzugsfehler werden verhindert. Alle Schraubverbindungen werden korrekt angezogen (Null-Fehler-Montage). -Zahlreiche Systemtestmöglichkeiten in der Pumpe enthalten, wie: Drehwinkelsensortest Interner Leckage Test Tastenprüfroutine Drucksensorüberprüfung und Abgleich Pumpeneigenschaften der SMART-PUMP a) Leistungsfähiger auf die Pumpe abgestimmter Motor b) Leistungsfähiges und modifizierbares Kühlsystem c) Guter Anlauf auch bei niedrigen Temperaturen d) Pumpenblock ist Gewichts- und kühloptimiert e) Robuster und flexibler Aufbau der Pumpeneinheit mit diversen Variationsmöglich-keiten Das bedeutet: Die Smart-Pump gewährleistet auch unter harten Einsatzbedingungen eine sehr gute Betriebssicherheit -Pumpe und Elektronik auf hohen Integrationsgrad Das bedeutet: Gesamtgewicht der Smart-Pump inkl. Öl beträgt 30 kg -a) angenehme Platzverhältnisse für die Hände bei den Hydraulikanschlüssen b) größeres und leicht einstellbares Druckeinstellventil c) gut zugängliche Ölbefüllung und gute Ablesbarkeit des Ölstandes d) diverse Trage- und Transportmöglichkeiten bei hohem Tragekomfort (Schultergurt möglich) e) ansteckbare kleine jedoch vandalensichere Fernbedienung mit stationärem Stauraum f) Platzschonender und komfortabeler Kabelstauraum Das bedeutet: Gutes Handling, hervorragende Bedienbarkeit bei einem sehr ansprechenden Erscheinungsbild bei einem gleichzeitig sehr robusten Aufbau. Eigenschaften der Innovation -Aufgrund des großen genannten Funktionsumfangs ist das Produkt weltweit einzigartig. -Robust und baustellentauglich. -Gängige Hydrauliköle können verwendet werden. -Erhalt großer materieller Werte durch wartungsreduzierte Schraubverbindungen. -Deutliche Wartungsreduzierung durch optimal ausgenutzte Schraubverbindungen. -Durch 100% Dokumentation der Prozesse sind versicherungstechnische Ansprüche und Qualitätssicherung besser durchzusetzen. -Analysemöglichkeit von fehlerhaften Anzugsprozessen im Schadensfall, da auswertbare Dokumentationsdaten vorliegen. -Alle genannten Schraubverfahren können aufgrund der realisierbar hohen Drehmomente auch für Schrauben größer M16 durchgeführt werden. -Unfallverhütungsvorschriften können aufgrund der Arbeits- und Anlagensicherheit dieses Systems problemlos eingehalten werden. -Einfache Bedienbarkeit. -Kompakte Bauweise. -Sicherstellung und deutlich längerer Erhalt der Funktion von Geräten. Dadurch auch enormes Einsparpotential sowie Aufrechterhaltung der Kernkompetenz Wachstumspotential und Nebeneffekte: Die Bedeutung der Schraubverbindung in Ihrer Funktion rückt immer mehr ins Bewusstsein der Anwender. Die möglichen Potentiale aufgrund neuer mobiler, sehr präziser, baustellentauglicher und vor allem verfügbarer Montageschraubverfahren für hochfeste Schraubverfahren ab M16 sind definitiv in der Industrie noch nicht voll genutzt worden. Obwohl die Nebeneffekte bei richtig angezogenen Schraubverbin-dungen klar auf der Hand liegen. Die Vorteile für zukünftige Anwendungen liegen in: o Kostenreduktion o Platz und Gewichtsreduzierung o Bessere Berechnung und Gestaltung von Schraubverbindungen o Höherer Nutzungsgrad o Höhere Sicherheit o Praktikabilität o Verbesserung und Erhalt der Kernkompetenz Grundlage: Die Funktion von Schraubverbindungen Die Aufgabe einer Schraubverbindung, als lösbare Verbindung, ist es, zwei oder mehrere Teile so zusammenzufügen, dass diese sich unter allen auftretenden Betriebskräften stets wie ein Teil verhalten. Dies geschieht nur mit Hilfe einer ausreichenden Vorspannkraft (kN). Denn das „Geheimnis“ einer Schraubverbindung ist, sie verhält sich ähnlich wie eine Feder. Beim Anziehen wird die Schraube durch Aufbringung der Montagevorspannkraft gedehnt und mit der selben Kraft die zu verschraubenden Teile zusammengedrückt. Diese Kraft nennt man Klemmkraft. Klemmkraft = Vorspannkraft; Vorspannkraft = Zugkraft und Zugkraft = Längung. Nachdem der Anzugsvorgang abgeschlossen ist, bleibt allerdings die während des Anziehvorganges aufgebrachte gesamte Klemmkraft n i c h t dauerhaft in der Schraubverbindung erhalten, sondern nur eine Restklemmkraft ( Restlängung). Gründe dafür sind: Die Schraubverbindung „setzt“ sich aufgrund von Oberflächenrauhigkeiten oder durch ein Fließen des Werkstoffes wegen Überschreitungen von Grenzflächenpressungen unter dem Schraubenkopf ( Mutter ) oder in der Trennfuge. Ferner tritt mit der Zeit sowie bei Temperaturschwankungen und hohen Betriebslasten eine Relaxation (Kriechen) von Schraubenwerkstoffen auf. Das bedeutet, es kommt zu einem bleibenden Vorspannkraftverlust, da der Schraubenwerkstoff den Einfluss von Zeit und zugeführter Energie ( Wärme, Lastspitzen) nutzt um interne Spannungen abzubauen. Kurz um: Die Montagevorspannkraft wird durch verschiedene Einflüsse entsprechend reduziert. Übrig bleibt immer nur eine Restklemmkraft ( Restlängung). Deshalb ist für die Betriebssicherheit ( optimale Funktion ) von Schraubverbindungen entscheidend: Das Erhalten einer ausreichend hohen und dauerhaften Restklemmkraft („Rest“-Vorspannkraft / Restlängung). Sehr wichtig dabei ist, die Restklemmkraft muss dabei stets größer sein, als die im Betrieb auftretenden Kräfte ( z.B. Druck / Lösekräfte etc. ). Die Restklemmkraft ist dann ausreichend, wenn die im Regelfall auftretenden Betriebskräfte kleiner als diese sind und auch mögliche Lastspitzen die Restklemmkraft gar nicht oder nur sehr selten überschreiten. Neben dem Versagen einer Schraubverbindung ist aber auch das selbständige Lösen ein großes Problem. Die sicherste Methode gegen das selbsttätige Losdrehen einer Schraubverbindungen wiederum ist, die Erhöhung der Vorspannkraft bzw. das Vergrößern der Klemmlänge durch das kontrollierte Einleiten einer möglichst hohen Montagevorspannkraft unter Verwendung von genauen Anziehverfahren. Zu hoch vorgespannte Schraubenverbindungen erfahren eine Überbeanspruchung, die zum Bruch führen kann; zu niedrige Vorspannung führt zum selbsttätigen Lösen der Verbindung oder zum Dauerbruch mit all seinen fatalen Folgen. Die gängigste Grundmethode um Schraubverbindungen anzuziehen und zu lösen ist die über das Drehmoment. Grundsätzliche Vorteile Schraubverbindungen DREHMOMENT gesteuert zu verschrauben sind: 1) Drehmoment ist eine leicht messbare Steuergröße 2) Es ist anwendbar bei praktische allen Schraubfällen 3) Je nach Montageverfahren ist eine Drehmomentkontrolle i.d.R. auch nach der Montage möglich. 4) Je nach Montageverfahren ist drehmomentgesteuertes Verschrauben mit einem relativ geringen Geräteaufwand möglich. Zwischen dem Anziehdrehmoment und der Vorspannkraft gibt es eine direkte Beziehung, die allerdings durch Reibwert- und Festigkeits-streuungen beeinflusst wird. Deshalb ist neben der Verwendung des richtigen Drehmoment gesteuerten Montageverfahren auch im Vorfeld die richtige Auslegung, Gestaltung und Berechnung von Schraubverbindungen so entscheidend. Seitdem es Schraubverbindungen gibt, gibt es verschiedene teilweise abenteuerliche Methoden diese drehmomentgesteuert zu verschrauben. Gängige Methoden sind z.B. Drehmomentschlüssel und Kraftvervielfältiger. Diese sind aufgrund der oft unterschiedlichen Handhabung des Werkers nachweislich sehr ungenau, begrenzt in der Drehmomentleistung, unfallgefährdend, oft unpraktikabel und somit auch stark risikobehaftet! Die Funktionstüchtigkeit und Sicherheit einer Schraubverbindung hängt wesentlich auch vom eingesetzten Montageverfahren und dessen korrekte Bedienung ab! Nur optimal gesteuerte Anzugsprozesse und passende Verfahren führen zu einer sicheren Schraubverbindung. Wesentlich ist es, das jeweils richtige Anzugsverfahren „baustellentauglich“ und abgestimmt auf den entsprechenden Anwendungsfall stets VERFÜGBAR zu haben und bei möglichst einfachster Bedienbarkeit auch anzuwenden. HIER SETZEN WIR MIT UNSERER NEUEN, ZUM PATENT ANGEMELDETEN SMART-PUMP AN Aber, welche g e n a u e n drehmomentgesteuerten Anzugsverfahren gibt es heute ? kalibriertes hydraulisches drehmomentgesteuertes Anziehen. Die Schraubverbindung wird unter Verwendung eines handelsüblichen hydraulischen Drehmomentschraubers bis zu einem definierten Enddrehmoment in ein oder mehreren Durchläufen angezogen. Hierfür kommt eine elektrische Pumpe oder eine Handpumpe und mindestens ein Hydraulikschrauber zum Einsatz. Der Anwender erhält bei diesem System eine Druck-Drehmomenttabelle. Der Hydraulikdruck ist an der Pumpe bis 700 bar stufenlos einstellbar und proportional zum erzeugten Drehmoment! Grundsätzlich ist für das Verschrauben mit hohen Drehmomenten ein Reaktionsarm oder eine ent-sprechende Abstützvorrichtung notwendig. Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - Übertragung hoher Drehmomente von 150Nm bis 115.000Nm mit einer Drehmoment- genauigkeit von +/-3% - Leichte kompakte und kalibrierbare Werkzeuge - Leicht messbare und somit sichere und genaue Drehmomenteinstellung - Einsetzbar auf engstem Raum - Anwendbar bei praktisch allen Schraubfällen - mehrere Schrauben können zeitgleich verschraubt werden Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - optimale Drehmomentübertragung auf die Schraubverbindung durch exakte Druckeinstellung und genaue Drückübertragung sowie durch eine Torsionssperrklinke, welche pro Hub immer einen effektiven Winkel von 24° zulässt, egal wie hoch die Torsion auch sein mag. Möglichkeit der Nachkontrolle ob nach einer bestimmten Anzahl von Dauerbetriebsstunden noch ausreichend Drehmoment in der Schraubverbindung vorhanden ist, ohne die Schraubverbindung wiederum lösen zu müssen. - Montagevorspannkraft abhängig von Reibbei- werten sowie Zustand und Materialeigenschaften der Schraubverbindung Und was sind nun genaue drehmomentgesteuerte Anzugsverfahren, wie sie aber mit hydraulischen Drehmomentschraubern bislang noch n i c h t möglich waren ? I)Drehmoment-Drehwinkel gesteuertes Anziehen Die Schraube wird wegen des nichtlinearen Beginns der Vorspannkraft-Drehwinkelkurve auf ein entsprechendes Füge- oder Setzmoment angezogen um die zu verspannenden Teile vollständig zur Anlage zu bringen. Von hier aus wird die Schraubverbin-dung durch Drehen der Schraube bzw. Mutter um einen definierten Nachziehwinkel verspannt. Eigenschaften der Drehmoment-Drehwinkel-Methode - Kontrolliertes Verschrauben über 80% der Streckgrenze*** möglich - Geringe Vorspannkraftstreuung, dadurch sehr genau - deshalb keine Überdimensionierung der Schraube zwingend erforderlich - sowie deutlich verbesserte Dauerhaltbarkeit der Verbindung - Hohe Unabhängigkeit von Reibeigenschaften der Schraubverbindung II) Streckgrenzen gesteuertes Anziehen. Die Schraubverbindung wird ab einer definierten Überschreitung der Streckgrenze*** (Übergang des elastischen Bereiches in den plastischen Bereich) gestoppt. Die Schraubverbindung erhält somit Ihre maximal mögliche Vorspannkraft. Eigenschaften der Streckgrenzen-gesteuerten Methode: - Kontrolliertes Verschrauben bis 100% der Streckgrenze*** möglich - geringe Vorspannkraftstreuung (auch im Bereich der Materialeigenschaften !) - Keine Überdimensionierung der Schraube erforderlich - Zuverlässige Montage, auch kurzer Schrauben - Wiederholmontage ist möglich - Gute Fehlererkennungsmöglichkeiten - deutlich verbesserte Dauerhaltbarkeit der Verbindung - unabhängig von Reibeigenschaften der Schraubverbindung - hohe Schraubenauslastung möglich *** Als STRECKGRENZE bezeichnet man den Übergang eines Werkstoffes aus dem elastischen Bereich ( = Rückfeder“-Bereich ) in den plastischen Bereich (= dauerhaften „Verformungs“-Bereich). Die Streckgrenze ist also der Punkt ab dem eine plastische, d.h. dauerhafte Verformung des Bolzens / der Schraube auftritt. Bis zu diesem Punkt ist die Verformung elastisch, d.h. wenn man die Schraubverbindung wieder löst geht diese wieder auf ihre ursprüngliche Länge zurück. Der Grad der Höhe einer Vorspan-nung einer Schraubverbindung wird mit Hilfe der STRECKGRENZE, diese entspricht 100%, definiert. Hieraus folgt, je mehr eine Schraubverbindung in den 100 prozentigen Streckgrenz-bereich verschraubt wird, desto höher ist die Vorspannkraft und somit die verbleibende Restklemmkraft. Wird jedoch die Schraubverbindung stärker als 100% der Streckgrenze belastet, geht alle aufgebrachte Energie in die plastische Verformung der Schraubverbindung ein und nicht in einer Erhöhung der Vorspannkraft und somit in die verbleibende Restklemmkraft. Das drehmoment-drehwinkelgesteuerte und das streckgrenzgesteuerte Anzieh-verfahren sind vor allem in der Automobilproduktion bekannte Verschraubungsver-fahren. ( siehe VDI-Richtlinie 2230 Seite 117 ff. ) und gehören zum Stand der Technik. Beide Verfahren wurden speziell für die Automobilindustrie mit dem Ziel entwickelt eine möglichst wartungsfreie Schraubverbindung zu bekommen. D.h. eine Schraubver-bindung, die trotz unterschiedlicher Reibeigenschaften, nicht nach gewissen Zeitintervallen ständig nachgezogen werden muss und welche sich nicht mehr selbsttätig lösen kann. Zur Erinnerung: Die sicherste Methode gegen das selbsttätige Losdrehen einher-gehend mit einer möglichst wartungsfreien Schraubverbindung ist, die Erhöhung der Vorspannkraft bzw. das Vergrößern der Klemmlänge bei optimaler Ausnutzung der Streckgrenze durch das kontrollierte Einleiten einer möglichst hohen Montagevorspannkraft unter Verwendung von genauen Anziehverfahren. Bezüglich dem drehmoment-drehwinkelgesteuer-ten und dem streckgrenzgesteuerten Anzieh-verfahren handelt es sich bei den im Automobil-bau eingesetzten Schraubern um große stationäre Systeme, die in Fertigungsstrassen integriert sind. Üblicherweise sind dies - handgeführte Mehrfachschrauber ( max. Drehmomentleistung ca. 500Nm), also um festinstallierte Schraubsysteme bei denen mehrere Schraubspindeln auf einer Montageplatte montiert sind. Dieses Schraubsystem ist an einem Balancer aufgehängt und kann vom Werker von Hand gesteuert werden. - oder gar festinstallierte halbautomatische bzw. vollautomatische Schraubstationen = Schraubroboter ( max. Drehmomentleistung ca. 500Nm), wo der Werker „nur“ den Schraubprozess ausreichend überwachen muss. Hydraulische Drehmomentschrauber haben gegenüber den o.g. festinstallierten Schraubsyste-men folgende Eigenschaften: a) hydr. Drehmomentschrauber sind vor allem mobile Verschraubungssysteme b) hydr. Drehmomentschrauber übertragen hohe Drehmomente bis 115.000 Nm c) hydr. Drehmomentschrauber sind für Schraubverbindungen ab M16 geeignet. d) hydr. Drehmomentschrauber können auch für die beengtesten Anwendungsfälle eingesetzt werden. ...
SMART PUMP
Bewerbung zum Deutschen Innovationspreis 2006 der Initiative Mittelstand ( Kategorie: Maschinenbau) Thema: elektrische Hydraulikpumpe SMART - PUMP zum Anziehen und Lösen von Schraubverbindungen ab M20 mit hydraulischen Drehmomentschraubern von 115 Nm bis 115.000 Nm System-Möglichkeit für die SMART-PUMP: handelsübliche kalibrierte hydraulische Drehmomentschrauber ! Schraubverbindungen ab M20 werden in der gesamten Industrie meist unter Verwendung von handelsüblichen hydraulischen Drehmomentschraubers bis zu einem definierten Enddrehmoment in ein oder mehreren Durchläufen angezogen. Hierfür kommt eine elektrische Pumpe und mindestens ein Hydraulikschrauber zum Einsatz. Der Anwender erhält bei diesem System eine Druck-Drehmomenttabelle. Der Hydraulikdruck ist an der Pumpe bis 700 bar stufenlos einstellbar und proportional zum erzeugten Drehmoment! Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - hydr. Drehmomentschrauber sind mobile baustellentaugliche Systeme - Übertragung hoher Drehmomente von 150Nm bis 115.000Nm mit einer Drehmomentgenauigkeit von +/-3% - Leichte kompakte und kalibrierbare Werkzeuge - Leicht messbare und somit sichere und genaue Drehmomenteinstellung - Einsetzbar auf engstem Raum - Anwendbar bei praktisch allen Schraubfällen - mehrere Schrauben können zeitgleich verschraubt werden - optimale Drehmomentübertragung auf die Schraubverbindung durch exakte Druckeinstellung und genaue Druckübertragung sowie durch eine Torsionssperrklinke, welche pro Hub immer einen effektiven Winkel von 24° zulässt, egal wie hoch die Torsion auch sein mag. Mit hydraulischen Drehmomentschraubern konnte man Schraubverbindungen bislang nur drehmomentgenau verschrauben. Andere sehr viel genauere Montageverfahren wie ein kontrolliertes drehmoment-drehwinkel-gesteuertes oder streckgrenzgesteuertes Anziehen mit Dokumentationsoption war bislang nicht möglich. Begründung: Es gab bislang keine geeignete Antriebs- Steuer- und Kontrolleinheit, (= Hydraulikpumpe) welche aufgrund ihres geringen Gewichtes und der kleinen Abmaße weltweit problemlos transportiert und somit mobil aber auch baustellentauglich ohne Laptop eingesetzt werden konnte. Diese multifunktionale Hydraulikpumpe haben wir jetzt entwickelt und zum Patent eingereicht. Mit dieser Hydraulikpumpe = Smart Pump - bewerben wir uns um den Innovationspreis Mittelstand 2006 Die Innovation: SMART –PUMP die elektrische Hydraulikpumpe Verschraubung, Dokumentation und Steuerung o h n e handelsüblichem LAPTOP bzw. Rechner an der Baustelle vor Ort Dank einer tragbaren, kompakten, intelligenten, baustellentaugliche und multifunktionalen Hydraulikpumpe. „SMART-PUMP“. Diese beherrscht in Kombination mit hydraulischen Drehmomentschraubern (von 115 Nm bis 115.000 Nm) gegenüber bisherigen Hydraulikpumpen verschiedene Montage-Schraubverfahren sicher und zuverlässig. Das System beinhaltet viele Funktionen die bislang auf den Markt nicht erhältlich waren Elektronische Eigenschaften der SMART-PUMP -Integration folgender Schraubverfahren: a)Automatisches Drehmoment gesteuertes Anziehen ( DGA ) Mit integrierter Schraubenfest-kennung, d.h. ein mögliches Kriechen in der Verschraubung kann wirksam berücksichtigt werden. Das bedeutet: Nahezu alle sofort wirkenden Setzerscheinungen werden während des Verschraubungsprozesses ausgeglichen b) Automatisches Drehmoment-Drehwinkel gesteuertes Anziehen (DDW) Das bedeutet: Vorspannkraft genaues Verschrauben (lt. VDI-2230:+ 10%) auf Knopfdruck. Dadurch nahezu wartungsfreie Schraubverbindun-gen, welche von vornherein nicht überdimensioniert ausgelegt werden müssen. c) Automatisches Streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Das bedeutet: Vorspannkraft genaues Verschrauben ( lt. VDI-2230 + 10%) auf Knopfdruck auch von kleinen Schraubverbin-dungen. Dadurch nahezu wartungsfreie Schraubverbindungen, welche von vornherein nicht überdimensioniert ausgelegt werden müssen. Evtl. auftretende anwendungsspezifische Winkelfehler sind bei diesem System ausgeschlossen. e) „klassisches“ Drehmoment gesteuertes Anziehen ohne Dokumentation Das bedeutet: Sie können auch mal schnell ohne Elektronik-Support Schraubverbindungen mit Drehmomenttabelle anziehen oder lösen. f) simultanes und gleichzeitiges und deutlich schnelleres Verschrauben mit bis zu vier Werkzeugen für gleichmäßiges, planparalleles und kontrolliertes Verspannen der einzelnen Bolzen – mit Dokumentationsoption. Dadurch gleichmäßi- ges Setzen von Flanschverbindungen und ggfs. von Dichtungen. Das bedeutet: Leckagefreie Flanschverbindungen. Bei Einsatz der Sechskantbeilegscheibe „DISC“ ( www.devo-tec.de) geschieht das Verschrauben seitenlastfrei ohne Biegebelastung und ohne Mitdrehen der Bolzen bei einer kalibrierten Vorspannkraftgenauigkeit von + 10% ohne zusätzlichem Personalaufwand. Das bedeutet: Ihre hydraulischen Drehmoment-schrauber können multifunktional verwendet werden. Egal für welches zusätzliche Montage- verfahren Sie sich irgend wann einmal entschei-den – Man ist bereits jetzt für die Zukunft gut gerüstet und spart sich schon heute teuere Neu-Investitionen. -Nach Selektion des Schraubers direkte Anzeige des Drehmomentes über ein Display Das bedeutet: Druck-Drehmomenttabellen sind nicht mehr erforderlich. - Parametrisierbar mittels PC. Alle Schraubprogramme sind einlesbar über die Multi Media Card der Smart-Pump. Das bedeutet: Nur eine von Ihnen autorisierte Person gibt die Parameter des jeweiligen Montageverfahrens ein und speichert diese auf die Multi-Media-Card (MMC) ab. Der Werker vor Ort steckt die MMC in die Smart-Pump, klickt dann nur noch das Montage-verfahren an und drückt auf den Automatikknopf der Fernbedienung – fertig ! Alles weitere geschieht voll automatisch. - Steuerung, Messung und Dokumentation vollkommen PC frei !!! Das bedeutet: Kein Laptop bzw. Rechner, der Ihnen auf der Baustelle oder in der Produktion im Weg ist und beschädigt werden kann! -Speicherung der Messdaten auf ein wiederauslesbares Speichermedium ( Multi Media Card ) Das bedeutet: Egal welches Montageverfahren zum Einsatz kommt, jeder einzelne Verschraubungsvorgang wird zeitgleich gerichtsfest dokumentiert! - Möglichkeit des Wiederaufsetzens bei Stromausfall oder Arbeitsunterbrechungen Das bedeutet: Kein lästiges und zeitraubendes wieder Lösen der Schraubverbindung bei Spannungsunterbrechungen erforderlich. - Fehlerhafte Schrauben können sofort oder später wiederholt werden. Das bedeutet: Die Prozesssicherheit in der Schraubmontage ist voll gewährleistet. -Automatische Fehlererkennung bei Bedienfehlern Das bedeutet: Eine Null-Fehler-Montage ist stets gewährleistet. -Display mit Beleuchtung Das bedeutet: Auch bei Dunkelheit kann problemlos gearbeitet werden -Baustellentaugliches System mit hoher Betriebssicherheit Das bedeutet: Die Smart-Pump funktioniert auch unter rauen Bedingungen - Integrierte Arbeitsanweisung über applikationsspezifische Programmierung eines Schraubschemas.Das bedeutet: Mögliche Anzugsfehler werden verhindert. Alle Schraubverbindungen werden korrekt angezogen (Null-Fehler-Montage). -Zahlreiche Systemtestmöglichkeiten in der Pumpe enthalten, wie: Drehwinkelsensortest Interner Leckage Test Tastenprüfroutine Drucksensorüberprüfung und Abgleich Pumpeneigenschaften der SMART-PUMP a) Leistungsfähiger auf die Pumpe abgestimmter Motor b) Leistungsfähiges und modifizierbares Kühlsystem c) Guter Anlauf auch bei niedrigen Temperaturen d) Pumpenblock ist Gewichts- und kühloptimiert e) Robuster und flexibler Aufbau der Pumpeneinheit mit diversen Variationsmöglich-keiten Das bedeutet: Die Smart-Pump gewährleistet auch unter harten Einsatzbedingungen eine sehr gute Betriebssicherheit -Pumpe und Elektronik auf hohen Integrationsgrad Das bedeutet: Gesamtgewicht der Smart-Pump inkl. Öl beträgt 30 kg -a) angenehme Platzverhältnisse für die Hände bei den Hydraulikanschlüssen b) größeres und leicht einstellbares Druckeinstellventil c) gut zugängliche Ölbefüllung und gute Ablesbarkeit des Ölstandes d) diverse Trage- und Transportmöglichkeiten bei hohem Tragekomfort (Schultergurt möglich) e) ansteckbare kleine jedoch vandalensichere Fernbedienung mit stationärem Stauraum f) Platzschonender und komfortabeler Kabelstauraum Das bedeutet: Gutes Handling, hervorragende Bedienbarkeit bei einem sehr ansprechenden Erscheinungsbild bei einem gleichzeitig sehr robusten Aufbau. Eigenschaften der Innovation -Aufgrund des großen genannten Funktionsumfangs ist das Produkt weltweit einzigartig. -Robust und baustellentauglich. -Gängige Hydrauliköle können verwendet werden. -Erhalt großer materieller Werte durch wartungsreduzierte Schraubverbindungen. -Deutliche Wartungsreduzierung durch optimal ausgenutzte Schraubverbindungen. -Durch 100% Dokumentation der Prozesse sind versicherungstechnische Ansprüche und Qualitätssicherung besser durchzusetzen. -Analysemöglichkeit von fehlerhaften Anzugsprozessen im Schadensfall, da auswertbare Dokumentationsdaten vorliegen. -Alle genannten Schraubverfahren können aufgrund der realisierbar hohen Drehmomente auch für Schrauben größer M16 durchgeführt werden. -Unfallverhütungsvorschriften können aufgrund der Arbeits- und Anlagensicherheit dieses Systems problemlos eingehalten werden. -Einfache Bedienbarkeit. -Kompakte Bauweise. -Sicherstellung und deutlich längerer Erhalt der Funktion von Geräten. Dadurch auch enormes Einsparpotential sowie Aufrechterhaltung der Kernkompetenz Wachstumspotential und Nebeneffekte: Die Bedeutung der Schraubverbindung in Ihrer Funktion rückt immer mehr ins Bewusstsein der Anwender. Die möglichen Potentiale aufgrund neuer mobiler, sehr präziser, baustellentauglicher und vor allem verfügbarer Montageschraubverfahren für hochfeste Schraubverfahren ab M16 sind definitiv in der Industrie noch nicht voll genutzt worden. Obwohl die Nebeneffekte bei richtig angezogenen Schraubverbin-dungen klar auf der Hand liegen. Die Vorteile für zukünftige Anwendungen liegen in: o Kostenreduktion o Platz und Gewichtsreduzierung o Bessere Berechnung und Gestaltung von Schraubverbindungen o Höherer Nutzungsgrad o Höhere Sicherheit o Praktikabilität o Verbesserung und Erhalt der Kernkompetenz Grundlage: Die Funktion von Schraubverbindungen Die Aufgabe einer Schraubverbindung, als lösbare Verbindung, ist es, zwei oder mehrere Teile so zusammenzufügen, dass diese sich unter allen auftretenden Betriebskräften stets wie ein Teil verhalten. Dies geschieht nur mit Hilfe einer ausreichenden Vorspannkraft (kN). Denn das „Geheimnis“ einer Schraubverbindung ist, sie verhält sich ähnlich wie eine Feder. Beim Anziehen wird die Schraube durch Aufbringung der Montagevorspannkraft gedehnt und mit der selben Kraft die zu verschraubenden Teile zusammengedrückt. Diese Kraft nennt man Klemmkraft. Klemmkraft = Vorspannkraft; Vorspannkraft = Zugkraft und Zugkraft = Längung. Nachdem der Anzugsvorgang abgeschlossen ist, bleibt allerdings die während des Anziehvorganges aufgebrachte gesamte Klemmkraft n i c h t dauerhaft in der Schraubverbindung erhalten, sondern nur eine Restklemmkraft ( Restlängung). Gründe dafür sind: Die Schraubverbindung „setzt“ sich aufgrund von Oberflächenrauhigkeiten oder durch ein Fließen des Werkstoffes wegen Überschreitungen von Grenzflächenpressungen unter dem Schraubenkopf ( Mutter ) oder in der Trennfuge. Ferner tritt mit der Zeit sowie bei Temperaturschwankungen und hohen Betriebslasten eine Relaxation (Kriechen) von Schraubenwerkstoffen auf. Das bedeutet, es kommt zu einem bleibenden Vorspannkraftverlust, da der Schraubenwerkstoff den Einfluss von Zeit und zugeführter Energie ( Wärme, Lastspitzen) nutzt um interne Spannungen abzubauen. Kurz um: Die Montagevorspannkraft wird durch verschiedene Einflüsse entsprechend reduziert. Übrig bleibt immer nur eine Restklemmkraft ( Restlängung). Deshalb ist für die Betriebssicherheit ( optimale Funktion ) von Schraubverbindungen entscheidend: Das Erhalten einer ausreichend hohen und dauerhaften Restklemmkraft („Rest“-Vorspannkraft / Restlängung). Sehr wichtig dabei ist, die Restklemmkraft muss dabei stets größer sein, als die im Betrieb auftretenden Kräfte ( z.B. Druck / Lösekräfte etc. ). Die Restklemmkraft ist dann ausreichend, wenn die im Regelfall auftretenden Betriebskräfte kleiner als diese sind und auch mögliche Lastspitzen die Restklemmkraft gar nicht oder nur sehr selten überschreiten. Neben dem Versagen einer Schraubverbindung ist aber auch das selbständige Lösen ein großes Problem. Die sicherste Methode gegen das selbsttätige Losdrehen einer Schraubverbindungen wiederum ist, die Erhöhung der Vorspannkraft bzw. das Vergrößern der Klemmlänge durch das kontrollierte Einleiten einer möglichst hohen Montagevorspannkraft unter Verwendung von genauen Anziehverfahren. Zu hoch vorgespannte Schraubenverbindungen erfahren eine Überbeanspruchung, die zum Bruch führen kann; zu niedrige Vorspannung führt zum selbsttätigen Lösen der Verbindung oder zum Dauerbruch mit all seinen fatalen Folgen. Die gängigste Grundmethode um Schraubverbindungen anzuziehen und zu lösen ist die über das Drehmoment. Grundsätzliche Vorteile Schraubverbindungen DREHMOMENT gesteuert zu verschrauben sind: 1) Drehmoment ist eine leicht messbare Steuergröße 2) Es ist anwendbar bei praktische allen Schraubfällen 3) Je nach Montageverfahren ist eine Drehmomentkontrolle i.d.R. auch nach der Montage möglich. 4) Je nach Montageverfahren ist drehmomentgesteuertes Verschrauben mit einem relativ geringen Geräteaufwand möglich. Zwischen dem Anziehdrehmoment und der Vorspannkraft gibt es eine direkte Beziehung, die allerdings durch Reibwert- und Festigkeits-streuungen beeinflusst wird. Deshalb ist neben der Verwendung des richtigen Drehmoment gesteuerten Montageverfahren auch im Vorfeld die richtige Auslegung, Gestaltung und Berechnung von Schraubverbindungen so entscheidend. Seitdem es Schraubverbindungen gibt, gibt es verschiedene teilweise abenteuerliche Methoden diese drehmomentgesteuert zu verschrauben. Gängige Methoden sind z.B. Drehmomentschlüssel und Kraftvervielfältiger. Diese sind aufgrund der oft unterschiedlichen Handhabung des Werkers nachweislich sehr ungenau, begrenzt in der Drehmomentleistung, unfallgefährdend, oft unpraktikabel und somit auch stark risikobehaftet! Die Funktionstüchtigkeit und Sicherheit einer Schraubverbindung hängt wesentlich auch vom eingesetzten Montageverfahren und dessen korrekte Bedienung ab! Nur optimal gesteuerte Anzugsprozesse und passende Verfahren führen zu einer sicheren Schraubverbindung. Wesentlich ist es, das jeweils richtige Anzugsverfahren „baustellentauglich“ und abgestimmt auf den entsprechenden Anwendungsfall stets VERFÜGBAR zu haben und bei möglichst einfachster Bedienbarkeit auch anzuwenden. HIER SETZEN WIR MIT UNSERER NEUEN, ZUM PATENT ANGEMELDETEN SMART-PUMP AN Aber, welche g e n a u e n drehmomentgesteuerten Anzugsverfahren gibt es heute ? kalibriertes hydraulisches drehmomentgesteuertes Anziehen. Die Schraubverbindung wird unter Verwendung eines handelsüblichen hydraulischen Drehmomentschraubers bis zu einem definierten Enddrehmoment in ein oder mehreren Durchläufen angezogen. Hierfür kommt eine elektrische Pumpe oder eine Handpumpe und mindestens ein Hydraulikschrauber zum Einsatz. Der Anwender erhält bei diesem System eine Druck-Drehmomenttabelle. Der Hydraulikdruck ist an der Pumpe bis 700 bar stufenlos einstellbar und proportional zum erzeugten Drehmoment! Grundsätzlich ist für das Verschrauben mit hohen Drehmomenten ein Reaktionsarm oder eine ent-sprechende Abstützvorrichtung notwendig. Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - Übertragung hoher Drehmomente von 150Nm bis 115.000Nm mit einer Drehmoment- genauigkeit von +/-3% - Leichte kompakte und kalibrierbare Werkzeuge - Leicht messbare und somit sichere und genaue Drehmomenteinstellung - Einsetzbar auf engstem Raum - Anwendbar bei praktisch allen Schraubfällen - mehrere Schrauben können zeitgleich verschraubt werden Eigenschaften von hydraulischen Drehmomentschraubern: - optimale Drehmomentübertragung auf die Schraubverbindung durch exakte Druckeinstellung und genaue Drückübertragung sowie durch eine Torsionssperrklinke, welche pro Hub immer einen effektiven Winkel von 24° zulässt, egal wie hoch die Torsion auch sein mag. Möglichkeit der Nachkontrolle ob nach einer bestimmten Anzahl von Dauerbetriebsstunden noch ausreichend Drehmoment in der Schraubverbindung vorhanden ist, ohne die Schraubverbindung wiederum lösen zu müssen. - Montagevorspannkraft abhängig von Reibbei- werten sowie Zustand und Materialeigenschaften der Schraubverbindung Und was sind nun genaue drehmomentgesteuerte Anzugsverfahren, wie sie aber mit hydraulischen Drehmomentschraubern bislang noch n i c h t möglich waren ? I)Drehmoment-Drehwinkel gesteuertes Anziehen Die Schraube wird wegen des nichtlinearen Beginns der Vorspannkraft-Drehwinkelkurve auf ein entsprechendes Füge- oder Setzmoment angezogen um die zu verspannenden Teile vollständig zur Anlage zu bringen. Von hier aus wird die Schraubverbin-dung durch Drehen der Schraube bzw. Mutter um einen definierten Nachziehwinkel verspannt. Eigenschaften der Drehmoment-Drehwinkel-Methode - Kontrolliertes Verschrauben über 80% der Streckgrenze*** möglich - Geringe Vorspannkraftstreuung, dadurch sehr genau - deshalb keine Überdimensionierung der Schraube zwingend erforderlich - sowie deutlich verbesserte Dauerhaltbarkeit der Verbindung - Hohe Unabhängigkeit von Reibeigenschaften der Schraubverbindung II) Streckgrenzen gesteuertes Anziehen. Die Schraubverbindung wird ab einer definierten Überschreitung der Streckgrenze*** (Übergang des elastischen Bereiches in den plastischen Bereich) gestoppt. Die Schraubverbindung erhält somit Ihre maximal mögliche Vorspannkraft. Eigenschaften der Streckgrenzen-gesteuerten Methode: - Kontrolliertes Verschrauben bis 100% der Streckgrenze*** möglich - geringe Vorspannkraftstreuung (auch im Bereich der Materialeigenschaften !) - Keine Überdimensionierung der Schraube erforderlich - Zuverlässige Montage, auch kurzer Schrauben - Wiederholmontage ist möglich - Gute Fehlererkennungsmöglichkeiten - deutlich verbesserte Dauerhaltbarkeit der Verbindung - unabhängig von Reibeigenschaften der Schraubverbindung - hohe Schraubenauslastung möglich *** Als STRECKGRENZE bezeichnet man den Übergang eines Werkstoffes aus dem elastischen Bereich ( = Rückfeder“-Bereich ) in den plastischen Bereich (= dauerhaften „Verformungs“-Bereich). Die Streckgrenze ist also der Punkt ab dem eine plastische, d.h. dauerhafte Verformung des Bolzens / der Schraube auftritt. Bis zu diesem Punkt ist die Verformung elastisch, d.h. wenn man die Schraubverbindung wieder löst geht diese wieder auf ihre ursprüngliche Länge zurück. Der Grad der Höhe einer Vorspan-nung einer Schraubverbindung wird mit Hilfe der STRECKGRENZE, diese entspricht 100%, definiert. Hieraus folgt, je mehr eine Schraubverbindung in den 100 prozentigen Streckgrenz-bereich verschraubt wird, desto höher ist die Vorspannkraft und somit die verbleibende Restklemmkraft. Wird jedoch die Schraubverbindung stärker als 100% der Streckgrenze belastet, geht alle aufgebrachte Energie in die plastische Verformung der Schraubverbindung ein und nicht in einer Erhöhung der Vorspannkraft und somit in die verbleibende Restklemmkraft. Das drehmoment-drehwinkelgesteuerte und das streckgrenzgesteuerte Anzieh-verfahren sind vor allem in der Automobilproduktion bekannte Verschraubungsver-fahren. ( siehe VDI-Richtlinie 2230 Seite 117 ff. ) und gehören zum Stand der Technik. Beide Verfahren wurden speziell für die Automobilindustrie mit dem Ziel entwickelt eine möglichst wartungsfreie Schraubverbindung zu bekommen. D.h. eine Schraubver-bindung, die trotz unterschiedlicher Reibeigenschaften, nicht nach gewissen Zeitintervallen ständig nachgezogen werden muss und welche sich nicht mehr selbsttätig lösen kann. Zur Erinnerung: Die sicherste Methode gegen das selbsttätige Losdrehen einher-gehend mit einer möglichst wartungsfreien Schraubverbindung ist, die Erhöhung der Vorspannkraft bzw. das Vergrößern der Klemmlänge bei optimaler Ausnutzung der Streckgrenze durch das kontrollierte Einleiten einer möglichst hohen Montagevorspannkraft unter Verwendung von genauen Anziehverfahren. Bezüglich dem drehmoment-drehwinkelgesteuer-ten und dem streckgrenzgesteuerten Anzieh-verfahren handelt es sich bei den im Automobil-bau eingesetzten Schraubern um große stationäre Systeme, die in Fertigungsstrassen integriert sind. Üblicherweise sind dies - handgeführte Mehrfachschrauber ( max. Drehmomentleistung ca. 500Nm), also um festinstallierte Schraubsysteme bei denen mehrere Schraubspindeln auf einer Montageplatte montiert sind. Dieses Schraubsystem ist an einem Balancer aufgehängt und kann vom Werker von Hand gesteuert werden. - oder gar festinstallierte halbautomatische bzw. vollautomatische Schraubstationen = Schraubroboter ( max. Drehmomentleistung ca. 500Nm), wo der Werker „nur“ den Schraubprozess ausreichend überwachen muss. Hydraulische Drehmomentschrauber haben gegenüber den o.g. festinstallierten Schraubsyste-men folgende Eigenschaften: a) hydr. Drehmomentschrauber sind vor allem mobile Verschraubungssysteme b) hydr. Drehmomentschrauber übertragen hohe Drehmomente bis 115.000 Nm c) hydr. Drehmomentschrauber sind für Schraubverbindungen ab M16 geeignet. d) hydr. Drehmomentschrauber können auch für die beengtesten Anwendungsfälle eingesetzt werden. ...